JP5672901B2 - Manufacturing method of gas diffusion layer for fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池用ガス拡散層およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a gas diffusion layer for a fuel cell and a method for producing the same.
燃料電池は水素などの燃料と空気などの酸化剤を電気化学的に反応させることにより燃料の化学エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出す発電方式であり、発電効率が高く、静粛性に優れ、大気汚染の原因となるＮＯｘ、ＳＯｘ、また地球温暖化の原因となるＣＯ２の排出量が少ない等の利点から、新エネルギーとして期待されている。
その適用例は携帯電気機器の長時間電力供給、コジェネレーション用定置型発電温水供給機、燃料電池自動車など、用途も規模も多様である。
A fuel cell is a power generation method that converts the chemical energy of fuel into electrical energy by electrochemically reacting a fuel such as hydrogen with an oxidant such as air, and has high power generation efficiency, excellent quietness, and atmospheric pressure. It is expected as new energy because of the advantages such as NOx and SOx that cause pollution and low CO 2 emission that causes global warming.
Examples of its application include a variety of uses and scales such as long-term power supply for portable electrical devices, stationary power generation hot water supply machines for cogeneration, and fuel cell vehicles.
燃料電池の種類は使用する電解質によって、固体高分子形、リン酸形、溶融炭酸塩形、固体酸化物形、アルカリ形等に分類され、それぞれ運転温度が大きく異なり、それに伴い発電規模や利用分野も異なる。
これらのうち、陽イオン交換膜を電解質として用いる固体高分子型燃料電池は比較的低温での動作が可能であり、また、電解質膜の薄膜化により内部抵抗を低減できるため高出力化、コンパクト化が可能である。
The types of fuel cells are classified into solid polymer type, phosphoric acid type, molten carbonate type, solid oxide type, alkaline type, etc. depending on the electrolyte used. Is also different.
Among these, the polymer electrolyte fuel cell using a cation exchange membrane as an electrolyte can operate at a relatively low temperature, and the internal resistance can be reduced by reducing the thickness of the electrolyte membrane. Is possible.
固体高分子型燃料電池は、高分子電解質膜を電解質膜として用いており、高分子電解質膜の両面に電極触媒層を接合した膜電極接合体の両面にセパレータを配した単電池セルを単数あるいは複数積層した構造を有している。
高分子電解質膜の一方の面はアノード（燃料極）として機能し、他方の面はカソード（空気極）として機能する。
A polymer electrolyte fuel cell uses a polymer electrolyte membrane as an electrolyte membrane, and includes a single battery cell in which separators are arranged on both sides of a membrane electrode assembly in which an electrode catalyst layer is joined to both sides of a polymer electrolyte membrane, or It has a stacked structure.
One surface of the polymer electrolyte membrane functions as an anode (fuel electrode), and the other surface functions as a cathode (air electrode).
燃料極、空気極のそれぞれに反応ガスが供給されると、各電極触媒層中の触媒粒子表面において、下記の式（１）、（２）の電気化学反応が生じ直流電力を発生する。
燃料極側：２Ｈ２ → ４Ｈ＋＋４ｅ−………………（１）
空気極側：Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ− → ２Ｈ２Ｏ………（２）
燃料極側では水素分子（Ｈ２）の酸化反応が起こり、空気極側では酸素分子（Ｏ２）の還元反応が起こることで、燃料極側で生成されたＨ＋イオンは高分子電解質膜中を空気極側に向かって移動し、ｅ−（電子）は外部の負荷を通って空気極側に移動する。
When the reaction gas is supplied to each of the fuel electrode and the air electrode, an electrochemical reaction of the following formulas (1) and (2) occurs on the surface of the catalyst particles in each electrode catalyst layer to generate DC power.
Fuel electrode side: 2H 2 → 4H + + 4e − (1)
Air electrode side: O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O (2)
An oxidation reaction of hydrogen molecules (H 2 ) occurs on the fuel electrode side, and a reduction reaction of oxygen molecules (O 2 ) occurs on the air electrode side, so that H + ions generated on the fuel electrode side are in the polymer electrolyte membrane. E − (electrons) moves to the air electrode side through an external load.
一方、空気極側では酸化剤ガスに含まれる酸素と、燃料極側から移動してきたＨ＋イオンおよびｅ−とが反応して水が生成される。かくして、固体高分子形燃料電池は、水素と酸素から直流電流を発生し、水を生成することになる。
ここで燃料極に対向するセパレータ表面には、燃料を流通させるための凹溝状の燃料流路が設けられている。また、空気極に対向するセパレータ表面には、酸化剤ガスを流通させるための凹溝状の酸化剤ガス流路が設けられている。燃料としては、水素を主体とした改質ガス（又は水素ガス）や、メタノール水溶液などが用いられている。
On the other hand, on the air electrode side, oxygen contained in the oxidant gas reacts with H + ions and e − that have moved from the fuel electrode side to generate water. Thus, the polymer electrolyte fuel cell generates a direct current from hydrogen and oxygen to generate water.
Here, on the surface of the separator facing the fuel electrode, there is provided a groove-like fuel flow path for circulating the fuel. In addition, a concave groove-like oxidant gas flow path for allowing the oxidant gas to flow is provided on the separator surface facing the air electrode. As the fuel, a reformed gas (or hydrogen gas) mainly composed of hydrogen, an aqueous methanol solution, or the like is used.
対して空気極側の還元反応（酸素分子（Ｏ２）の４電子還元）を式（３）に示す。空気極側において副反応として下記の電気化学反応（酸素分子（Ｏ２）の２電子還元）が生じて多くのＨ２Ｏ２が発生する。そして不純物としてＦｅ（ＩＩ）などが存在するとその触媒作用でＨ２Ｏ２が分解され、ＯＨ・（ＯＨラジカル）とＯＨ−が生成する。
空気極側：Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ− → Ｈ２Ｏ２
Ｈ２Ｏ２＋Ｆｅ（ＩＩ） → ＯＨ・＋ＯＨ−＋Ｆｅ（ＩＩＩ）…（３）
生成したＯＨ・（ＯＨラジカル）は酸化力が大きく、高分子電解質膜を酸化し分解し劣化させる。
On the other hand, the reduction reaction on the air electrode side (4-electron reduction of oxygen molecules (O 2 )) is shown in Formula (3). The following electrochemical reaction (two-electron reduction of oxygen molecules (O 2 )) occurs as a side reaction on the air electrode side, and a lot of H 2 O 2 is generated. If Fe (II) or the like is present as an impurity, H 2 O 2 is decomposed by the catalytic action, and OH · (OH radical) and OH − are generated.
Air electrode side: O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O 2
H 2 O 2 + Fe (II) → OH · + OH − + Fe (III) (3)
The generated OH · (OH radical) has a large oxidizing power and oxidizes, decomposes and degrades the polymer electrolyte membrane.
単位電池セルの電圧は、室温近傍において理論上約１．２Ｖであるが、水素イオンが電解質膜を透過する際の抵抗等により、実質的には０．８５〜１．０Ｖとなる。実用上、連続運転条件下で電圧が０．３〜０．６Ｖ程度となるように電流密度が設定されるため、実際に電源として用いる場合には、所定の電圧が得られるように、複数の単位電池セルを直列接続して使用する必要がある。 The voltage of the unit battery cell is theoretically about 1.2 V near room temperature, but is substantially 0.85 to 1.0 V due to resistance when hydrogen ions permeate the electrolyte membrane. In practice, the current density is set so that the voltage is about 0.3 to 0.6 V under continuous operation conditions. Therefore, when actually used as a power source, a plurality of voltages are used so that a predetermined voltage can be obtained. It is necessary to use unit battery cells connected in series.
電池構造としては、出力密度の増大と燃料電池全体のコンパクト化を目的として、ＭＥＡ（Membrane-Electrode Assembly：膜−電極アッセンブリ）をガス拡散層およびセパレータで挟持して成る単電池セルを複数積層（スタック）した構造が用いられている。
必要な電力により、スタック枚数は異なり、一般的に携帯電気機器のポータブル電源では数枚から１０枚程度、コジェネレーション用定置型電気および温水供給機では６０〜９０枚程度、自動車用途では２５０〜４００枚程度といわれている。高出力化のためにはスタック枚数の増大は必然的であり、単位電池セルの厚みやコストが燃料電池本体のサイズや価格に大きく影響することになる。
As a battery structure, a plurality of unit cells are formed by sandwiching a MEA (Membrane-Electrode Assembly) between a gas diffusion layer and a separator for the purpose of increasing the power density and making the entire fuel cell compact ( Stacked structure is used.
Depending on the power required, the number of stacks varies. Generally, a portable power source for portable electric devices has several to about 10 sheets, a stationary electric and hot water supply machine for cogeneration about 60 to 90 sheets, and an automotive application of 250 to 400 sheets. It is said to be about a sheet. To increase the output, the number of stacks must be increased, and the thickness and cost of the unit battery cell greatly affect the size and price of the fuel cell body.
燃料電池のガス拡散層とは、単電池を構成する部材であり、導電性の多孔質体からなり、セパレータからの燃料および空気の触媒層への均一拡散、電気および熱伝導、反応によって生成される水を適切に排出および保持を行う役割があり、これらを効率良く行う為の諸特性が必要とされる。
水排出能力が不足すると、反応による生成水の発生による電解質膜近傍での水分が過多となり反応ガスの拡散を阻害したり（フラッディング）、水滴がセパレータ流路を閉塞して反応ガスの流動を妨げたり（プラッキング）することで、電池性能の劣化が起こる。
The gas diffusion layer of a fuel cell is a member that constitutes a single cell, is made of a conductive porous material, and is generated by uniform diffusion of fuel and air from the separator to the catalyst layer, electricity and heat conduction, and reaction. It has a role of properly discharging and holding water, and various characteristics are required to efficiently perform these.
Insufficient water discharge capacity results in excessive water in the vicinity of the electrolyte membrane due to the generation of water produced by the reaction, preventing reaction gas diffusion (flooding), or water droplets blocking the separator flow path and hindering the flow of reaction gas The battery performance deteriorates due to the plugging.
また、水保持能力が不足すると、アノード側からカソード側へのプロトン伝導の際に必要な水が不足し（ドライアウト）、電池性能の劣化が起こる。このため、ガス拡散層に適切な水管理能力を付与することは、優れた電池性能を保持する上で特に重要である。
そこで、このような水管理能力を向上させるために、多孔質体表面にＭＰＬ（Micro Porous Layer）と呼ばれる、より微細な構造の多孔質層を形成させる場合もある。
In addition, when the water retention capability is insufficient, water necessary for proton conduction from the anode side to the cathode side is insufficient (dry out), and the battery performance deteriorates. For this reason, it is particularly important to impart an appropriate water management capability to the gas diffusion layer in order to maintain excellent battery performance.
Therefore, in order to improve such water management capability, a porous layer having a finer structure called MPL (Micro Porous Layer) may be formed on the surface of the porous body.
また、ガス拡散層はスタックの構成部材の一つでもあるため、ＭＥＡの支持体とされる場合もあり、スタッキング圧力に耐える圧縮強度、長時間のスタック運転中に厚み変化を起こさない低圧縮クリープ性、発電面内で接触抵抗ムラなどを生じさせない厚さ均一性も必要となる。
ガス拡散層に使用される材料としては、特許文献１、２等のカーボンペーパー等の炭素繊維による、孔径が１〜１００μｍ程度の貫通孔が複数存在する多孔質体が主として報告されている。しかし、上記ガス拡散層は耐食性に優れるが、炭素繊維を炭化した樹脂バインダーの存在する箇所で結着して接合しているため、スタック圧により厚みが変化したり、炭素繊維が脱落したりする等の強度的な問題がある。また、製造方法が抄紙法によるため、孔形状の精密な制御が困難であり、均一なガス供給、水管理が不可能となる問題がある。
In addition, since the gas diffusion layer is also one of the components of the stack, it may be used as a support for the MEA, and it has a compressive strength that can withstand stacking pressure. And thickness uniformity that does not cause uneven contact resistance in the power generation surface is also required.
As a material used for the gas diffusion layer, a porous body having a plurality of through-holes having a pore diameter of about 1 to 100 μm made of carbon fibers such as carbon paper of Patent Documents 1 and 2 is mainly reported. However, although the gas diffusion layer is excellent in corrosion resistance, the thickness is changed by the stack pressure or the carbon fiber falls off because it is bonded and joined at a location where the carbon fiber carbonized resin binder exists. There are strength problems such as. In addition, since the manufacturing method is a papermaking method, it is difficult to precisely control the hole shape, and there is a problem that uniform gas supply and water management are impossible.
さらに、ガス拡散層より突出した炭素繊維が電解質膜に物理的に負荷を与え、電解質膜を損傷し、その結果アノード側のガスおよびカソード側のガスがお互いにリークし、電池性能の低下が懸念される。また、製造工程が高温であるため製造コストの高コスト化が懸念される。
また、金属系のガス拡散層材料も報告されている。特許文献３ではエキスパンドメタルおよびラスカットメタルを使用したガス拡散層が報告されているが、貫通孔径が大きいため、反応ガスの拡散性には問題ないが、水保持能に問題がある。さらに、触媒層との接触面積が少なくなるため、接触抵抗の増加が懸念される。
Furthermore, the carbon fibers protruding from the gas diffusion layer physically load the electrolyte membrane, damaging the electrolyte membrane, and as a result, the anode side gas and the cathode side gas leak to each other, and there is a concern that the battery performance may deteriorate. Is done. Moreover, since the manufacturing process is at a high temperature, there is a concern about an increase in manufacturing cost.
Metal-based gas diffusion layer materials have also been reported. In
また特許文献４では、金属繊維をフェルト状化したガス拡散層が報告されているが、折り重なった部分に凹凸が発生し、その凹凸形状が電解質膜を損傷する問題がある。
また特許文献５では、金属単板のウェットエッチング加工によるガス拡散層が報告されているが、高アスペクト比のウェットエッチングが困難であり、一般的に多く使用されている数１００μｍ程度の厚みのガス拡散層では、は特殊なウェットエッチング方法を用いない限り、良好な電池特性を発現させるために必要とされるより微細な１０μｍ以下の貫通孔径の作製は困難である。
Further,
本発明の第一の目的は、従来の技術における上述した問題点に鑑みてなされたものであり、導電性、強度、ガス透過性、水管理能力の良好な燃料電池用ガス拡散層を提供することであり、本発明の第二の目的は、そのような燃料電池用ガス拡散層を容易に低コストで簡便に製造する方法を提供することである。 The first object of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and provides a gas diffusion layer for a fuel cell having good conductivity, strength, gas permeability, and water management capability. Therefore, a second object of the present invention is to provide a method for easily and inexpensively producing such a gas diffusion layer for fuel cells.
上記課題を解決するために、ここに提案する燃料電池用ガス拡散層の製造方法は、
既定の金属板にフォトレジストを形成する第１工程、
ガス拡散用貫通孔および位置合わせ用貫通孔をパターニングしたフォトマスクを介して、前記第１工程を経た前記金属板を露光および現像し、フォトレジストをパターニングする第２工程、
前記第２工程を経た前記金属板をウェットエッチングし、複数のガス拡散用貫通孔および位置合わせ用貫通孔を形成する第３工程、
前記第３工程を経た前記金属板に塗布されたフォトレジストを剥離する第４工程、および、
前記第４工程を経た２以上の前記金属板を前記位置合わせ用貫通孔を合わせて積層する第５工程を含むことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a gas diffusion layer for a fuel cell proposed here is:
A first step of forming a photoresist on a predetermined metal plate;
A second step of patterning a photoresist by exposing and developing the metal plate having undergone the first step through a photomask in which a gas diffusion through hole and an alignment through hole are patterned;
A third step of wet-etching the metal plate that has undergone the second step to form a plurality of gas diffusion through holes and alignment through holes;
A fourth step of removing the photoresist applied to the metal plate that has undergone the third step; and
It includes a fifth step of laminating the two or more metal plates that have undergone the fourth step together with the alignment through holes.
本発明によれば、導電性、強度、ガス透過性、水管理能力の良好な燃料電池用ガス拡散層を実現することができ、さらに、そのような燃料電池用ガス拡散層を容易に低コストで簡便に製造する方法を実現できる。 According to the present invention, a gas diffusion layer for a fuel cell having good conductivity, strength, gas permeability, and water management capability can be realized, and such a gas diffusion layer for a fuel cell can be easily manufactured at low cost. A simple manufacturing method can be realized.
以下、適宜、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳述することにより本発明を明らかにする。
図１は本発明の一つの実施の形態における第一の態様の燃料電池用ガス拡散層の説明断面図である。また、図２は図１の燃料電池用ガス拡散層の説明上面図である。更に、図３は上記実施の形態における第二の態様の燃料電池用ガス拡散層の説明断面図である。また、図４は図３の燃料電池用ガス拡散層の説明上面図である。
Hereinafter, the present invention will be clarified by detailed description of embodiments of the present invention as appropriate with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory sectional view of a gas diffusion layer for a fuel cell according to a first aspect of one embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory top view of the fuel cell gas diffusion layer of FIG. Further, FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of the fuel cell gas diffusion layer of the second aspect in the above embodiment. 4 is an explanatory top view of the fuel cell gas diffusion layer of FIG.
図１ないし図４の実施の形態の燃料電池用ガス拡散層は、フォトエッチングにより複数のガス拡散用貫通孔６および位置合わせ用貫通孔７が形成された１以上の金属板３、４、５を、セパレータ側（各図における上方または下方）から触媒層側（各図における下方または上方）までガス拡散用貫通孔６が連続するように位置合わせ用貫通孔７を合わせて積層させて構成される。
The gas diffusion layer for a fuel cell according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 4 includes one or
上記実施の形態に用いる金属板３、４、５への貫通孔形成方法については、まず、金属板にネガ型又はポジ型のフォトレジストを形成する。次に、透光又は遮光部位からなる所望のパターンが形成されたフォトマスクを介して露光、現像を行い、同パターンに形成したフォトレジストを設ける。最後に、金属板を腐食可能なエッチング液を用いてエッチングを行い、所定の貫通孔を形成する。最後に、エッチング加工終了後のフォトレジストは、剥離液に浸漬することで膨潤剥離する。
Regarding the through hole forming method for the
上記実施の形態に用いる金属板の材質については、ウェットエッチングが可能であれば、特に限定するところではない。比較的温和なエッチング液条件で加工可能な材料として、鉄、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金を好適に用いることができる。特に薄板としても堅牢性が高く、かつ通過するガス、水に対しての耐食性が高いものとして、ステンレス類の鉄合金が好ましい。
上記実施の形態に用いる金属板の板厚については、金属板の貫通孔径を決定する因子となるため、最終的に金属板を積層した際の貫通孔形状を考慮して、適宜選択する必要がある。
The material of the metal plate used in the above embodiment is not particularly limited as long as wet etching is possible. As a material that can be processed under relatively mild etchant conditions, iron, iron alloy, copper, copper alloy, aluminum, and aluminum alloy can be suitably used. In particular, a stainless steel alloy is preferable as a thin plate that has high fastness and high corrosion resistance to the passing gas and water.
About the plate | board thickness of the metal plate used for the said embodiment, since it becomes a factor which determines the through-hole diameter of a metal plate, it is necessary to select suitably considering the through-hole shape at the time of laminating | stacking a metal plate finally. is there.
図５は、本発明の一つの実施の形態としての燃料電池用ガス拡散層の製造方法における金属板の表面片面からフォトエッチングした貫通孔の説明断面図を示す図である。ウェットエッチングにおいては、図５に示すように、フォトレジスト直下でのサイドエッチングが進行するため、エッチングファクターを最大とする加工方法を用いた場合においても２．６程度である。ここでエッチングファクター（ＥＦ）とはレジスト開口径をＷ１、金属板のエッチング部分の開口径をＷ２、深さをＤとすると式（４）で表される。
ＥＦ＝２Ｄ／Ｗ２−Ｗ１………………（４）
上記エッチングファクターより、フォトレジストの開口径分を考慮すると、板厚以下の貫通孔径を得ることは難しい。金属板厚を薄くすることにより最小貫通孔径を小さくすることが可能であるが、金属板厚を小さくしすぎると金属板単体の堅牢性が低下する問題がある。
FIG. 5 is an explanatory cross-sectional view of a through hole photoetched from one surface of a metal plate in the method for producing a gas diffusion layer for a fuel cell as one embodiment of the present invention. In wet etching, as shown in FIG. 5, side etching proceeds directly under the photoresist, so that it is about 2.6 even when a processing method that maximizes the etching factor is used. Here, the etching factor (EF) is expressed by equation (4) where the resist opening diameter is W1, the opening diameter of the etched portion of the metal plate is W2, and the depth is D.
EF = 2D / W2-W1 (4)
Considering the opening diameter of the photoresist, it is difficult to obtain a through-hole diameter equal to or smaller than the plate thickness from the etching factor. Although it is possible to reduce the minimum through-hole diameter by reducing the metal plate thickness, there is a problem that the robustness of the metal plate alone is lowered if the metal plate thickness is too small.
また、金属板を積層したガス拡散層全体の厚みとして、水管理のために１００〜５００μｍ、より好ましくは２００μｍ程度必要であり、積層枚数の増加による接触抵抗の増加が懸念される。
さらには、材質によっては、薄板化による加工費から材料単価が大きくなり、高コスト化を招く恐れもあるので、材質により適宜選択する必要がある。
上記実施の形態に用いるフォトレジスト材料としては、エッチング液に対しての耐薬品性を有していれば、特に限定されるものでない。フォトレジストとしては、ネガ型、ポジ型のいずれのレジストも使用可能である。ネガ型フォトレジストとしては、重クロム酸系やポリケイ皮酸ビニル系や環化ゴムアジド系などが挙げられる。
Moreover, as the thickness of the whole gas diffusion layer which laminated | stacked the metal plate, about 100-500 micrometers, more preferably about 200 micrometers is required for water management, and there exists a concern about the increase in contact resistance by the increase in the number of lamination | stacking.
Furthermore, depending on the material, the unit cost of the material increases due to the processing cost for thinning the plate, which may lead to an increase in cost. Therefore, it is necessary to select the material appropriately.
The photoresist material used in the above embodiment is not particularly limited as long as it has chemical resistance to the etching solution. As the photoresist, either negative type or positive type resist can be used. Examples of the negative photoresist include bichromic acid type, polyvinyl cinnamate type and cyclized rubber azide type.
また、ポジ型フォトレジストとしては、ナフトキノンアジド系やノボラック樹脂系などが挙げられる。液状フォトレジストをエッチング層上に塗布する場合には、スピンコーター、ロールコーター、ディップコーターなど通常使用されるフォトレジストコート方法を用いる。ドライフィルムレジストを用いる場合にはラミネーターを用いる。また、印刷レジストをパターン印刷しても良い。 Examples of the positive photoresist include naphthoquinone azide and novolak resin. When a liquid photoresist is applied on the etching layer, a commonly used photoresist coating method such as a spin coater, a roll coater, or a dip coater is used. When a dry film resist is used, a laminator is used. Further, the printing resist may be pattern printed.
上記実施の形態に用いるフォトレジストの厚みについては、使用するフォトレジスト材料、金属板材料および所望のパターン寸法によるが、金属板単板においてもガス拡散用貫通孔径１００μｍ程度のある程度の微細なパターン形成が必要となるため、ウェットエッチング下におけるフォトレジストの密着性が確保できれば、極力薄いほうが好ましい。フォトレジストを薄くすることによって、露光の拡散による精度誤差を抑制するだけでなく、ウェットエッチング時のエッチング液の拡散性を向上させることが可能となり、より微細で高アスペクト比の加工が可能となる。 The thickness of the photoresist used in the above embodiment depends on the photoresist material used, the metal plate material, and the desired pattern dimensions. However, even in a single metal plate, a certain degree of fine pattern formation with a gas diffusion through hole diameter of about 100 μm is formed. Therefore, it is preferable that the thickness is as thin as possible if the adhesion of the photoresist under wet etching can be secured. Thinning the photoresist not only suppresses accuracy errors due to exposure diffusion, but also improves the diffusibility of the etchant during wet etching, enabling finer and higher aspect ratio processing. .
上記実施の形態に用いるフォトレジストの開口幅については、使用する各材料、エッチング条件により適宜選択する必要がある。フォトレジストの開口幅を大きくすると、ウェットエッチング時のエッチング液の拡散性が向上するため、より高アスペクト比の加工が可能となるが、開口幅の分だけ貫通孔径は大きくなる。逆に、フォトレジストの開口幅を小さくすると、ウェットエッチング時のエッチング液の拡散性が悪くなるため、アスペクト比の小さい加工となり、結果として、貫通孔が形成されるまでエッチングを進行させた際に貫通孔径が大きくなってしまう問題がある。 About the opening width of the photoresist used for the said embodiment, it is necessary to select suitably by each material to be used and etching conditions. Increasing the opening width of the photoresist improves the diffusibility of the etchant during wet etching, so that processing with a higher aspect ratio is possible, but the through-hole diameter increases by the opening width. Conversely, if the opening width of the photoresist is reduced, the diffusibility of the etchant during wet etching will deteriorate, resulting in processing with a low aspect ratio, and as a result, when etching proceeds until through holes are formed. There is a problem that the diameter of the through hole becomes large.
上記実施の形態に用いるウェットエッチング液については、塩化第二鉄または塩化第二銅を用いることが望ましい。特に、鉄やアルミニウム系の金属には塩化第二鉄を用いることが好ましい。塩化第二鉄および塩化第二銅は、塩素または塩素酸化合物などの酸化性物質をエッチング加工の際に同時に混合することにより、反応生成物である塩化第一鉄または塩化第一銅を再生することが可能となる。 It is desirable to use ferric chloride or cupric chloride for the wet etching solution used in the above embodiment. In particular, ferric chloride is preferably used for iron and aluminum-based metals. Ferric chloride and cupric chloride regenerate reaction products such as ferrous chloride or cuprous chloride by simultaneously mixing oxidizing substances such as chlorine or chloric acid compounds during the etching process. It becomes possible.
塩化第二鉄（ＦｅＣｌ３）を用いた場合を例に取ると、エッチング加工の際の反応生成物である塩化第一鉄（ＦｅＣｌ２）は、式（５）（６）のように、再び塩化第二鉄に再生される。
（塩素を混合した場合）２ＦｅＣｌ２＋Ｃｌ２→２ＦｅＣｌ３ ………（５）
（塩素酸ナトリウムを混合した場合）
６ＦｅＣｌ２＋６ＨＣｌ＋ＮａＣｌＯ３→６ＦｅＣｌ３＋ＮａＣｌ＋３Ｈ２Ｏ…（６）
上記実施の形態に用いるウェットエッチング液の濃度については、所望の貫通孔形状により適宜選択する必要がある。塩化第二鉄および塩化第二銅は、濃度によって反応速度および加工面の表面粗さが変化する。特に、塩化第二鉄は、２．５ｍｏｌ／Ｌ付近に反応速度の極大を持ち、その前後で特に鉄系合金において表面粗さが小さくなるため、上記濃度付近で調整することがより好ましい。
Taking the case of using ferric chloride (FeCl 3 ) as an example, ferrous chloride (FeCl 2 ), which is a reaction product at the time of etching, is again expressed as in equations (5) and (6). Regenerated to ferric chloride.
(When chlorine is mixed) 2FeCl 2 + Cl 2 → 2FeCl 3 (5)
(When sodium chlorate is mixed)
6FeCl 2 + 6HCl + NaClO 3 → 6FeCl 3 + NaCl + 3H 2 O (6)
About the density | concentration of the wet etching liquid used for the said embodiment, it is necessary to select suitably by a desired through-hole shape. For ferric chloride and cupric chloride, the reaction rate and the surface roughness of the processed surface vary depending on the concentration. In particular, ferric chloride has a maximum reaction rate in the vicinity of 2.5 mol / L, and the surface roughness is particularly small before and after the iron-based alloy.
上記実施の形態に用いるウェットエッチング液の温度については、高温ほど反応速度が増加し、加工速度が向上するため、４０℃以上、より好ましくは５０℃以上であることが好ましい。
上記実施の形態に用いるウェットエッチング液の供給方法については、スプレー法、パドル法、ディップ法や噴流法などが挙げられるが、特にスプレー法が好ましい。スプレー法により、金属板幅方向への液捌けを促進し、中央部のエッチング液滞流（液ダマリ）が抑制され、液を均一かつ連続的に供給することが可能となり、高精度かつ高アスペクト加工、加工速度を良好にするとこができる。
The temperature of the wet etching solution used in the above embodiment is preferably 40 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher because the reaction rate increases and the processing speed improves as the temperature increases.
Examples of the method for supplying the wet etching solution used in the above embodiment include a spray method, a paddle method, a dip method, a jet method, and the like, and the spray method is particularly preferable. The spray method promotes liquid spreading in the width direction of the metal plate, suppresses the etchant stagnant flow (liquid dip) in the center, makes it possible to supply the liquid uniformly and continuously, and provides high accuracy and high aspect ratio. It is possible to improve the processing and processing speed.
上記実施の形態に用いるウェットエッチング後のフォトレジストの剥離液については、熱アルカリ溶液、ジメチルホルムアミド等の有機溶剤が挙げられるが、使用する金属材料を腐食しないものを適宜選択する必要がある。例えば、アルミニウム系材料を使用する場合、熱アルカリ溶液は侵食作用があるため、使用することができない。特に、鉄系材料を使用する場合、熱アルカリ溶液を使用することにより、フォトレジストの剥離と同時に表面の脱脂効果もあるため、大変有効である。 Examples of the photoresist stripping solution after wet etching used in the above embodiment include organic solvents such as a hot alkaline solution and dimethylformamide, but it is necessary to appropriately select one that does not corrode the metal material to be used. For example, when an aluminum-based material is used, a hot alkaline solution cannot be used because it has an erosive action. In particular, when an iron-based material is used, the use of a hot alkaline solution is very effective because it has a degreasing effect on the surface simultaneously with the peeling of the photoresist.
上記実施の形態に用いる金属板のガス拡散用貫通孔のパターン形状については、碁盤目状、丸ドット状、ストライプ状等が挙げられるが、セパレータの流路構造によって適宜選択する必要がある。特に、あらゆる方向に対して堅牢性が高く、金属板を積層してガス拡散層とした際の最終的なガス拡散用貫通孔の予測設計が容易である碁盤目状が好ましい。
上記実施の形態に用いる金属板を積層しガス拡散層とする工程については、ガス拡散用貫通孔と別部分にウェットエッチングで同時作製した位置合わせ用貫通孔を用いる。画像認識により装置的に合わせても良いし、スタックの際には位置決めピンを用意し、ピンを上記位置合わせ用貫通孔に差し込むことで積層しても良い。
図４は、上記実施の形態における金属板単板を積層した燃料電池用ガス拡散層一部分の一例の説明上面図である。
The pattern shape of the gas diffusion through hole of the metal plate used in the above embodiment includes a grid shape, a round dot shape, a stripe shape, and the like, but it is necessary to select appropriately according to the flow path structure of the separator. In particular, a grid shape is preferable because it has high fastness in all directions and facilitates predictive design of the final gas diffusion through-hole when a metal plate is laminated to form a gas diffusion layer.
For the step of laminating the metal plates used in the above-described embodiment to form a gas diffusion layer, alignment through-holes simultaneously produced by wet etching are used separately from the gas diffusion through-holes. The positioning may be performed in an apparatus by image recognition, or may be laminated by preparing positioning pins at the time of stacking and inserting the pins into the positioning through holes.
FIG. 4 is an explanatory top view of an example of a part of a gas diffusion layer for a fuel cell in which metal plate single plates in the above embodiment are laminated.
また、図３は、上記実施の形態における金属板単板を積層した燃料電池用ガス拡散層の一部分を例示する説明断面図である。上記実施の形態に用いる金属板を積層し燃料電池用ガス拡散層とする積層構造については、例えば図３、図４のように、第１、第２、および、第３の各金属板３、４、５の全てのガス拡散用貫通孔６のパターン位置（金属板の面内方向での位置）が揃うように位置合わせ用貫通孔７を利用して位置合わせして積層し、直線状に連通したガス拡散用貫通孔としても良い。
FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view illustrating a part of a gas diffusion layer for a fuel cell in which metal plate single plates in the above embodiment are laminated. For the laminated structure in which the metal plates used in the above embodiment are laminated to form a fuel cell gas diffusion layer, for example, as shown in FIGS. 3 and 4, the first, second, and
しかしながら、このように直線状に連通した形状ではガス拡散性、水排出性が問題なくとも、水保持性が問題となる場合がある。また、金属板に形成されたガス拡散用貫通孔で、金属板を積層してガス拡散層とした際のガス拡散用貫通孔の径が決まってしまうため、１０μｍ以下といったより微細なガス拡散用貫通孔を有したガス拡散層を作製することは極めて困難である。 However, in such a shape communicating linearly, water retention may be a problem even if there is no problem in gas diffusibility and water discharge. Moreover, since the diameter of the gas diffusion through-hole when the metal plate is laminated to form the gas diffusion layer is determined by the gas diffusion through-hole formed in the metal plate, the gas diffusion through-hole is finer than 10 μm or less. It is extremely difficult to produce a gas diffusion layer having through holes.
好ましくは、例えば図１、図２のように第１、第２、および、第３の各金属板３、４、５のそれぞれのガス拡散用貫通孔のパターン位置を変更し（金属板の面内方向での位置をずらせて）、それぞれが折り重なるように位置合わせ用貫通孔７を利用して位置合わせして配置する方法が良い。この配置方法により、ガス拡散用貫通孔径の最小孔径は、ウェットエッチングの加工限界に制約されることなく、より微細にすることができる。さらには、ガス拡散層の平行方向にもガスおよび水分の流動が可能となるため、更なるガス拡散性、水管理能力の向上が可能となる。
Preferably, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, the pattern positions of the gas diffusion through holes of the first, second, and
上記実施の形態に用いる金属板の接触抵抗、耐久性等の物性をさらに改善するために、金属板を貴金属めっきで被覆しても良い。貴金属としては、金、白金、及びパラジウムが挙げられる。特に、接触抵抗が低く、耐食性の高い金が望ましい。ステンレス等の単独で反応ガスおよび水に対する耐食性を有するものは、ピンホールがあっても構わないため、薄膜めっきであっても大きな問題はない。但し、銅等の耐食性の伴わない材質に関しては、ピンホールがない厚膜めっきを施す必要があり、厚膜過ぎると高コスト化の懸念がある。 In order to further improve physical properties such as contact resistance and durability of the metal plate used in the above embodiment, the metal plate may be coated with noble metal plating. Examples of the noble metal include gold, platinum, and palladium. In particular, gold having low contact resistance and high corrosion resistance is desirable. Since stainless steel or the like that has corrosion resistance to the reaction gas and water may have pinholes, even if it is thin film plating, there is no big problem. However, for materials that do not have corrosion resistance, such as copper, it is necessary to perform thick film plating without pinholes.
上記と同様の目的として、金属板に導電性樹脂を被覆しても良い。貴金属めっきと比較して安価であり、厚膜を形成してもコスト的な問題が少ない。被覆方法としては、ディッピング、スプレー、静電塗装法等の各種ウェットコーティング方法が挙げられる。特に、方法が簡便なディッピング法が好ましい。
上記実施の形態に用いる導電性樹脂は、導電性フィラーと樹脂の混合物である。導電性フィラーとしては、繊維状導電性フィラーあるいは粉体状導電性フィラーが望ましい。繊維状導電性フィラーとしては、具体的には、例えば、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブなどから選ばれる１種あるいは２種以上のカーボン繊維を挙げることができる。
For the same purpose as described above, the metal plate may be coated with a conductive resin. Compared to noble metal plating, it is less expensive and there are few cost problems even if a thick film is formed. Examples of the coating method include various wet coating methods such as dipping, spraying, and electrostatic coating. In particular, a dipping method with a simple method is preferred.
The conductive resin used in the above embodiment is a mixture of a conductive filler and a resin. As the conductive filler, a fibrous conductive filler or a powder conductive filler is desirable. Specific examples of the fibrous conductive filler include one or more carbon fibers selected from carbon nanofibers, carbon nanotubes, and the like.
上記実施の形態において、繊維状導電性フィラーと粉体状導電性フィラーを併用すると導電性樹脂自体の導電性をさらに低減できる。粉体状導電性フィラーとしては、十分な導電性を有し、発電環境下で十分な耐食性を有するものであれば特に制限はなく、具体的には、例えば、アセチレンブラック、バルカン、ケッチェンブラック等のカーボン粉体、ＷＣ、ＴｉＣなどの金属炭化物、ＴｉＮ、ＴａＮなどの金属窒化物、ＴｉＳｉ，ＺｒＭｏＳｉなどの金属珪化物およびＡｇ，Ａｕなどの耐食性金属などから選ばれた１種ないし２種以上の混合物を挙げることができる。 In the above embodiment, when the fibrous conductive filler and the powdered conductive filler are used in combination, the conductivity of the conductive resin itself can be further reduced. The powdery conductive filler is not particularly limited as long as it has sufficient conductivity and has sufficient corrosion resistance in a power generation environment, and specifically, for example, acetylene black, vulcan, ketjen black One or more selected from carbon powders such as WC, TiC, metal carbides, TiN, TaN, etc., metal silicides such as TiSi, ZrMoSi, and corrosion-resistant metals such as Ag, Au, etc. Can be mentioned.
上記実施の形態に用いる導電性樹脂を構成する樹脂成分としては、ウェットコーティングが可能であれば特に制限はなく、具体的には、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂、芳香族ポリイミド樹脂、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、などから選ばれた１種ないし２種以上の混合物を用いることができる。 The resin component constituting the conductive resin used in the above embodiment is not particularly limited as long as wet coating is possible. Specifically, for example, phenol resin, epoxy resin, silicone resin, fluorine resin, aromatic A mixture of one or more selected from group polyimide resins, polyamides, polyamideimides, polyethylene terephthalates, polyether ether ketones, and the like can be used.
上記実施の形態に用いる導電性樹脂における樹脂成分と導電性フィラーの比率は、用いられる金属板材質により異なるが、導電性フィラーの含有量が少ないと必要な導電性が確保できず、また、導電性フィラーの含有量が多すぎると、ウェットプロセスに不適合なインク粘度の増加、機械的強度の低下が懸念される。具体的な指標としては、膜形成した際に樹脂成分中の導電性フィラーの重量比率が３０重量％以上９０重量％以下であることが好ましく、さらに好ましくは６０重量％以上８５重量％未満が望ましい。 The ratio of the resin component and the conductive filler in the conductive resin used in the above embodiment differs depending on the metal plate material used. However, if the content of the conductive filler is small, the necessary conductivity cannot be ensured, and the conductive If the content of the functional filler is too large, there is a concern about an increase in ink viscosity and a decrease in mechanical strength that are incompatible with the wet process. As a specific index, the weight ratio of the conductive filler in the resin component when the film is formed is preferably 30% by weight or more and 90% by weight or less, and more preferably 60% by weight or more and less than 85% by weight. .
上記実施の形態に用いるガス拡散層の貫通方向抵抗値、即ち、ガス拡散層のセパレータ側から触媒層側に到る貫通抵抗値は、スタック圧を想定した加圧環境下である１〜５ＭＰａで１０ｍΩ・ｃｍ2以下、さらに好ましくは１ｍΩ・ｃｍ2以下が望ましい。ガス拡散層はスタック部材の一部であるため、良好な導電性を有している必要がある。１０ｍΩ・ｃｍ2以上になると、燃料電池全体の抵抗値として無視することができなくなり、電池性能の劣化に大きく寄与することになる。 The penetration resistance value of the gas diffusion layer used in the above embodiment, that is, the penetration resistance value from the separator side to the catalyst layer side of the gas diffusion layer is 1 to 5 MPa in a pressurized environment assuming a stack pressure. It is preferably 10 mΩ · cm 2 or less, more preferably 1 mΩ · cm 2 or less. Since the gas diffusion layer is a part of the stack member, it needs to have good conductivity. If it is 10 mΩ · cm 2 or more, it cannot be ignored as the resistance value of the entire fuel cell, which greatly contributes to deterioration of battery performance.
以上のように、本発明の実施の形態では、金属板に貴金属めっき、導電性樹脂を被覆する態様を採ることも可能である。これにより、接触抵抗、耐久性等の物性をさらに改善することが可能である。
以上説明した、上記実施の形態におけるガス拡散層では複数のガス拡散用貫通孔が形成された金属板を、セパレータ側から触媒層側までガス拡散用貫通孔が連続するように、位置合わせ用貫通孔を合わせて複数積層してなることを特徴とする。
As described above, in the embodiment of the present invention, it is possible to adopt a mode in which the metal plate is coated with the noble metal plating and the conductive resin. Thereby, physical properties such as contact resistance and durability can be further improved.
As described above, in the gas diffusion layer according to the above-described embodiment, the metal plate in which a plurality of gas diffusion through holes are formed is aligned so that the gas diffusion through holes are continuous from the separator side to the catalyst layer side. It is characterized in that a plurality of holes are laminated together.
そして、金属板をウェットエッチングにより作製することにより、低コストかつ容易にガス拡散層を作製することが可能である。また、フォトリソグラフィによりパターン形状を決定できるため、全面に規格されたパターンおよび開口径のガス拡散用貫通孔を形成することができ、均一な反応ガスの供給、水管理が可能となる。
さらに、本実施の形態では金属板を用いるため、高い機械的強度を有する。また、表面が平滑であるため、電解質膜を損傷することなく、発電性能の劣化を防止できる。さらに、積層構造とするため、金属薄板を使用することが可能となり、高アスペクトの特殊なウェットエッチング方法を用いなくとも、金属板単板では作製困難である１０μｍ以下の微細な径のガス拡散用貫通孔を有した総厚数１００μｍのガス拡散層の作製が可能となる。これにより、均一な反応ガスの供給、水管理能力を向上させることができる。
And it is possible to produce a gas diffusion layer easily at low cost by producing a metal plate by wet etching. Further, since the pattern shape can be determined by photolithography, a gas diffusion through-hole having a standardized pattern and an opening diameter can be formed on the entire surface, and uniform reaction gas supply and water management can be achieved.
Furthermore, since a metal plate is used in this embodiment, it has high mechanical strength. In addition, since the surface is smooth, it is possible to prevent deterioration in power generation performance without damaging the electrolyte membrane. Furthermore, because of the laminated structure, it is possible to use thin metal plates, and for gas diffusion with a fine diameter of 10 μm or less, which is difficult to produce with a single metal plate without using a high-aspect special wet etching method. A gas diffusion layer having through holes and having a total thickness of several hundreds μm can be produced. Thereby, supply of uniform reaction gas and water management ability can be improved.
また、金属板に貴金属めっき、導電性樹脂を被覆することも可能である。これにより、接触抵抗、耐久性等の物性をさらに改善することが可能である。
そして、さらに、ガス拡散層のセパレータ側から触媒層側に到る貫通抵抗値が１０ｍΩ・ｃｍ2以下であるような特徴的な仕様を実現できる。
It is also possible to coat the metal plate with noble metal plating or conductive resin. Thereby, physical properties such as contact resistance and durability can be further improved.
Further, it is possible to realize a characteristic specification that the penetration resistance value from the separator side to the catalyst layer side of the gas diffusion layer is 10 mΩ · cm 2 or less.
次に、上記実施の形態の実施例について説明する。なお、後述する実施例は一例であり、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
（実施例）
金属板として厚み８０μｍのＳＵＳ３１６Ｌを用いた。この金属板のガス拡散層貫通孔を形成する箇所の外周部の4点に、孔径５００μｍの位置合わせ用貫通孔を、パンチングにより形成した。
次いで、膜厚２０μｍのネガ型ドライフィルムレジスト（ＳＵＮＦＯＲＴ ＳＰＧ−１０２、旭化成株式会社製）を上記金属板両面にロールラミネータを用い、ロール温度１１０℃、ロール圧力０．３ＭＰａ、ラミネート速度１ｍ／分で貼り合わせた。
Next, examples of the above embodiment will be described. In addition, the Example mentioned later is an example and this invention is not limited only to this Example.
(Example)
As the metal plate, SUS316L having a thickness of 80 μm was used. A through hole for alignment having a hole diameter of 500 μm was formed by punching at four points on the outer peripheral portion of the metal plate where the gas diffusion layer through hole was formed.
Next, a negative dry film resist (SUNFORT SPG-102, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) with a film thickness of 20 μm is used on both surfaces of the metal plate with a roll temperature of 110 ° C., a roll pressure of 0.3 MPa, and a laminating speed of 1 m / min. Pasted together.
次に、ガス拡散用貫通孔部分に相当する１０μｍ角の遮光部分が、線幅５０μｍの透光部で区画された格子状パターンが配列されており、かつその外周部各辺に位置合わせ用貫通孔に相当する直径１０μｍの円状遮光部分が計４点構成されているフォトマスクを、上記金属板表裏面のパターン位置が一致するように設置し、紫外線露光処理を行った。さらに、３０℃、１重量％炭酸ナトリウム水溶液を、スプレー圧０．１ＭＰａで上記金属板表裏面に噴射することで現像を行い、フォトマスクの露光部分にフォトレジストが残存した金属板を得た。同様に、上記格子状パターン位置を上記円状遮光部分に対して、フォトマスク平面の縦横方向にそれぞれ５、１０、１５μｍずつ変更したフォトマスクを用いて、露光および現像を行い、上記金属板と合わせて計４枚の金属板を得た。
次に、６５℃、３ｍｏｌ／Ｌ塩化第二鉄水溶液を用いて、スプレー圧０．５ＭＰａで上記金属板の両面よりスプレーエッチングを行い、フォトレジストパターンを残した金属板を作製した。
Next, a 10 μm-square light-shielding portion corresponding to the gas diffusion through-hole portion is arranged with a grid pattern partitioned by a light-transmitting portion having a line width of 50 μm, and alignment alignment is provided on each side of the outer peripheral portion. A photomask having a total of four circular light-shielding portions having a diameter of 10 μm corresponding to the holes was placed so that the pattern positions on the front and back surfaces of the metal plate coincided, and ultraviolet exposure processing was performed. Further, development was performed by spraying a 1 wt% sodium carbonate aqueous solution at 30 ° C. onto the front and back surfaces of the metal plate at a spray pressure of 0.1 MPa to obtain a metal plate in which a photoresist remained on the exposed portion of the photomask. Similarly, exposure and development are performed using a photomask in which the grid pattern position is changed by 5, 10, and 15 μm in the vertical and horizontal directions of the photomask plane with respect to the circular light shielding portion, and the metal plate and In total, four metal plates were obtained.
Next, using a 3 mol / L ferric chloride aqueous solution at 65 ° C., spray etching was performed from both sides of the metal plate at a spray pressure of 0.5 MPa to prepare a metal plate leaving a photoresist pattern.
次に４０℃、５重量％苛性ソーダ水溶液に上記金属板を浸漬し、フォトレジストを剥離し、その後水洗後、エアーによって乾燥することで、貫通孔を有する金属板を得た。得られた金属板は全て、ガス拡散用貫通孔が５０μｍ角、線幅１０μｍで格子状パターンに配列され、かつ外周部各辺４点に直径５０μｍの円状の位置合わせ用貫通孔を有していた。また、４枚の金属板それぞれの格子状パターンが、円状貫通孔に対して金属板平面の縦横方向に５μｍずつずれた構造となった。
最後に、位置決め貫通孔４箇所を合わせて、上記金属板４枚を積層し、ガス拡散層を得た。得られたガス拡散層は総厚２００μｍ、ガス拡散層平面の垂直方向から見たガス拡散用貫通孔は５μｍ角であり、線幅１０μｍで格子状に均等に配列された構造であった。
Next, the metal plate was immersed in an aqueous solution of caustic soda at 40 ° C. and 5% by weight, the photoresist was peeled off, washed with water, and then dried with air to obtain a metal plate having through holes. All of the obtained metal plates have gas diffusion through holes arranged in a grid pattern with a 50 μm square and a line width of 10 μm, and circular alignment through holes with a diameter of 50 μm at four points on each side of the outer periphery. It was. In addition, the lattice pattern of each of the four metal plates was shifted by 5 μm in the vertical and horizontal directions of the metal plate plane with respect to the circular through holes.
Finally, the four metal plates were laminated together at the four positioning through-holes to obtain a gas diffusion layer. The obtained gas diffusion layer had a total thickness of 200 μm, gas diffusion through-holes as viewed from the direction perpendicular to the plane of the gas diffusion layer were 5 μm square, and had a structure in which the line width was 10 μm and was evenly arranged in a grid pattern.
１……………………金属板
２……………………フォトレジスト
３……………………第１の金属板
４……………………第２の金属板
５……………………第３の金属板
６……………………ガス拡散用貫通孔
７……………………位置合わせ用貫通孔
６３，６４，６５…ガス拡散用貫通孔
1 ……………… Metal plate 2 ……………………
Claims (1)
ガス拡散用貫通孔および位置合わせ用貫通孔をパターニングしたフォトマスクを介して、前記第１工程を経た前記金属板を露光および現像し、フォトレジストをパターニングする第２工程、
前記第２工程を経た前記金属板をウェットエッチングし、複数のガス拡散用貫通孔および位置合わせ用貫通孔を形成する第３工程、
前記第３工程を経た前記金属板に塗布されたフォトレジストを剥離する第４工程、および、
前記第４工程を経た２以上の前記金属板を前記位置合わせ用貫通孔を合わせて積層する第５工程を含むことを特徴とする燃料電池用ガス拡散層の製造方法。 A first step of forming a photoresist on a predetermined metal plate;
A second step of patterning a photoresist by exposing and developing the metal plate having undergone the first step through a photomask in which a gas diffusion through hole and an alignment through hole are patterned;
A third step of wet-etching the metal plate that has undergone the second step to form a plurality of gas diffusion through holes and alignment through holes;
A fourth step of removing the photoresist applied to the metal plate that has undergone the third step; and
A method for producing a gas diffusion layer for a fuel cell, comprising a fifth step of laminating two or more of the metal plates that have undergone the fourth step together with the alignment through holes.
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| US6171719B1 (en) * | 1996-11-26 | 2001-01-09 | United Technologies Corporation | Electrode plate structures for high-pressure electrochemical cell devices |
| AU3263001A (en) * | 1999-11-17 | 2001-05-30 | Neah Power Systems, Inc. | Fuel cells having silicon substrates and/or sol-gel derived support structures |
| JP2004185946A (en) * | 2002-12-03 | 2004-07-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Power feeding body for fuel cell, and its manufacturing method |
| JP2004207088A (en) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Nissan Motor Co Ltd | Gas permeable substrate and solid oxide fuel cell using the same |
| JP2005336552A (en) * | 2004-05-27 | 2005-12-08 | Toppan Printing Co Ltd | Method for producing metal etching product, and metal etching product |
| JP2007220583A (en) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Toppan Printing Co Ltd | Fuel cell and manufacturing method of gas separator |
| JP5153083B2 (en) * | 2006-03-27 | 2013-02-27 | 三洋電機株式会社 | Fuel cell |
| US7785748B2 (en) * | 2006-04-03 | 2010-08-31 | University Of Delaware | Nano-based gas diffusion media |
| JP2008176960A (en) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Tokyo Institute Of Technology | Polymer electrolyte fuel cell |
| JP2009170202A (en) * | 2008-01-15 | 2009-07-30 | Toyota Motor Corp | Method of manufacturing membrane-electrode assembly |
| JP5499587B2 (en) * | 2008-09-17 | 2014-05-21 | 凸版印刷株式会社 | Manufacturing method of fuel cell separator |
| JP5822428B2 (en) * | 2009-01-20 | 2015-11-24 | 大日本印刷株式会社 | Gas diffusion layer and polymer electrolyte fuel cell using the same |
| JP2010170895A (en) * | 2009-01-23 | 2010-08-05 | Panasonic Corp | Method and device for manufacturing membrane electrode assembly |
| JP5173931B2 (en) * | 2009-05-20 | 2013-04-03 | 大日本印刷株式会社 | Hydrogen permselective membrane and method for producing the same |
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