TW201728435A - 碳片、氣體擴散電極基材、捲繞體及燃料電池 - Google Patents

碳片、氣體擴散電極基材、捲繞體及燃料電池 Download PDF

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Toru Sugahara
Takashi Ando
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Abstract

本發明之目的在於提供一種耐溢流性優異並且能夠抑制碳片內部之剝離之適合用於氣體擴散電極基材之碳片。為了達成上述目的，本發明具有以下構成。即，一種碳片，其係包含碳纖維及黏結材之多孔質之碳片，於自其中一個表面至另一表面之區間中，對於將上述碳片於壓縮下依厚度方向上6等分而獲得之層，當將自包含其中一個表面之層朝向包含另一表面之層依序設為層1、層2、層3、層4、層5、層6時，壓縮下之填充率最大之層為層2，層2、層3、層4、層5、層6之壓縮下之填充率之關係為層2之填充率最大，層3之填充率第二大。

Description

碳片、氣體擴散電極基材、捲繞體及燃料電池
本發明係關於一種適合用於燃料電池尤其是固體高分子型燃料電池之碳片，進而係關於一種包含微孔層之氣體擴散電極基材、捲繞體、及包含該氣體擴散電極基材之燃料電池。
將含有氫之燃料氣體供給至陽極，將含有氧之氧化氣體供給至陰極，藉由於兩極發生之電化學反應而獲得電動勢之固體高分子型燃料電池，一般而言係依序積層分隔件、氣體擴散電極基材、觸媒層、電解質膜、觸媒層、氣體擴散電極基材、及分隔件而構成。上述氣體擴散電極基材必需具有用以使自分隔件供給之氣體向觸媒層擴散之較高之氣體擴散性、用以將伴隨著電化學反應而生成之水向分隔件排出之較高之排水性、及用以擷取產生之電流之較高之導電性。因此，將包含碳纖維等之碳片作為基材，於其表面形成有微孔層之氣體擴散電極基材被廣泛地使用。
然而，作為此種氣體擴散電極基材之課題存在如下問題：(1)於使固體高分子型燃料電池於未達70℃之相對較低之溫度且高電流密度區域作動之情形時，因大量生成之水使氣體擴散電極基材阻塞，氣體之供給不足，結果為，發電性能降低(以下，記為溢流(flooding))；(2)於燃料電池製造過程中，構成氣體擴散電極基材之碳片依厚度方向剝離，於搬送時成為問題，或於發電時生成水 滯留於剝離部中，發電性能降低。因此，對於氣體擴散電極基材，一面達成較高之生成水之排水性及耐剝離性，一面亦要求作為氣體擴散電極基材而要求之機械強度。
因此，例如，提出一種藉由使碳片之樹脂密度依厚度方向上連續地減少而防止發電性能之降低之燃料電池用氣體擴散電極基材(專利文獻1)。
又，提出如下氣體擴散電極基材，即，藉由於自碳片之表面至厚度40μm之區域具有高密度之區域，於中央部具有低密度之區域，不使用微孔層而防止發電性能之降低(專利文獻2)。
又，提出如下碳片，即，積層樹脂密度不同之2片之片材，獲得依厚度方向上細孔徑不同之碳片，藉此而防止燃料電池之性能之降低(專利文獻3)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-145640號公報
[專利文獻2]日本專利特開2014-207240號公報
[專利文獻3]日本專利特開2009-234851號公報
然而，於專利文獻1及2中記載之發明中，由於碳片之其中一個表面之密度最高，故而於設置微孔層時未產生浸入而產生微孔層與碳片之界面。因此，留有如下問題，即，於生成水產生時容易滯留於界面，顯著地產生溢流。
又，於專利文獻3中記載之發明中，留有如下問題，即，由於積層2片之片材而獲得碳片，故而於積層界面容易產生剝離，並且於生成水產生時容易滯留於積層界面，而顯著地產生溢流。
因此，本發明之目的在於鑒於上述習知技術之背景提供一種先前較困難之耐溢流性優異、並且能夠抑制碳片內部之剝離之適合用於氣體擴散電極基材之碳片。
進而，本發明之另一目的在於提供一種將上述碳片用作基材而成之氣體擴散電極基材、將上述碳片或該氣體擴散電極基材捲繞而成之捲繞體、及包含該氣體擴散電極基材之燃料電池。
本發明之實施形態如下。
一種碳片，其係包含碳纖維及黏結材之多孔質之碳片，於自其中一個表面至另一表面之區間，對於將上述碳片於壓縮下依厚度方向上6等分而獲得之層，當自包含其中一個表面之層朝向包含另一表面之層依序設為層1、層2、層3、層4、層5、層6時，壓縮下之填充率最大之層為層2，且層2、層3、層4、層5、層6之壓縮下之填充率之關係為層2之填充率最大，層3之填充率第二大。
根據本發明，可獲得一種習知較困難之耐溢流性優異並且可抑制碳片內部之剝離之適合用於氣體擴散電極基材之碳片。
1‧‧‧碳片
2‧‧‧面1
3‧‧‧面6
4‧‧‧層1
5‧‧‧層2
6‧‧‧層3
7‧‧‧層4
8‧‧‧層5
9‧‧‧層6
10‧‧‧微孔層
11‧‧‧氣體擴散電極基材
圖1係用以說明本發明之碳片之構成之示意剖面圖。
圖2係用以說明使用本發明之碳片之氣體擴散電極基材之構成之示意剖面圖。
本發明之碳片係包含碳纖維及黏結材之多孔質之碳片，其於自其中一個表面至另一表面之區間中，對於將上述碳片於壓縮下依厚度方向上6等分而獲得之層，當將自包含其中一個表面之層朝向包含另一表面之層依序設為層1、層2、層3、層4、層5、層6時，壓縮下之填充率最大之層為層2，層2、層3、層4、層5、層6之壓縮下之填充率之關係為層2之填充率最大，層3之填充率第二大。
再者，於本發明中，於簡單記載為「填充率」之情形時，表示壓縮下之填充率。即，「層1之填充率」與「層1之壓縮下之填充率」均表示層1之壓縮下之填充率。
以下，對本發明之碳片、氣體擴散電極基材、捲繞體及燃料電池詳細地進行說明。
首先，使用圖式說明本發明中之碳片及氣體擴散電極基材之構成。圖1係用以說明本發明之碳片之構成之示意剖面圖。圖2係用以說明使用本發明之碳片之氣體擴散電極基材之構成之示意剖面圖。
於圖1中，於自其中一個表面(面1(2))至另一表面(面6(3))之區間中，對於將上述碳片於壓縮下依厚度方向上6等分而獲得之層，若自包含其中一個表面(面1(2))之層朝向包含另一表面(面6(3))之層依序設為層1(4)、層2(5)、層3(6)、層4(7)、層5(8)、層 6(9)，則壓縮下之填充率最大之層為層2，層2、層3、層4、層5、層6之壓縮下之填充率之關係為層2之填充率最大，層3之填充率第二大。如此一來，本發明之碳片(1)包含層1(4)、層2(5)、層3(6)、層4(7)、層5(8)、層6(9)。
又，圖2係例示可於圖1中之碳片(1)之其中一個表面即面1(2)之側形成微孔層(10)而獲得之氣體擴散電極基材(11)之構成者。再者，微孔層(10)可設為局部填充於碳片(1)之形狀之構造。
[碳片]
本發明之碳片係指包含碳纖維及黏結材之多孔質者，亦可視需要進行撥水加工。
又，於本發明中，所謂黏結材係表示碳片中之碳纖維以外之成分。因此，於黏結材中，包含作為發揮使碳纖維彼此鍵結之作用之材料之樹脂組成物之碳化物。又，於在本發明之碳片中使用撥水材之情形時，撥水材包含於黏結材中。
本發明之碳片為了用以使自分隔件供給之氣體向觸媒層擴散之較高之氣體擴散性、及用以將伴隨著電化學反應而生成之水向分隔件排出之較高之排水性，重要的是為多孔質。進而，較佳為本發明之碳片為了擷取所產生之電流而具有較高之導電性。因此，為了獲得碳片，較佳為使用具有導電性之多孔體。更具體而言，較佳之樣態為，用於獲得碳片之多孔體使用例如碳纖維織物、碳紙及碳纖維不織布等包含碳纖維之多孔體、及包含碳纖維之碳質之發泡多孔體。
其中，由於耐腐蝕性優異，故而為了獲得碳片較佳為 使用包含碳纖維之多孔體。進而，由於吸收電解質膜之厚度方向之尺寸變化之特性、即「彈性」優異，因而較佳之態樣為使用將碳纖維之造紙體利用碳化物(黏結材)黏結而成之碳紙。
又，由於製造成本經濟，因而較佳之樣態為本發明之碳片以捲接捲式連續地製造。
而且，本發明之特徵在於：於自其中一個表面至另一表面之區間中，對於將上述碳片於壓縮下依厚度方向上6等分而獲得之層，當自包含其中一個表面之層朝向包含另一表面之層依序設為層1、層2、層3、層4、層5、層6時，壓縮下之填充率最大之層為層2。進而，其特徵在於：層2、層3、層4、層5、層6之壓縮下之填充率之關係為，層2之填充率最大，層3之填充率第二大。此處，對於層2、層3、層4、層5、層6之壓縮下之填充率之關係是否為層2之填充率最大，層3之填充率第二大之判斷進行舉例。例如，於填充率為層1=28%、層2=30%、層3=27%、層4=30%、層5=25%、層6=22%之情形時，層2及層4為填充率最大之層，層3為層2、層3、層4、層5、層6中填充率第三大之層。
於碳片中，層2之填充率最大，進而，層2、層3、層4、層5、層6中，層3之填充率第二大，藉此，各層之微孔徑相反地依照層2、層3之順序變大，生成水迅速地被排出。又，層1之填充率較層2之填充率小，藉此，於設置微孔層時藉由適度滲入至碳片內而未形成界面，從而可防止微孔層與碳片之界面中之生成水之滯留。
較佳為本發明之碳片之層2、層3、層4、層5、層6之壓縮下之填充率之關係依照層2之填充率、層3之填充率、層4 之填充率、層5之填充率、層6之填充率之順序變小。藉由層2、層3、層4、層5、層6之壓縮下之填充率之關係依照層2之填充率、層3之填充率、層4之填充率、層5之填充率、層6之填充率之順序變小，依厚度方向之中間不存在填充率較低之層，因此，剝離應力未集中於層內從而耐剝離性進而提高。如此，藉由以依照層2之填充率、層3之填充率、層4之填充率、層5之填充率、層6之填充率之順序變小之方式配置，能夠容易兼顧耐溢流性與耐剝離性。
又，較佳為層1之填充率於層1~6之填充率中第三或第四大，藉此，可抑制面1中之碳纖維之起毛。亦即，本發明之碳片對於層1、層2、層3、層4、層5、層6之壓縮下之填充率之關係，尤佳為依照層2之填充率、層3之填充率、層1之填充率、層4之填充率、層5之填充率、層6之填充率之順序變小之態樣、或依照層2之填充率、層3之填充率、層4之填充率、層1之填充率、層5之填充率、層6之填充率之順序變小之態樣。
使層2之填充率最大、且於層2、層3、層4、層5、層6中使層3之填充率第二大之本發明之碳片可藉由如下方法而獲得，即，於碳片之厚度方向上控制構成碳片之碳纖維之單絲纖維之平均直徑或碳片之密度、黏結材之分佈。該等之中，更佳為於碳片之厚度方向控制黏結材之分佈之方法，尤佳為利用樹脂組成物之碳化物進行控制。
作為依厚度方向(以下，有時亦稱為面垂直方向)控制黏結材之分佈之方法，可列舉如下方法：於在藉由下述方法而製作之碳纖維造紙體等多孔體含浸有樹脂組成物之預備含浸體中，準備樹脂組成物之含浸量不同之3片預備含浸體，使其等積層成型並碳 化，藉此而進行控制；或準備藉由使用於在碳纖維造紙體等多孔體含浸樹脂組成物時，於樹脂組成物之附著量形成分佈之樹脂賦予方法而於樹脂附著量上具有分佈之1片預備含浸體，不積層而成型並碳化，藉此而進行控制。該等方法中，於利用使樹脂組成物之含浸量不同之預備含浸體積層之方法而獲得之情形時，於積層界面產生填充率之急遽之變化，生成水未被順利地排出而容易滯留於界面，因此，較佳為不產生急遽之變化之由1片預備含浸體製作之方法。又，並非積層數層預備含浸體而由1片預備含浸體製作之方法容易減小所獲得之碳片之厚度，因此，對於為了將厚度調整為較佳之範圍亦適合。
較佳為本發明之碳片之層2之填充率與層1之填充率之差(層2之填充率-層1之填充率)為5%以上。藉由使層2之填充率與層1之填充率之差為5%以上，容易兼顧耐溢流性與碳片內部之剝離抑制。藉由使層1之填充率相對於層2之填充率較小，於設置微孔層時，適度地於碳片內產生浸入，未產生微孔層與碳片之界面，於產生生成水時不易滯留於界面。並未對層2之填充率與層1之填充率之差特別限定上限，但若考慮後處理或用於燃料電池堆時所必需之強度，則較佳為20%以下。
較佳為本發明之碳片之層2之填充率與層4~6之各自之填充率之差(層2之填充率-層4~6之各自之填充率)均為5%以上。此處，所謂層2之填充率與層4~6之各自之填充率之差(層2之填充率-層4~6之各自之填充率)均為5%以上，係指層2之填充率與層4之填充率之差為5%以上，層2之填充率與層5之填充率之差為5%以上，層2之填充率與層6之填充率之差為5%以上。 藉由使層2之填充率與層4~6之各自之填充率之差均為5%以上，各層之微孔徑之斜率變大，生成水容易被迅速地排出。並未對層2之填充率與層4~6之各自之填充率之差特別限定上限，但若考慮後處理或用於燃料電池堆時所必需之強度，則較佳為30%以下。
較佳為本發明之碳片之層2之填充率與層3之填充率之差(層2之填充率-層3之填充率)為3%以上。藉由將層2之填充率與層3之填充率之差設為3%以上，排水性之提昇亦變得顯著。並未對層2之填充率與層3之填充率之差特別限定上限，但若考慮後處理或用於燃料電池堆時所必需之強度，則較佳為30%以下。
若本發明之碳片之層1~6之各層之填充率均為5~50%、較佳為5~45%，則成為於用作燃料電池用氣體擴散電極基材時所追求之機械強度上亦得以保持平衡之碳片，因而較佳。於各層之填充率為5%以上之情形時，於作為燃料電池堆組裝時亦抵抗因自分隔件受到之力導致之碳片之破壞，又，碳片之製造或高次加工時之操作性變得良好。若各層之填充率為8%以上，則可抑制碳片向分隔件之彎入，故而更佳。
較佳為本發明之碳片之層2之填充率為10%以上且50%以下。層2之填充率更佳為10%以上且45%以下，進而較佳為15%以上且35%以下，尤佳為20%以上且30%以下。於層2之填充率為50%以下、更佳為45%以下之情形時，碳片內之物質移動變得容易。又，若層2之填充率為35%以下，則氣體之擴散性或生成水之排水性高效率地進行，因而進而較佳，尤其是，於層2之填充率為30%以下之情形時，該效果變得顯著。另一方面，若層2之填充率為10%以上，則於其他層之填充率較低之情形時，亦成為於用作 燃料電池用氣體擴散電極基材時所要求之機械強度優異者。又，若層2之填充率為15%以上，則捲接捲式之搬送變得更容易，因而進而較佳，尤其是，若層2之填充率為20%以上，則該效果變得顯著。
層1之填充率更佳為10%以上且20%以下。層3之填充率更佳為12%以上且33%以下。層4之填充率更佳為10%以上且30%以下。層5之填充率更佳為10%以上且25%以下。層6之填充率更佳為10%以上且20%以下。
藉由將該等各層之填充率分別設為較佳之範圍，可最佳地謀求兼顧機械強度與發電性能。
較佳為本發明之碳片於將層6包含之表面設為面6時，面6之表面被覆率為7%以下。若面6之表面被覆率為7%以下，則黏結材未於碳片表面擴展，不易阻礙生成水向分隔件之排出，耐溢流性提昇，因而較佳。面6之表面被覆率之下限並未特別限定，但若考慮後處理或用於燃料電池堆時所必需之強度，則為4%以上。
本發明之碳片之厚度較佳為50μm以上且250μm以下，進而較佳為90~190μm。藉由使碳片之厚度較薄為250μm以下，氣體之擴散性變大，又，生成水亦變得容易被排出。進而，燃料電池整體之尺寸亦變小，因而較佳。另一方面，碳片之厚度較佳為50μm以上。其原因在於：藉由將厚度設為50μm以上，碳片內部之面內方向之氣體擴散高效率地進行，發電性能變得容易提昇。
於本發明中，碳片之密度較佳為0.20~0.40g/cm3之範圍內，更佳為0.22~0.35g/cm3之範圍內。若密度為0.20g/cm3以上，則碳片之機械特性提昇，而可充分地支持電解質膜及觸媒層。除此以外，導電性較高且發電性能容易提昇。另一方面，若密 度為0.40g/cm3以下，則排水性容易提昇，而容易抑制溢流。如於下述碳片之製法中所說明般，具有此種密度之碳片係藉由控制碳纖維之單位面積重量、樹脂成分相對於碳纖維之附著量、及碳片之厚度而獲得。此處，碳片之密度可將使用電子天平稱量所得之碳片之單位面積重量(每單位面積之質量)除以以表面壓力0.15MPa進行加壓時之碳片之厚度而求出。於本發明中，黏結材係發揮使碳纖維彼此黏結之作用之材料，使用樹脂組成物或其碳化物。
其次，以下，以將碳纖維造紙體用作多孔體之碳紙為代表例對製造本發明之碳片之較佳之方法具體地進行說明。
<多孔體>
作為碳纖維，可列舉聚丙烯腈(PAN)系、瀝青系及嫘縈系等碳纖維。其中，由於機械強度優異，因而於本發明中較佳地使用PAN系碳纖維及瀝青系碳纖維。
本發明之碳片及為了獲得該碳片而使用之造紙體等多孔體中之碳纖維之單絲纖維之平均直徑較佳為3~20μm之範圍內，更佳為5~10μm之範圍內。若單絲纖維之平均直徑為3μm以上，則微孔之直徑變大，排水性提昇，從而可容易抑制溢流。另一方面，若單絲纖維之平均直徑為20μm以下，則容易控制於下述較佳之碳片之厚度範圍，因而較佳。
本發明中使用之碳纖維之單絲纖維之平均長度較佳為3~20mm之範圍內，更佳為5~15mm之範圍內。若單絲纖維之平均長度為3mm以上，則可獲得機械強度、導電性及導熱性優異之碳片。另一方面，若單絲纖維之平均長度為20mm以下，則可 獲得造紙時之碳纖維之分散性優異且均質之碳片。
碳纖維中之單絲纖維之平均直徑或平均長度通常係對成為原料之碳纖維，直接觀察該碳纖維而測定，但亦可觀察碳片而測定。
作為用以獲得碳片之多孔體之一形態之利用造紙而形成之碳纖維造紙體，出於各向同性地保持面內之導電性與導熱性之目的，較佳為碳纖維於二維平面內無規地分散之片狀。獲得碳纖維造紙體時之碳纖維之造紙可僅進行一次，亦可數次積層地進行。
於本發明中，為了防止碳片之內部剝離，較佳之態樣為於以所需之厚度形成碳片時，於一步驟中連續地形成。利用進行複數次造紙等步驟之方法較厚地形成，可能會依厚度方向形成不連續之面，於彎曲碳片時應力集中而導致內部剝離。
基於防止內部剝離之觀點，具體而言，碳纖維之單絲纖維之平均直徑對於碳片之自其中一個表面求出之碳纖維之單絲纖維之平均直徑、及自另一個表面求出之碳纖維之單絲纖維之平均直徑，其比率較佳為0.5以上且1.0以下。此處，於平均直徑相同之情形時，比率為1.0，於平均直徑不同之情形時，比率設為較小之平均直徑/較大之平均直徑。
<樹脂組成物之含浸>
於獲得本發明之碳片時，於碳纖維造紙體等包含碳纖維之多孔體等中含浸成為黏結材之樹脂組成物。
於本發明中，作為於包含碳纖維之多孔體中含浸成為黏結材之樹脂組成物之方法，使用於包含樹脂組成物之溶液中浸漬 多孔體之方法、將包含樹脂組成物之溶液塗佈於多孔體之方法、及於含有樹脂組成物之薄膜中積層並貼合多孔體之方法等。其中，由於生產性優異，故而尤佳為使用於包含樹脂組成物之溶液中浸漬多孔體之方法。再者，有時將於包含碳纖維之多孔體中含浸有成為黏結材之樹脂組成物者記載為「預備含浸體」。
本發明之碳片之特徵在於：壓縮下之填充率最大之層為層2，層2、層3、層4、層5、層6之壓縮下之填充率之關係為層2之填充率最大，層3之填充率第二大。此種本發明之碳片可藉由於使樹脂組成物含浸於多孔體時，使含浸之樹脂組成物之量為層2最多，進而，於層2、層3、層4、層5、層6中使層3第二多而獲得。因此，使成為黏結材之樹脂組成物藉由浸漬等而整體均勻地含浸至包含碳纖維之造紙體之後，於乾燥前自單面去除過量地附著之樹脂組成物，藉此而控制碳片之厚度方向之樹脂組成物之量使之分佈，藉此，可控制各層之填充率。
作為一例，可於使碳纖維造紙體浸漬於含有樹脂組成物之溶液之後，於使之乾燥之前，自其中一個表面吸取包含樹脂組成物之溶液，或自其中一個表面利用鼓風去除包含樹脂組成物之溶液，僅於碳纖維造紙體之其中一個表面穿通擠壓輥。藉此，於碳片中，能以黏結材之量為層2最多，於層2、層3、層4、層5、層6中層3第二多之方式進行控制。樹脂組成物於乾燥步驟中，溶劑自表面揮發，因此，容易於表面分佈較多之樹脂組成物，但藉由適當地控制自其中一個表面之去除量，結果為，於碳片中，能以黏結材之量為層2最多，於層2、層3、層4、層5、層6中層3第二多之方式使之變化。
於製造預備含浸體時使用之樹脂組成物較佳為於煅燒時碳化而成為作為導電性之碳化物之黏結材之樹脂組成物，係視需要包含碳粉末或界面活性劑等添加物者。
作為構成於製造預備含浸體時使用之樹脂組成物中之樹脂成分之樹脂，可列舉酚樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂及呋喃樹脂等熱硬化性樹脂等。其中，由於碳化產率較高，因而較佳地使用酚樹脂。
又，作為於樹脂成分中視需要而添加之添加物，作為於製造預備含浸體時使用之樹脂組成物中之樹脂成分，出於使碳片之機械特性、導電性及導熱性提昇之目的，可使用碳粉末。此處，作為碳粉末，可使用爐黑、乙炔黑、燈黑及熱碳黑等碳黑、鱗片狀石墨、鱗狀石墨、土狀石墨、人造石墨、膨脹石墨等薄片石墨等石墨、奈米碳管、線狀碳、及碳纖維之磨碎纖維等。
於製造預備含浸體時使用之樹脂組成物可直接使用藉由前述構成而獲得之樹脂成分，亦可視需要出於提高向碳纖維造紙體等多孔體之含浸性之目的而包含各種溶劑。此處，作為溶劑，可使用甲醇、乙醇及異丙醇等。
於含浸時，較佳為以相對於預備含浸體中之碳纖維100質量份樹脂成分成為30~400質量份之方式含浸樹脂組成物，更佳之態樣為以成為50~300質量份之方式含浸。若相對於預備含浸體中之碳纖維100質量份之樹脂成分為30質量份以上，則碳片成為機械特性、導電性及導熱性優異者。另一方面，若相對於預備含浸體中之碳纖維100質量份之樹脂成分為400質量份以下，則碳片成為面內方向之氣體擴散性及厚度方向之氣體擴散性優異者。
<貼合及熱處理>
於本發明中，可於形成在碳纖維造紙體等多孔體中含浸有樹脂組成物之預備含浸體之後且進行碳化之前，貼合預備含浸體或對預備含浸體進行熱處理。
於本發明中，出於將碳片設為特定之厚度之目的，可將數片預備含浸體貼合。於此情形時，可將數片具有同一性狀之預備含浸體貼合，亦可將數片具有不同性狀之預備含浸體貼合。具體而言，亦可將碳纖維之單絲纖維之平均直徑或平均長度、獲得預備含浸體時使用之碳纖維造紙體等多孔體之碳纖維之單位面積重量、及樹脂成分之含浸量等不同之數片預備含浸體貼合。
另一方面，藉由貼合而依厚度方向形成不連續之面，有產生內部隔離之情形，因此，較理想為於本發明中未將碳纖維造紙體等多孔體貼合而僅使用一片，對其進行熱處理。
又，出於使預備含浸體中之樹脂組成物增黏及局部交聯之目的，可對預備含浸體進行熱處理。作為熱處理之方法可使用吹送熱風之方法、夾於加壓裝置等之熱板而進行加熱之方法、及夾於連續帶而進行加熱之方法等。
<碳化>
於本發明中，於碳纖維造紙體等多孔體中含浸樹脂組成物而形成預備含浸體之後，為了使樹脂組成物碳化而於惰性氣體環境下進行煅燒。該煅燒可使用批次式加熱爐，亦可使用連續式之加熱爐。
煅燒之最高溫度較佳為1300~3000℃之範圍內。若 最高溫度為1300℃以上，則預備含浸體中之樹脂成分之碳化進展，而碳片成為導電性及導熱性優異者。另一方面，若最高溫度為3000℃以下，則加熱爐之運轉成本降低。
於本發明中，有時於碳纖維造紙體等多孔體中含浸樹脂組成物之後，將經碳化者記載為「碳纖維煅燒體」。亦即，所謂碳片係指碳纖維煅燒體，進行撥水加工前之碳纖維煅燒體、及進行撥水加工後之碳纖維煅燒體均相當於碳片。
<層1~層6之填充率之測定方法>
層1~層6之填充率係藉由壓縮下之掃描式電子顯微鏡觀察而獲得。事先測定0.15MPa下之厚度，利用掃描式電子顯微鏡觀察夾持於打開該厚度之值之間隙之壓縮治具之碳片之剖面。僅對所取得之影像之碳片之剖面部進行影像處理，藉由將剖面依厚度方向分割為6部分可求出特定之層中之填充率。
碳片之厚度方向上之特定之位置中之層之填充率係使用作為影像處理程式之「J-trim」將剖面觀察影像中之該位置之影像抽出之後，於亮度上明亮度之最大與最小間以256等級劃分，將自最小起128灰階等級之部分作為臨限值進行二值化。整體之面積中之經二值化之較明亮之側之面積之比例為特定之位置中之面之表觀填充率。該特定之位置中之層之表觀填充率除以碳片之整體填充率所得之值即為壓縮下之填充率。再者，整體填充率能利用體積密度/真密度求出。
再者，關於用以算出壓縮下之填充率之1次之測定倍率，若碳片之厚度方向容納於測定影像中，且構成之碳纖維可識 別，則並不特別指定，但以用以算出壓縮下之填充率之測定視野之面內方向之寬度之合計成為20mm以上之方式進行數次測定而求出平均值，從而求出層之壓縮下之填充率。
用於測定之掃描式電子顯微鏡為日立High-Tech Fielding製SU8010或同等之裝置。又，於下述實施例中，設為測定倍率50倍、測定視野2.54mm寬而求出面之填充率，因此，將求出1個面之填充率時之測定次數設為10次。
此處，體積密度係碳片之單位面積重量除以表面壓力0.15MPa下之碳片之厚度而求出。
其次，真密度ρt係根據利用比重瓶法測定之真容積Vt(cm3)、及用於測定之試樣之質量Mt(g)由下式算出。
ρt(g/cm3)=Mt/Vt
作為真容積Vt(cm3)之測定裝置，可使用Quantachrome製之比重瓶、Micro Ultrapyc 1200e或其同等品。再者，測定時以相對於單元容積之真容積Vt成為10%以上之方式將試樣填充至單元內。
<面6之被覆率之測定方法>
面6之被覆率係藉由於光學顯微鏡觀察中將碳片之其中一個表面擴大至20倍拍攝照片而獲得。於拍攝照片時，使用落射照明，於亮度上明亮度之最大與最小間以256等級進行劃分，以自最小起200灰階等級成為柱狀圖之山谷之設定拍攝照片。對於所取得之影像，使用作為影像處理程式之「J-trim」於輝度上明亮度之最大與最小間以256等級進行劃分，將自最小起200灰階等級之部分設為臨限值進行二值化。整體之面積中之經二值化之明亮側之面積之比 例為面之被覆率。
用於測定之光學顯微鏡為LEICA製M205C或同等之裝置，將求出1個面之被覆率時之測定次數設為10次，以曝光：20ms、增益：1.0、伽馬：1.0、照明：50%、光圈：全開拍攝照片。
<撥水加工>
於本發明中，出於提高排水性之目的，較佳為對碳纖維煅燒體實施撥水加工。撥水加工可藉由於碳纖維煅燒體塗佈撥水材，並進行熱處理而進行。再者，藉由進行撥水加工，可形成包含撥水材作為黏結材之碳片。
此處，作為撥水材，由於耐腐蝕性優異，因而較佳為使用氟系之聚合物。作為氟系之聚合物，可列舉聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚合體(FEP)、及四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚合體(PFA)等。
於本發明之碳片中，於將層6所包含之表面設為面6時，上述面6中之水之滑落角較佳為40度以下。再者，於將層1所包含之表面設為面1時，可藉由於本發明之碳片之面1之側形成微孔層而形成本發明之氣體擴散電極基材。於包含該氣體擴散電極基材之燃料電池中，碳片之面6成為分隔件側，但藉由將面6之滑落角設為40度以下，可獲得自碳片向分隔件之良好之排水性。面6之滑落角越低越佳，於1度時可獲得最良好之排水性。
作為將面6之滑落角控制為40度以下之方法，可列舉對碳纖維煅燒體進行撥水加工之方法。於撥水加工步驟中之熱處理時，撥水材熔融而成為低黏度，因此，可使撥水材均勻地附著於 碳片內之碳纖維之表面，且可將水之滑落角設為40度以下，從而可提高碳片之撥水性。
而且，於撥水加工中使用之撥水材之熔點較佳為200℃以上且320℃以下，更佳為250℃以上且310℃以下。作為滿足該條件之撥水材之種類，可列舉FEP或PFA。藉由使用該等材料作為撥水材，可將面6之水之滑落角設為40度以下，因此，可明顯地增大碳片之排水性，且可減少經撥水加工之碳片內部之水之累積，因此，亦可大幅地改善氣體之擴散性。因此，關係著大幅之發電性能之提昇。
撥水加工時之撥水材之塗佈量較佳為相對於碳纖維煅燒體100質量份為1~50質量份，更佳為2~40質量份。若撥水材之塗佈量相對於碳纖維煅燒體100質量份為1質量份以上，則碳片容易成為排水性優異者。另一方面，若撥水材之塗佈量相對於碳纖維煅燒體100質量份為50質量份以下，則碳片容易成為導電性優異者。
[氣體擴散電極基材]
其次，對本發明之氣體擴散電極基材進行說明。
本發明之氣體擴散電極基材於將層1所含之表面設為面1時，於本發明之碳片之面1具有微孔層。
<微孔層之形成>
其次，對作為本發明之氣體擴散電極基材之構成要素之一之微孔層進行說明。
本發明之碳片藉由於其中一個表面形成微孔層，可作為氣體擴散電極基材而使用。而且，本發明之氣體擴散電極基材於碳片之面1之側具有微孔層。藉由於面1之側具有微孔層，依照微孔層浸入之層1、層2、層3之順序，微孔徑變小，排水性變得良好。
微孔層之單位面積重量並無特別限定，但較佳為10~35g/m2之範圍內，更佳為30g/m2以下，進而較佳為25g/m2以下。又，單位面積重量更佳為14g/m2以上，進而較佳為16g/m2以上。
若微孔層之單位面積重量為10g/m2以上，則可藉由微孔層而覆蓋碳片之其中一個表面，更促進生成水之逆擴散，更容易抑制乾涸。又，若微孔層之單位面積重量為35g/m2以下，則排水性更提昇，更容易抑制溢流。
於本發明中，較佳為微孔層包含填料。作為填料，較佳為碳粉末。作為碳粉末，可列舉爐黑、乙炔黑、燈黑及熱碳黑等碳黑、或鱗片狀石墨、鱗狀石墨、土狀石墨、人造石墨、膨脹石墨、及薄片石墨等石墨、奈米碳管、線狀碳、碳纖維之磨碎纖維等。其等之中，作為填料之碳粉末更佳地使用碳黑，由於雜質較少，因而較佳地使用乙炔黑。
於本發明中，微孔層包含碳粉末，上述碳粉末包含縱橫比為30~5000之線狀碳，藉此，可適度地抑制作為微孔層之前驅物之含填料塗液之向碳片之滲入，從而可改善面內方向之氣體擴散性及排水性，因此，可抑制溢流，進而，於碳片表層形成具有充分之厚度之微孔層，促進生成水之逆擴散，因此，可抑制乾涸。
於本發明中，基於促進排水之觀點，較佳之態樣為微孔層中包含撥水材。其中，由於耐腐蝕性優異，故而作為撥水材較佳為使用氟系之聚合物。作為氟系之聚合物，可列舉聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚合體(FEP)、及四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚合體(PFA)等。
微孔層可藉由於碳片之單面塗佈包含上述填料之塗液(含填料塗液)而形成。
含填料塗液可含有水或有機溶劑等分散介質，亦可使之含有界面活性劑等分散助劑。作為分散介質較佳為水，但較佳為於分散助劑中使用非離子性界面活性劑。又，亦可使之含有如上所述之各種碳粉末等填料或撥水材。
含填料塗液向碳片之塗敷可使用市售之各種塗敷裝置進行。作為塗敷方式可使用網版印刷、旋轉網版印刷、噴霧器噴霧、凹版印刷、輪轉凹版印刷、模嘴塗佈機塗敷、棒塗敷、及刮刀塗敷等塗敷方式。以上所例示之塗敷方法終歸為例示，未必限定於該等。
較佳為於含填料塗液向碳片塗敷後，以80~180℃之溫度將塗液烘乾。即，將塗敷物投入至設定為80~180℃之溫度之乾燥器，以5~30分鐘之範圍進行乾燥。乾燥風量可適當決定，但有急遽之乾燥誘發表面之微小裂痕之情形。較佳為於使塗敷物乾燥之後，投入至馬弗爐或煅燒爐或高溫型之乾燥機中，較佳為以300~380度之溫度加熱5~20分鐘，使撥水材熔融，成為碳粉末等填料彼此之黏合劑並形成微孔層。
[捲繞體]
本發明之捲繞體係捲繞本發明之碳片而成之捲繞體、或捲繞本發明之氣體擴散電極基材而成之捲繞體。此處，所謂捲繞體係指將碳片或氣體擴散電極基材捲繞10m以上而成者。再者，捲繞碳片或氣體擴散電極基材之長度並無特別上限，但若過長則有變得過重之情形，因此較佳為1000m以下。藉由將碳片或氣體擴散電極基材製成捲繞體，可使設為燃料電池單元時之步驟連續化，製造成本變得經濟，因而較佳。
[膜電極接合體]
於本發明中，藉由將上述氣體擴散電極基材接合於兩面具有觸媒層之固體高分子電解質膜之至少單面，可形成膜電極接合體。此時，藉由於觸媒層側配置氣體擴散電極基材之微孔層，更容易引起生成水之逆擴散，除此以外，觸媒層與氣體擴散電極基材之接觸面積增大，可減少接觸電阻。
[燃料電池]
本發明之燃料電池包含本發明之氣體擴散電極基材。亦即，本發明之燃料電池係於上述膜電極接合體之兩側具有分隔件者。即，藉由於上述膜電極接合體之兩側配置分隔件而構成燃料電池。通常，藉由於此種膜電極接合體之兩側介隔氣閘而積層數個由分隔件夾持者，而構成固體高分子型燃料電池。觸媒層包含含有固體高分子電解質及觸媒擔載碳之層。作為觸媒，通常使用鉑。於對陽極側供給包含一氧化碳之改質氣體之燃料電池中，作為陽極側之觸媒較 佳為使用鉑及釕。固體高分子電解質較佳為使用質子傳導性、耐氧化性及耐熱性較高之全氟磺酸系之高分子材料。此種燃料電池單元或燃料電池之構成本身眾所周知。
[實施例]
其次，藉由實施例對本發明之碳片及氣體擴散電極基材具體地進行說明。以下示出於實施例中使用之材料、碳片及氣體擴散電極基材之製作方法及燃料電池之電池性能評估方法。
<碳片之製作>
‧厚度140μm之碳片之製作
將東麗(股)製聚丙烯腈系碳纖維「Torayca」(註冊商標)T300(單絲纖維之平均直徑：7μm)截斷為短纖維之平均長度12mm，於水中使之分散，而利用濕式造紙法連續地造紙。進而，作為黏合劑，將聚乙烯醇之10質量%水溶液塗佈於該造紙並使之乾燥，從而製作碳纖維之單位面積重量為30.0g/m2之碳纖維造紙體。聚乙烯醇之塗佈量相對於碳纖維造紙體100質量份為22質量份。
其次，作為熱硬化性樹脂使用將可溶酚醛樹脂型酚樹脂與酚醛型酚樹脂以1：1之質量比混合而成之樹脂組成物，作為碳粉末使用鱗片狀石墨(平均粒徑5μm)，作為溶劑使用甲醇，以熱硬化性樹脂/碳粉末/溶劑=10質量份/5質量份/85質量份之調配比將其等混合，使用超音波分散裝置進行1分鐘攪拌，從而獲得均勻地分散之樹脂組成物。
其次，將截斷為15cm×12.5cm之碳纖維造紙體水平浸漬於鋁槽中充滿之樹脂組成物之含浸液中，利用輥夾持擠壓使之 含浸。此時，輥打開一定之間隙水平地配置2根將碳纖維造紙體垂直地向上提拉，藉此而調整整體之樹脂組成物之附著量。於附著於該碳纖維造紙體之樹脂組成物之含浸液乾燥之前，自單面壓抵紙自碳纖維造紙體之其中一個表面去除樹脂組成物，調整厚度方向之樹脂之附著量。其後，以100℃之溫度加熱5分鐘使之乾燥，從而製作預備含浸體。其次，一面利用平板壓力機進行加壓，一面以180℃之溫度進行5分鐘熱處理。於加壓時於平板壓力機配置間隔件，以熱處理後之預備含浸體之厚度成為180μm之方式調整上下加壓面板之間隔。
將對該預備含浸體進行熱處理所得之基材導入至於加熱爐中保持為氮氣環境之最高溫度為2400℃之加熱爐中，從而獲得包含碳纖維煅燒體之碳片。
將於上述中製作之碳片浸漬於PTFE樹脂之水分散液(「Polyflon」(註冊商標)PTFE dispersion D-201C(Daikin工業(股)製)或FEP樹脂(「Neoflon」(註冊商標)FEP dispersion ND-110(Daikin工業(股)製))之水分散液中，藉此而於碳纖維煅燒體中含浸撥水材。其後，於溫度為100℃之乾燥機爐內加熱5分鐘使之乾燥，以撥水材均勻地附著之方式製作經撥水加工之碳片。再者，於乾燥時，垂直地配置碳片，每隔一分鐘變更上下方向。又，撥水材之水分散液以於乾燥後相對於碳片95質量份撥水材被賦予5質量份之方式稀釋為適當之濃度而使用。
<氣體擴散電極基材之製作> [材料]
‧碳粉末A：乙炔黑：「Denka Black」(註冊商標)(電氣化學工業(股)製)
‧碳粉末B：線狀碳：「VGCF」(註冊商標)(昭和電工(股)製)縱橫比70
‧材料C：撥水材：PTFE樹脂(使用作為含有PTFE樹脂60質量份之水分散液之「Polyflon」(註冊商標)PTFE dispersion D-1E(Daikin工業(股)製))
‧材料D：界面活性劑「TRITON」(註冊商標)X-100(Nacalai Tesque(股)製)
使用分散機將上述各材料混合，形成含填料塗液。使用狹縫式模嘴塗佈機將該含填料塗液呈面狀塗佈於經撥水加工之碳片之其中一個表面上之後，以120℃之溫度加熱10分鐘，繼而以380℃之溫度加熱10分鐘。如此，於經撥水加工之碳片上形成微孔層，從而製作氣體擴散電極基材。於此處使用之含填料塗液中使用如下者，即，使用碳粉末、撥水材、界面活性劑及精製水，以成為表1、表2所示之以質量份記載調配量之碳塗液之組成之方式調整而成者。表1、表2所示之材料C(PTFE樹脂)之調配量並非PTFE樹脂之水分散液之調配量，而表示PTFE樹脂本身之調配量。
<耐溢流性之評估>
藉由依序加入鉑擔載碳(田中貴金屬工業(股)製、鉑擔載量：50質量%)1.00g、精製水1.00g、「Nafion」(註冊商標)溶液(Aldrich公司製「Nafion」(註冊商標)5.0質量%)8.00g、及異丙醇(Nacalai Tesque公司製)18.00g而製作觸媒液。
其次，於截斷為5cm×5cm之「nafuron」(註冊商標)PTFE帶「TOMBO」(註冊商標)No.9001(nichias(股)製)利用噴霧器塗佈觸媒液，於常溫下使之乾燥，而製作鉑量為0.3mg/cm2之附有觸媒層之PTFE片。繼而，將截斷為8cm×8cm之固體高分子電解質膜「Nafion」(註冊商標)NRE-211CS(DuPont公司製)利用2片附有觸媒層之PTFE片夾持，一面利用平板壓力機加壓至5MPa一面以130℃之溫度加壓5分鐘，從而於固體高分子電解質膜轉印觸媒層。於加壓後，將PTFE片剝離，而製作附有觸媒層之固體高分子電解質膜。
其次，將附有觸媒層之固體高分子電解質膜利用截斷為5cm×5cm之2片氣體擴散電極基材夾持，一面利用平板壓力機加壓至3MPa一面以130℃之溫度加壓5分鐘，而製作膜電極接合體。氣體擴散電極基材以具有微孔層之面與觸媒層側接觸之方式配置。
將獲得之膜電極接合體組入至燃料電池評估用單元中，測定使電流密度變化時之電壓。此處，作為分隔件使用槽寬、槽深、肋寬均為1.0mm之一條流路之蛇管型分隔件。又，對陽極側供給無加壓之氫，對陰極側供給無加壓之空氣而進行評估。
為了確認耐溢流性，氫及空氣均利用設定為40℃之溫度之加濕罐進行加濕。此時之濕度為100%。又，氫及空氣中之氧之利用率分別設為70mol%、40mol%。測定電流密度1.5A/cm2之輸出電壓，作為耐溢流性之指標使用。
<單位面積重量之測定>
碳片及氣體擴散電極基材之單位面積重量係切割為10cm見方之樣品之質量除以樣品之面積(0.01m2)而求出。
<厚度之測定>
將碳片及氣體擴散電極基材放置於平滑之壓盤，測定施加壓力0.15MPa之狀態下之測定物存在之情形與不存在之情形之高度差。於不同之部位進行10處取樣，將對高度差之測定值進行平均所得者作為厚度。
<碳纖維之單絲纖維之平均直徑之測定>
碳纖維之單絲纖維之平均直徑係利用掃描式電子顯微鏡等顯微鏡，將碳片之其中一個表面之碳纖維擴大至1000倍進行照片拍攝，隨機地選擇不同之30根單絲纖維測量其直徑，設為其平均值。又，對於碳片之另一表面之碳纖維之單絲纖維亦同樣地求出。作為掃描式電子顯微鏡，可使用(股)日立製作所製S-4800或其同等品。表1、表2中表示自碳片之面1及面6求出之平均直徑。
此處，表1、表2中之所謂「單絲纖維之平均直徑(面1/面6)」表示自面1側求出之碳纖維之單絲纖維之平均直徑與自面6側求出之碳纖維之單絲纖維之平均直徑。
<碳片之剝離強度之測定>
使用(股)島津製作所製「Autograph」(註冊商標)AGS-X之拉伸試驗模式，測定碳片之層內之剝離強度。於安裝於拉伸試驗機之上下2個試樣安裝冶具之試樣接地面(2.0cm×2.0cm)貼附雙面膠帶 (Nichiban製nicetack(註冊商標)普通型NW-20)。將以2.24cm×2.24cm之尺寸裁切之碳片放置於安裝於試驗機下側之試樣安裝冶具上。將試驗機設為壓縮模式，於上方之另一個試樣安裝冶具以400N(表面壓力1MPa)壓抵30秒鐘。其後，將試驗機設為拉伸試驗模式，以0.5mm/秒之速度使上側之試樣安裝冶具上升。將此時施加之最大應力設為剝離強度(N)，測定10次，使用其平均值。
(實施例1)
依照上述<碳片之製作>、<撥水加工>及<氣體擴散電極基材之製作>中記載之方法，獲得使用表1所示之包含厚度140μm之多孔質之碳片之氣體擴散電極基材。將結果示於表1。該碳片之耐溢流性為0.35V以上，較良好，剝離強度為75N以上極其良好，係兼顧耐溢流性與剝離抑制者。
(實施例2)
依照上述<碳片之製作>、<撥水加工>及<氣體擴散電極基材之製作>中記載之方法，獲得使用表1所示之包含厚度140μm之多孔質之碳片之氣體擴散電極基材。此時，藉由自面6側較多地去除黏結材而使層4、5、6之填充率之差相對於實施例1變更。將結果示於表1。該碳片之耐溢流性為0.40V以上，較良好，剝離強度為75N以上，極其良好，係兼顧耐溢流性與剝離抑制者。考慮耐溢流性之顯著之提昇係由於層4、5、6之填充率與層2之填充率之差較大，排水性能變大。
(實施例3)
依照上述<碳片之製作>、<撥水加工>及<氣體擴散電極基材之製作>中記載之方法，獲得使用表1所示之包含厚度140μm之多孔質之碳片之氣體擴散電極基材。此時，自面6側較多地去除黏結材，使層3填充率相對於實施例2降低。將結果示於表1。該碳片之耐溢流性為0.40V以上，極其良好，剝離強度為70N以上，較良好，係兼顧了耐溢流性與剝離抑制者。考慮耐溢流性之顯著之提昇係由於層4、5、6之填充率與層2之填充率之差變大，又，層3之填充率與層2之填充率之差變大，而排水性能變大。
(實施例4)
依照上述<碳片之製作>、<撥水加工>及<氣體擴散電極基材之製作>中記載之方法，除將碳片之撥水加工變更為聚氟乙烯‧聚氟聚戊烯共聚合體(FEP)以外，係與實施例1同樣地製作。而且獲得使用表1所示之包含厚度140μm之多孔質之碳片之氣體擴散電極基材。將結果示於表1。該碳片之耐溢流性為0.40V以上，剝離強度為75N以上，均極其良好，兼顧了耐溢流性與剝離抑制。
(實施例5)
依照上述<碳片之製作>、<撥水加工>及<氣體擴散電極基材之製作>中記載之方法，除變更微孔層之組成以外，係與實施例1同樣地製作。獲得使用表2所示之包含厚度140μm之多孔質之碳片之氣體擴散電極基材。將結果示於表2。該碳片之耐溢流性為0.40V以上，剝離強度為75N以上，均極其良好，該碳片係發電性能、 彎曲量均良好且兼顧耐溢流性與彎曲抑制者，且耐溢流性大幅地提昇。
(比較例1)
於上述<碳片之製作>、<撥水加工>及<氣體擴散電極基材之製作>中記載之方法中，於在碳纖維造紙體中含浸樹脂組成物時，自單面藉由凹版塗敷而使樹脂組成物附著，從而獲得使用表2所示之包含厚度140μm之多孔質之碳片之氣體擴散電極基材。將結果示於表2。該碳片之剝離強度為75N，極其良好，但微孔層難以浸入至碳片而形成界面，因此，耐溢流性不充分。
(比較例2)
於上述<碳片之製作>中，除於預備含浸體之樹脂之附著時，未進行自單面去除樹脂之調整而進行乾燥，而製作預備含浸體以外，係依照實施例1之碳片之製作中記載之方法，獲得使用表2所示之包含厚度140μm之碳片之氣體擴散電極基材。將結果示於表2。該碳片表現較高之剝離抑制，但耐溢流性為不充分之性能。
(比較例3)
於上述<碳片之製作>中，除於預備含浸體之樹脂之附著時，未進行自單面去除樹脂之調整而進行乾燥，從而製作預備含浸體以外，係依照實施例1之碳片之製作中記載之方法，獲得使用表2所示之包含厚度140μm之碳片之氣體擴散電極基材。將結果示於表2。該碳片表現較高之耐溢流性，但剝離抑制不充分。
再者，於實施例中，表面被覆率係利用撥水加工之前之碳片測定。

Claims (11)

  1. 一種碳片，其係包含碳纖維及黏結材之多孔質之碳片，於自其中一個表面至另一表面之區間中，對於將上述碳片於壓縮下依厚度方向上6等分而獲得之層，當由包含其中一個表面之層朝向包含另一表面之層依序設為層1、層2、層3、層4、層5、層6時，壓縮下之填充率最大之層為層2，層2、層3、層4、層5、層6之壓縮下之填充率之關係為層2之填充率最大，層3之填充率第二大。
  2. 如請求項1之碳片，其中，層2、層3、層4、層5、層6之壓縮下之填充率之關係為依照層2之填充率、層3之填充率、層4之填充率、層5之填充率、層6之填充率之順序變小。
  3. 如請求項1或2之碳片，其中，層2之填充率為10%以上且50%以下。
  4. 如請求項1至3中任一項之碳片，其中，層2之填充率與層1之填充率之差(層2之填充率-層1之填充率)為5%以上。
  5. 如請求項1至4中任一項之碳片，其中，層2之填充率與層4至6之各自之填充率之差(層2之填充率-層4至6之各自之填充率)均為5%以上。
  6. 如請求項1至5中任一項之碳片，其中，層2之填充率與層3之填充率之差(層2之填充率-層3之填充率)為3%以上。
  7. 如請求項1至6中任一項之碳片，其中，於將層6所包含之表面設為面6時，面6之表面被覆率為7%以下。
  8. 一種氣體擴散電極基材，其中於將層1所包含之表面設為面1時，於請求項1至7中任一項之碳片之面1具有微孔層。
  9. 一種捲繞體，其捲繞有請求項1至7中任一項之碳片。
  10. 一種捲繞體，其捲繞有請求項8之氣體擴散電極基材。
  11. 一種燃料電池，其包含請求項8之氣體擴散電極基材。
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