ガス拡散層及びそれを用いた燃料電池
【課題】フラッディングを抑制しガス透過性能が高いガス拡散層及びそれを用いた燃料電池を提供する。
【解決手段】複数の粒子を備えたガス拡散層であって、ガス拡散層の主面２５に対して平行な面内に第１領域２１と第２領域２２とが設けられ、第１領域２１における、水に対する接触角の平均の値、粒子どうしの間の間隔の平均の値、及び、粒子の粒径の平均の値、の少なくともいずれかは、第２領域２２とは異なることを特徴とするガス拡散層が提供される。
【解決手段】複数の粒子を備えたガス拡散層であって、ガス拡散層の主面２５に対して平行な面内に第１領域２１と第２領域２２とが設けられ、第１領域２１における、水に対する接触角の平均の値、粒子どうしの間の間隔の平均の値、及び、粒子の粒径の平均の値、の少なくともいずれかは、第２領域２２とは異なることを特徴とするガス拡散層が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス拡散層及びそれを用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス拡散層は、例えば燃料電池に用いられる。燃料電池の用途は家庭用から産業用まで多岐に渡り、自動車、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなどのモバイル機器など様々な製品に応用されている。
【０００３】
燃料電池においては、燃料のアルコールから水が生成される。液体の水が、ガス拡散層中に過多となると、水が凝集し、ガス拡散層の多孔質カーボンの空孔を塞ぎ、酸素ガスの透過を阻害するフラッディングが発生する。
【０００４】
例えば、燃料電池において、アルコール濃度の分布が不均一となることがある。例えば、アルコール燃料の注入口に近い領域ではアルコール濃度が高く、注入口から離れた領域ではアルコール濃度が低くなる。アルコール濃度が高い領域では、空気極側電極触媒における反応で生成される液体水の量が多くなり、フラッディングが生じ易くなり、燃料電池の発電効率が低下する。
【０００５】
なお、特許文献１では、ガス拡散層の厚さ方向に向かってガス透過性能を異ならせる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３２４１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、フラッディングを抑制しガス透過性能が高いガス拡散層及びそれを用いた燃料電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、複数の粒子を備えたガス拡散層であって、前記ガス拡散層の主面に対して平行な面内に第１領域と第２領域とが設けられ、前記第１領域における、水に対する接触角の平均の値、前記粒子どうしの間の間隔の平均の値、及び、前記粒子の粒径の平均の値、の少なくともいずれかは、前記第２領域とは異なることを特徴とするガス拡散層が提供される。
【０００９】
本発明の他の一態様によれば、上記のガス拡散層と、前記ガス拡散層の前記主面に対向して設けられた空気極側電極と、前記ガス拡散層の前記空気極側電極とは反対の側に設けられた燃料極側電極と、前記ガス拡散層と前記燃料極側電極との間に設けられた空気極側電極触媒と、前記空気極側電極触媒と前記燃料極側電極との間に設けられた高分子固体電解質膜と、前記高分子固体電解質膜と前記燃料極側電極との間に設けられた燃料極側電極触媒と、前記燃料極側電極触媒と前記燃料極側電極との間に設けられた燃料極側ガス拡散層と、を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フラッディングを抑制しガス透過性能が高いガス拡散層及びそれを用いた燃料電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係るガス拡散層の構成を例示する模式図である。
【図２】第１の実施形態に係るガス拡散層が用いられる燃料電池の構成を例示する模式図である。
【図３】第１の実施形態に係るガス拡散層及び燃料電池の特性を例示する模式図である。
【図４】第１の実施形態に係る別のガス拡散層の特性を例示する模式図である。
【図５】第１の実施例に係るガス拡散層の特性を例示するグラフ図である。
【図６】第２の実施例に係るガス拡散層の特性を例示する模式図である。
【図７】第２の実施形態に係るガス拡散層の構成を例示する模式図である。
【図８】第２の実施形態に係る別のガス拡散層の構成を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施形態に係るガス拡散層の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ａ）は模式的斜視図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢印Ｂの方向からみたときの模式的平面図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）及び（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図２は、第１の実施形態に係るガス拡散層が用いられる燃料電池の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ａ）は模式的斜視図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。
まず、図２により、本実施形態に係るガス拡散層が用いられる燃料電池の概略の構成について説明する。
【００１４】
図２に表したように、燃料電池１１０は、ガス拡散層２０を有する。
燃料電池１１０においては、空気極側電極１０、ガス拡散層２０、空気極側電極触媒３０、高分子固体電解質膜４０、燃料極側電極触媒５０、燃料極側ガス拡散層６０、及び、燃料極側電極７０がこの順に積層されている。ガス拡散層２０は、空気極側のガス拡散層である。
【００１５】
ここで、この積層方法をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に対して垂直な１つの軸をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００１６】
ガス拡散層２０の主面２５は、Ｚ軸方向に対して垂直であり、Ｘ−Ｙ平面に対して平行である。
【００１７】
なお、図２に例示したように、燃料電池１１０において、空気極側電極１０のガス拡散層２０とは反対の側には、カバー９１がさらに設けられ、燃料極側電極７０の燃料極側ガス拡散層６０とは反対の側には、燃料極側プレート９２がさらに設けられる。
【００１８】
そして、燃料極側プレート９２の燃料極側電極７０とは反対の側には、燃料タンク８０が設置される。また、燃料タンク８０には、燃料注入口８１が設けられる。
【００１９】
また、ガス拡散層２０及び空気極側電極触媒３０の側面、並びに、燃料極側電極触媒５０及び燃料極側ガス拡散層６０の側面には、シール９３が設けられる。なお、図２（ａ）では、シール９３は省略されている。
【００２０】
燃料電池１１０は、例えば、アルコールを直接燃料とした燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell、直接メタノール形燃料電池）である。
【００２１】
燃料タンク８０には、アルコール燃料として例えばメタノールが収容される。メタノールは、燃料極側ガス拡散層６０を透過し、燃料極側電極触媒５０で、例えば以下の化学反応式（１）に示す反応が生じる。
【００２２】
ＣＨ３ＯＨ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ− （１）
化学反応式（１）で生成されたプロトン（Ｈ＋）が高分子固体電解質膜４０を透過し、空気極側電極触媒３０に到達する。外気中から取り込まれた酸素ガス（Ｏ２）により、空気極側電極触媒３０では、以下の化学反応式（２）に示す反応が生じる。
【００２３】
１．５Ｏ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ （２）
化学反応式（２）で生成された水（Ｈ２Ｏ）は、ガス拡散層２０に侵入し、ガス拡散層２０の内部で気液平衡の状態に達する。気液平衡状態においては、液体である水と、気体である水蒸気と、が存在する。
【００２４】
ガス拡散層２０は、複数の粒子を備える。この粒子は、例えばカーボン粒子である。ガス拡散層２０は、例えば、複数のカーボン粒子を有する多孔質カーボン層である。
【００２５】
図１に表したように、ガス拡散層２０の主面２５に対して平行な面内に第１領域２１と第２領域２２とが設けられる。第１領域２１における、粒子どうしの間の間隔の平均の値、粒子の粒径の平均の値、及び、水に対する接触角の平均の値、の少なくともいずれかは、第２領域２２とは異なる。
【００２６】
ここで、「粒子どうしの間の間隔の平均の値」は、複数設けられる粒子に関しての「粒子どうしの間の間隔」を平均した値である。「粒子の粒径の平均の値」は、複数設けられる粒子に関しての「粒子の粒径」を平均した値である。「水に対する接触角の平均の値」は、局所的な領域における「水に対する接触角」を平均した値である。
以下では、「粒子どうしの間の間隔の平均の値」を単に「粒子どうしの間の間隔」と言い、「粒子の粒径の平均の値」を単に「粒子の粒径」と言い、「水に対する接触角の平均の値」を単に「水に対する接触角」と言うことにする。
【００２７】
すなわち、ガス拡散層２０の主面２５に平行な面内で、粒子どうしの間の間隔、粒子の粒径、及び、水に対する接触角、の少なくともいずれかが、異なる。
【００２８】
本具体例では、第１領域２１は、ガス拡散層２０の１つの角部に配置されており、その角部以外の部分が、第２領域２２となる。そして、第１領域２１は、例えば、燃料タンク８０の燃料注入口８１の位置に対応している。
【００２９】
例えば、第１領域２１においては、第２領域２２に比べて、相対的に保湿性を低くする。
【００３０】
例えば、ガス拡散層２０に含まれる粒子の水に対する接触角が比較的小さい場合（例えば９０度以下の場合）は、第１領域２１においては、第２領域２２に比べて、相対的に、粒子どうしの間隔を大きくする。これにより、第１領域２１における保湿性は、第２領域２２よりも低くなる。
【００３１】
また、例えば、ガス拡散層２０に含まれる粒子の水に対する接触角が比較的小さい場合（例えば９０度以下の場合）は、第１領域２１においては、第２領域２２に比べて、相対的に、粒子の粒径を大きくする。これにより、第１領域２１における保湿性は、第２領域２２よりも低くなる。
【００３２】
一方、例えば、ガス拡散層２０に含まれる粒子の水に対する接触角が比較的大きい場合（例えば９０度よりも大きい場合）は、第１領域２１においては、第２領域２２に比べて、相対的に、粒子どうし間隔を小さくする。これにより、第１領域２１における保湿性は、第２領域２２よりも低くなる。
【００３３】
また、例えば、ガス拡散層２０に含まれる粒子の水に対する接触角が比較的大きい場合（例えば９０度よりも大きい場合）は、第１領域２１においては、第２領域２２に比べて、相対的に、カーボン粒子の粒径を小さくする。これにより、第１領域２１における保湿性は、第２領域２２よりも低くなる。
【００３４】
また、第１領域２１においては、第２領域２２に比べて、相対的に、水に対する接触角を大きくし、撥水性を高める。第１領域２１においては、第２領域２２よりも水に対する濡れ性が低い。これにより、第１領域２１における保湿性は、第２領域２２よりも低くなる。
【００３５】
このように、第１領域２１における、粒子どうしの間の間隔、粒子の粒径、及び、水に対する接触角、の少なくともいずれかを、第２領域２２とは異ならせることで、例えば、アルコール燃料の濃度分布を補償し、フラッディングを抑制し、ガス透過性能を向上することができる。
【００３６】
燃料電池１１０において生成される水の量が、ガス拡散層２０の面内方向で不均一になることがある。
例えば、燃料注入口８１に近い領域ではアルコール濃度が高く、燃料注入口８１からの距離が大きくなるにつれてアルコール濃度が低くなる濃度分布が形成される。アルコール濃度が高い領域近傍のガス拡散層２０の内部では、化学反応式（２）により生成された液体水が過多となり易く、その液体水が凝集してフラッディングが生じ易い。そして、液体水によってガス拡散層２０の空孔が塞がれてしまい、外界から取り込まれる酸素ガスの拡散が阻害され、燃料電池１１０の発電能力が低下する。
【００３７】
また、例えば、ガス拡散層２０の周縁部と内部とで、水の集まり易さが異なることがある。例えば、ガス拡散層２０の周縁部において、内部よりも、水が集まり易い場合がある。これによっても、水が過多な部分でフラッディングが生じ易くなる。
【００３８】
これに対し、本実施形態に係るガス拡散層２０においては、例えば、アルコール燃料の不均一な濃度分布に対応させて、ガス拡散層２０における空孔径（粒子どうしの間隔）や粒径や撥水性を面内方向で変化させることにより、フラッディングを抑制し、ガス透過性能を向上させる。
【００３９】
また、後述するように、ガス拡散層２０の周縁部と内部とで、水の貯まり易さが異なる場合に、これに対応させて周縁部と内部とで、ガス拡散層２０における空孔径や粒径や撥水性を変化させることにより、フラッディングを抑制し、ガス透過性能を向上させる。
【００４０】
なお、特許文献１では、厚さ方向に対して多孔質カーボンの粒径や空孔径を変更する方法が提案されているが、この方法では、例えば面内方向で変化するアルコール濃度分布を補償することはできない。
【００４１】
ガス拡散層２０におけるガス透過性能及び保湿性は、ガス拡散層２０の空孔径や粒径や撥水性を制御することで調整することができる。
【００４２】
例えば、ガス拡散層２０における空孔径が小さいと、ガス拡散層２０における液体水が過多となり、表面張力により凝集して空孔を完全に塞いでしまい、ガス透過性能が低下する。ガス拡散層２０における空孔径が大きいと、液体水が表面張力により空孔に付着するが、完全に空孔を塞ぐことはなく、ガス透過性能の低下は抑制される。このように、空孔径が小さいと保湿性が高まり、ガス透過性能は低下する傾向を示し、空孔径が大きいと保湿性が低下しガス透過性能は高まる傾向を示す。
【００４３】
例えば、燃料極側ガス拡散層６０におけるアルコール濃度の高低により、ガス拡散層２０における水の量が変化する。
【００４４】
図３は、第１の実施形態に係るガス拡散層及び燃料電池の特性を例示する模式図である。
すなわち、同図（ａ）は、燃料電池１１０におけるアルコール燃料の濃度Ｃｆを例示しており、同図（ｂ）は発生する水の量Ｑｗを例示しており、同図（ｃ）は、ガス拡散層２０における粒子どうしの間隔である空孔径ＤＳを例示しており、同図（ｄ）はガス拡散層２０における粒子の粒径ＤＰを例示しており、同図（ｅ）はガス拡散層２０における水に対する接触角ＣＡを例示している。これらの図の横軸は、ガス拡散層２０の主面２５に対して平行な平面内における基準点からの距離Ｄｆである。この例では、基準点は、例えば燃料注入口８１とされ、距離Ｄｆは、燃料注入口８１からの距離に相当する。
同図（ｃ）及び（ｄ）は、ガス拡散層２０の撥水性が比較的小さく、ガス拡散層２０の水に対する接触角が９０度以下の場合について例示している。
【００４５】
図３（ａ）に表したように、燃料注入口８１に近い領域２１ａではアルコール濃度Ｃｆが高く、燃料注入口８１から遠い領域２２ａではアルコール濃度Ｃｆが低い傾向となる。
【００４６】
このため、図３（ｂ）に表したように、燃料注入口８１に近い領域２１ａでは、発生する水の量Ｑｗは多く、燃料注入口８１に近い領域２１ａでは、発生する水の量Ｑｗが少ない傾向となる。
【００４７】
この時、図３（ｃ）に表したように、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する第１領域２１においては、ガス拡散層２０の空孔径ＤＳは、燃料注入口８１から遠い領域２２ａに相当する第２領域２２よりも相対的に大きく設定される。これにより、第１領域２１において多く生成される液体水を、第１領域２１から第２領域２２に移動させることができ、第１領域２１における液体水の量を低減し、フラッディングを抑制することができる。これにより、ガス拡散層２０のガス透過性能を向上することができる。
【００４８】
例えば、液体水が多い燃料注入口８１に近い領域２１ａに対応する第１領域２１では、ガス拡散層２０の空孔径ＤＳを５０ｎｍ（ナノメートル）以上２００ｎｍ以下とするのが好ましい。ガス拡散層２０における空孔径ＤＳが２００ｎｍよりも大きいと、ガス拡散層２０に適度な保湿性を付与できない可能性がある。また、空孔径ＤＳが５０ｎｍよりも小さいと、ガス拡散層２０に適度な排水性を付与できない可能性がある。
【００４９】
そして、液体水が少ない燃料注入口８１から離れた領域２２ａに対応する第２領域２２ではガス拡散層２０の空孔径ＤＳを５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とするのが好ましい。ガス拡散層２０における空孔径ＤＳが５０ｎｍよりも大きいと、ガス拡散層２０に適度な保湿性を付与できない可能性がある。また、空孔径ＤＳが５ｎｍよりも小さいと、ガス拡散層２０に適度な排水性を付与できない可能性がある。
【００５０】
ただし、本発明は上記に限らず、燃料注入口８１に近い領域２１ａに対応する第１領域２１と、燃料注入口８１から離れた領域２２ａに対応する第２領域２２とで、相対的に空孔径ＤＳが異なっていれば良い。そして、例えば第１領域２１の空孔径ＤＳが、第２領域２２の空孔径ＤＳよりも、相対的に大きくされる。
【００５１】
また、図３（ｄ）に表したように、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する第１領域２１においては、ガス拡散層２０の粒子の粒径ＤＰは、燃料注入口８１から遠い領域２２ａに相当する第２領域２２よりも相対的に大きく設定される。これにより、第１領域２１において多く生成される液体水を、第１領域２１から第２領域２２に移動させることができ、第１領域２１における液体水の量を低減し、フラッディングを抑制することができる。これにより、ガス拡散層２０のガス透過性能を向上させることができる。
【００５２】
例えば、液体水の量が多い燃料注入口８１から近い領域２１ａに対応する第１領域２１では、ガス拡散層２０に含まれる粒子の粒径ＤＰを２．０μｍ（マイクロメートル）以上１０μｍ以下とするのが好ましい。粒径ＤＰが１０μｍよりも大きいと、ガス拡散層２０に適度な保湿性を付与できない可能性がある。また、粒径ＤＰが２μｍよりも小さいと、ガス拡散層２０に適度な排水性を付与できない可能性がある。
【００５３】
また、液体水が少ない燃料注入口８１から離れた領域２２ａに対応する第２領域２２では、ガス拡散層２０に含まれる粒子の粒径ＤＰを０．５μｍ以上２．０μｍ以下とするのが好ましい。粒径ＤＰが２．０μｍよりも大きいと、ガス拡散層２０に適度な保湿性を付与できない可能性がある。また、粒径ＤＰが０．５μｍよりも小さいと、ガス拡散層２０に適度な排水性を付与できない可能性がある。
【００５４】
ただし、本発明は上記に限らず、燃料注入口８１に近い領域２１ａに対応する第１領域２１と、燃料注入口８１から離れた領域２２ａに対応する第２領域２２とで、相対的に粒径ＤＰが異なっていれば良い。そして、例えば第１領域２１の粒径ＤＰが、第２領域２２の粒径ＤＰよりも、相対的に大きくされる。これにより、ガス拡散層２０のガス透過性能を向上させることができる。
【００５５】
また、図３（ｅ）に表したように、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する第１領域２１においては、ガス拡散層２０の水に対する接触角ＣＡは、燃料注入口８１から遠い領域２２ａに相当する第２領域２２よりも相対的に大きく設定される。すなわち、第１領域２１における撥水性が、第２領域２２よりも相対的に高くされる。これにより、第１領域２１において多く生成される液体水を、第１領域２１から第２領域２２に移動させることができ、第１領域２１における液体水の量を低減し、フラッディングを抑制することができる。これにより、ガス拡散層２０のガス透過性能を向上させることができる。
【００５６】
なお、本実施形態に係るガス拡散層２０において、第１領域２１と第２領域２２の２つの領域が設けられるが、第１領域２１と第２領域２２との間に、第１領域２１及び第２領域２２の中間の特性を有する中間領域を設けても良い。
【００５７】
第１領域２１と第２領域２２とにおいて、粒子どうしの間の間隔、粒子の粒径、及び、水に対する接触角、の少なくともいずれかが、不連続に変化しても良く、また、連続的に変化しても良い。すなわち、ガス拡散層２０の主面２５に対して平行な平面に沿って、粒子どうしの間の間隔、粒子の粒径、及び、水に対する接触角、の少なくともいずれかが、漸減または漸増しても良い。
【００５８】
ガス拡散層２０の厚さは、任意である。例えば、ガス拡散層２０の厚さは、２５μｍ〜１００μｍが好ましい。これにより、ガス透過性能が特に良好となる。
【００５９】
ガス拡散層２０のカーボンの粒子には、工業用として一般的に用いられているチャネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックなどを用いることができる。
【００６０】
ガス拡散層２０の製造においては、例えば、ＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene、以降これを省略する）を含有する水とアルコールとが混合されたアルコール系溶媒中にカーボンの粒子を分散させ、粒子状の固体と液体との混合物を調製し、空気極側電極１０の上にこの混合物を塗布し、乾燥する手法を用いることができる。なお、この塗布と乾燥とは繰り返して行うことができる。
【００６１】
このとき、例えば、粒径ＤＰが異なる粒子を用いた異なる混合物を用いることで、第１領域２１と第２領域２２とで粒径ＤＰを変えることができる。また、表面状態が異なる粒子を用いた異なる混合物を用いることで、第１領域２１と第２領域２２とで水に対する接触角ＣＡを変えることができる。さらに、均一なガス拡散層を作製した後、部分的に表面処理を行い、第１領域２１と第２領域２２とで水に対する接触角ＣＡを変えることができる。また、これらの方法のいずれか２つ以上を同時に実施しても良い。
【００６２】
図４は、第１の実施形態に係る別のガス拡散層の特性を例示する模式図である。
すなわち、図４（ａ）は、ガス拡散層２０ａに設けられる領域を例示しており図１（ｂ）の平面図に対応する平面図である。図４（ｂ）は、ガス拡散層２０ａにおける粒子どうしの間隔である空孔径ＤＳを例示しており、図４（ｃ）はガス拡散層２０ａにおける粒子の粒径ＤＰを例示しており、図４（ｄ）はガス拡散層２０ａにおける水に対する接触角ＣＡを例示している。図４（ｂ）〜図４（ｄ）の横軸は、ガス拡散層２０の主面２５に対して平行な平面内の基準点からの距離Ｄｆである。この例では、基準点は、例えば燃料注入口８１とされ、距離Ｄｆは、燃料注入口８１からの距離に相当する。この場合には、基準点からの距離Ｄｆは、ガス拡散層２０ａの主面２５の対角線（Ｄ−Ｄ’線）に沿って変化する。
この場合も、図４（ｂ）及び（ｃ）では、ガス拡散層２０の撥水性が比較的小さく、ガス拡散層２０の水に対する接触角が９０度以下の場合について例示している。
【００６３】
図４（ａ）に表したように、第１領域２１は、ガス拡散層２０の１つの角部に設けられる。そして、第３領域２３が、ガス拡散層２０の周縁に沿って設けられる。そして、その角部及び周縁部を除く中央部分が第２領域２２となる。そして、上記の角部は、例えば、燃料タンク８０の燃料注入口８１の位置に対応している。
【００６４】
図４（ｂ）〜（ｄ）に表したように、第１領域２１における、粒子どうしの間の間隔ＤＳ、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡは、第２領域２２とは異なる。具体的には、第１領域２１においては、粒子どうしの間の間隔ＤＳは第２領域２２よりも大きく、粒子の粒径ＤＰは第２領域２２よりも大きく、水に対する接触角ＣＡは、第２領域２２よりも小さい。
【００６５】
さらに、図４（ｂ）〜（ｄ）に表したように、第３領域２３における、粒子どうしの間の間隔ＤＳ、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡは、第２領域２２とは異なる。具体的には、第３領域２３においては、粒子どうしの間の間隔ＤＳは第２領域２２よりも大きく、粒子の粒径ＤＰは第２領域２２よりも大きく、水に対する接触角ＣＡは、第２領域２２よりも小さい。そして、本具体例では、第３領域２３においては、粒子どうしの間の間隔ＤＳは第１領域２１よりも小さく、粒子の粒径ＤＰは第１領域２１よりも小さく、水に対する接触角ＣＡは、第１領域２１よりも大きい。
【００６６】
第１領域２１における作用は上記と同じなので説明を省略する。
ガス拡散層２０ａの周縁に設けられる第３領域２３においては、第２領域２２に比べて、相対的に、保湿性が低くされる。
例えば、一般に、ガス拡散層２０ａの周縁の部分は、生成された水が集まり易い場所になり、フラッディングが生じ易い。これに対し、本実施形態に係るガス拡散層２０ａにおいては、保湿性が低い第３領域２３を設けることで、ガス拡散層２０ａの周縁の第３領域２３の水を第２領域２２に移動させ、第３領域２３のフラッディングを抑制する。これにより、ガス透過性能をさらに向上できる。
【００６７】
なお、上記の第３領域２３における粒子どうしの間の間隔ＤＳ、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡは、第１領域２１と同じでも良い。また、第３領域２３においては、粒子どうしの間の間隔ＤＳは第１領域２１よりも大きく、粒子の粒径ＤＰは第１領域２１よりも大きく、または、水に対する接触角ＣＡは、第１領域２１よりも小さくでも良い。
【００６８】
なお、本発明の実施形態に係るガス拡散層において、第１領域２１が設けられる位置は任意であり、第１領域２１は、ガス拡散層の燃料注入口８１に対応する位置の他、ガス拡散層の周縁部に設けても良い。すなわち、図４に例示した第３領域２３の部分を、第１領域２１としても良い。
すなわち、第１領域２１は、ガス拡散層の周縁部に配置され、第２領域２２は、ガス拡散層の周縁部よりも内側の内側部に配置されることができる。
【００６９】
また、例えば、燃料注入口８１が、ガス拡散層の主面２５における中央部に配置される場合は、第１領域２１は、ガス拡散層の主面２５の中央部に設けることができる。また、第１領域２１の数は任意であり、例えば、第１領域２１は複数設けることもできる。
【００７０】
（第１の実施例）
粒径ＤＰが５．０μｍのカーボン粒子を、ＰＴＦＥを含有する水と、アルコールと、を含むアルコール系溶媒に分散させることにより、粒子状の固体と液体との混合物Ａ１を調製する。
【００７１】
また、粒径ＤＰが１．０μｍのカーボン粒子を、ＰＴＦＥを含有する水と、アルコールと、を含むアルコール系溶媒に分散させることにより、粒子状の固体と液体との混合物Ｂ１を調製する。
【００７２】
空気極側電極１０の、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する部分に、混合物Ａ１を塗布し、乾燥させることによりカーボン層Ａ１１を作製する。カーボン層Ａ１１の厚さは、５０μｍである。カーボン層Ａ１１が、ガス拡散層の第１領域２１となる。
【００７３】
一方、空気極側電極１０の、燃料注入口８１から離れた領域２２ａに相当する部分に、混合物Ｂ１を塗布し、乾燥させることによりカーボン層Ｂ１１を作成する。カーボン層Ｂ１１の厚さは５０μｍである。カーボン層Ｂ１１が、ガス拡散層の第２領域２２となる。
【００７４】
これにより、主面２５に対して平行な平面内で異なる粒径ＤＰを有するガス拡散層２０ｂを得る。すなわち、ガス拡散層２０ｂにおいては、第１領域２１における粒径ＤＰが５．０μｍで、第２領域２２における粒径ＤＰが１．０μｍである。このように、このガス拡散層２０ｂにおいては、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する第１領域２１における粒径ＤＰが、燃料注入口８１から離れた領域２２ａに相当する第２領域２２よりも大きい。
【００７５】
一方、比較例として、空気極側電極１０の全面に混合物Ｂ１を塗布し、乾燥させることによりカーボン層Ｂ１２を形成し、比較例のガス拡散層２９を作製する。このカーボン層Ｂ１２の厚さは、５０μｍである。
【００７６】
図５は、第１の実施例に係るガス拡散層の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図の横軸は、空気極側電極触媒３０で生成される液体水の量Ｑｗ１である。縦軸は、燃料注入口８１に近い領域２１ａにおけるガス透過性能Ｇｔｅである。なお、同図には、第１の実施例に係るガス拡散層２０ｂの特性に加え、上記の比較例のガス拡散層２９の特性も示されている。
【００７７】
図５に表したように、比較例のガス拡散層２９においては、生成される液体水の量Ｑｗ１が多くなるにつれ、ガス透過性能Ｇｔｅが急速に低下する。そして、液体水の量Ｑｗ１がある値以上になると、ガスが実質的に透過しない状態となる。これは、比較例のガス拡散層２９においては、粒径ＤＰが１．０μｍで一定であるため、液体水が増えるに従って、燃料注入口８１に近い領域２１ａに対応する部分の空孔が液体水により塞がれ、塞がれる空孔の数が増すためである。そして、液体水が一定以上になると、空孔の全てが液体水によって塞がれ、ガスは透過できない状態となる。
【００７８】
これに対し、第１の実施例に係るガス拡散層２０ｂにおいては、生成される液体水の量Ｑｗ１が多くなっても、ガス透過性能Ｇｔｅはあまり低下しない。第１の実施例に係るガス拡散層２０ｂにおいては、燃料注入口８１に近い領域２１ａに対応する第１領域２１の粒径ＤＰが５．０μｍで、燃料注入口８１から遠い領域２２ａに対応する第２領域２２の粒径ＤＰが１．０μｍであり、第１領域２１における粒径ＤＰが大きい。このため、生成された水は、第１領域２１から第２領域２２に向かって移動し、第１領域２１において空孔が塞がれる状態が抑制される。これにより、液体水が増えたときにおいても、第１領域２１の空孔が液体水により塞がれることが抑制され、ガス透過性能Ｇｔｅは、高い値を維持できる。
【００７９】
（第２の実施例）
粒径ＤＰが５．０μｍのカーボン粒子を、ＰＴＦＥを含有する水と、アルコールと、を含むアルコール系溶媒に分散させることにより、粒子状の固体と液体との混合物Ａ２を調製する。混合物Ａ２においては、カーボン粒子とＰＴＦＥとの質量比は、７：３に設定される。
【００８０】
粒径ＤＰが５．０μｍのカーボン粒子を、ＰＴＦＥを含有する水と、アルコールと、を含むアルコール系溶媒に分散させることにより、粒子状の固体と液体との混合物Ｂ２を調製する。混合物Ｂ２においては、カーボン粒子とＰＴＦＥとの質量比は、９：１に設定される。
【００８１】
空気極側電極１０の、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する部分に、混合物Ａ２を塗布し、乾燥させることによりカーボン層Ａ２１を作製する。カーボン層Ａ２１の厚さは、５０μｍである。カーボン層Ａ２１が、ガス拡散層の第１領域２１となる。混合物Ａ２におけるカーボン粒子とＰＴＦＥとの質量比が７：３なので、混合物Ａ２を用いたカーボン層Ａ２１は撥水性が高くなり、水に対する接触角ＣＡが大きくなる。
【００８２】
一方、空気極側電極１０の、燃料注入口８１から離れた領域２２ａに相当する部分に、混合物Ｂ２を塗布し、乾燥させることによりカーボン層Ｂ２１を作成する。カーボン層Ｂ２１の厚さは５０μｍである。カーボン層Ｂ２１が、ガス拡散層の第２領域２２となる。混合物Ｂ２におけるカーボン粒子とＰＴＦＥとの質量比が９：１なので、混合物Ｂ２を用いたカーボン層Ｂ２１は、混合物Ａ２を用いたカーボン層Ａ２１に比べて、撥水性が低くなり、水に対する接触角ＣＡが小さくなる。
【００８３】
これにより、主面２５に対して平行な平面内で水に対する接触角ＣＡが異なるガス拡散層２０ｃを得る。すなわち、ガス拡散層２０ｃにおいては、第１領域２１における接触角ＣＡは、第２領域２２における接触角ＣＡよりも相対的に大きくなる。このように、このガス拡散層２０ｃにおいては、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する第１領域２１における水に対する接触角ＣＡが、燃料注入口８１から離れた領域２２ａに相当する第２領域２２の接触角ＣＡよりも大きく、第１領域２１の撥水性は第２領域２２よりも高い。
【００８４】
図６は、第２の実施例に係るガス拡散層の特性を例示する模式図である。
すなわち、同図は、ガス拡散層２０ｃにおけるカーボンの粒子２６の水に対する濡れ性を例示しており、同図（ａ）は第１領域２１に対応し、同図（ｂ）は第２領域２２に対応する。
【００８５】
図６（ａ）に表したように、混合物Ａ２を用いた第１領域２１においては、カーボンの粒子２６は水２７を弾き易い。第１領域２１における水に対する接触角ＣＡは、例えば１３５度である。
【００８６】
図６（ｂ）に表したように、混合物Ｂ２を用いた第２領域２２においては、カーボンの粒子２６は水２７に濡れ易く、カーボンの粒子２６は水２７に取り囲まれる。第２領域２２における水に対する接触角ＣＡは、例えば４５度である。
【００８７】
このため、第１領域２１から第２領域２２に向かって水２７が移動し易くなる。
これにより、第１領域２１において空孔が塞がれる状態が抑制される。これにより、液体水が増えたときにおいても、第１領域２１の空孔が液体水により塞がれることが抑制され、フラッディングを抑制し、ガス透過性能が高い。
【００８８】
上記の第１の実施例及び第２の実施例では、第１領域２１が燃料注入口８１に対応した位置に設けられているが、第１領域２１が設けられる位置は任意であり、ガス拡散層の周縁部に設けても良い。
【００８９】
（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施形態に係るガス拡散層の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ａ）は模式的斜視図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図７に表したように、本実施形態に係るガス拡散層２０ｄにおいては、厚み方向（主面２５に対して垂直な方向）に沿って、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかがさらに異なる。
【００９０】
例えば、ガス拡散層２０ｄにおいて、第１上領域１２１ａと第１下領域１２１ｂとが、設けられる。第１上領域１２１ａは、例えば、主面２５の側であり、第１下領域１２１ｂは、主面２５とは反対の側である。第１上領域１２１ａは、例えば、ガス拡散層２０ｄの空気極側電極１０に対向する側に配置され、第１下領域１２１ｂは、ガス拡散層２０ｄの空気極側電極触媒３０に対向する側に配置される。
【００９１】
また、ガス拡散層２０ｄにおいて、第２上領域１２２ａと第２下領域１２２ｂとが、設けられる。第２上領域１２２ａは、例えば、主面２５の側であり、第２下領域１２２ｂは、主面２５とは反対の側である。第２上領域１２２ａは、例えば、ガス拡散層２０ｄの空気極側電極１０に対向する側に配置され、第２下領域１２２ｂは、ガス拡散層２０ｄの空気極側電極触媒３０に対向する側に配置される。
【００９２】
そして、第１上領域１２１ａにおける、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、第２上領域１２２ａとは異なる、及び、第１下領域１２１ｂにおける、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、第２下領域１２２ｂとは異なる、の少なくともいずれかである。すなわち、ガス拡散層２０ｄの主面２５に平行な面内に沿って、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかが異なる。
【００９３】
さらに、第１上領域１２１ａにおける、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、第１下領域１２２ｂとは異なる、及び、第２上領域１２２ａにおける、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、第２下領域１２２ｂとは異なる、の少なくともいずれかである。すなわち、主面２５に対して垂直な方向に沿って、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかがさらに異なる。
【００９４】
このような構成のガス拡散層２０ｄは、カーボン層を多層の積層構造とし、上側の層と下側の層とで、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかを変えて上側の層と、下側の層とを形成することで作製される。
【００９５】
これにより、第１領域２１と第２領域２２とで特性を変えることによってフラッディングを抑制しガス透過性能を向上させる効果に加え、ガス排出性を制御し、燃料電池の発電効率をさらに向上させることができる。
【００９６】
例えば、空気極側電極触媒３０で生成される水の量が多い場合は、ガス拡散層２０ｄの水の排出性を積極的に高める。このときは、例えば、空気極側電極１０側の濡れ性を、空気極側電極触媒３０側よりも高め、ガス拡散層２０ｄから空気極側電極１０に向かって水を移動させやすくする。これにより、水の排出性が高まる。
【００９７】
このときには、第１上領域１２１ａにおける粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)を第１下領域１２１ｂよりも小さくし、第１上領域１２１ａにおける粒子の粒径ＤＰを第１下領域１２１ｂよりも小さくし、及び、第１上領域１２１ａにおける水に対する接触角ＣＡを第１下領域１２１ｂよりも大きくする、の少なくともいずれかとする。
【００９８】
また、第２上領域１２２ａにおける粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)を第２下領域１２２ｂよりも小さくし、第２上領域１２２ａにおける粒子の粒径ＤＰを第２下領域１２２ｂよりも小さくし、及び、第２上領域１２２ａにおける水に対する接触角ＣＡを第２下領域１２２ｂよりも大きくする、の少なくともいずれかとする。
【００９９】
一方、空気極側電極触媒３０で生成される水の量が少ない場合は、ガス拡散層２０ｄの水の排出性を積極的に高めず、燃料電池１１０内で水が循環し易いようにする。このとき、例えば、空気極側電極１０側の濡れ性を、空気極側電極触媒３０側よりも低くし、ガス拡散層２０ｄから空気極側電極１０に向かって水を移動し難くする。これにより、水の循環性が高まる。
【０１００】
この時の各領域の特性は、空気極側電極触媒３０で生成される水の量が多い場合の逆にすれば良い。
【０１０１】
これにより、フラッディングを抑制しガス透過性能を向上させると共に、ガス排出性を制御し、燃料電池の発電効率をさらに向上させることができる。
【０１０２】
なお、第１上領域１２１ａと第１下領域１２２ｂとの境界は、第２上領域１２２ａと第２下領域１２２ｂとの境界と一致しても良く、また、異なっていても良い。また、第１上領域１２１ａと第２上領域１２２ａとの境界は、第１下領域１２１ｂと第２下領域１２２ｂとの境界と一致しても良く、また、異なっていても良い。
【０１０３】
本具体例では、ガス拡散層２０ｄにおいて厚み方向に沿って２つの領域が設けられる例であるが、厚み方向に沿って３つ以上の領域が設けられても良い。また、各領域におけるける粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、不連続に変化させても良く、また、連続的に変化させても良い。
【０１０４】
例えば、ガス拡散層２０ｄが、３層以上の積層構造である場合には、上層と下層との間の中間層における粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、上層と下層との値の中間の値とすることができる。
【０１０５】
また、厚み方向の中心部において、上面及び下面よりも、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)が大きく、粒子の粒径ＤＰが大きく、及び、水に対する接触角ＣＡが小さい、の少なくともいずれかであっても良く、また、その逆でも良い。
【０１０６】
図８は、第２の実施形態に係る別のガス拡散層の構成を例示する模式的断面図である。 すなわち、同図は、図７（ａ）のＡ−Ａ’線断面に相当する断面図である。
図８に表したように、本実施形態に係るガス拡散層２０ｅにおいては、第１上領域１２１ａと第２上領域１２２ａと、下側領域１２３とが設けられている。
【０１０７】
第１上領域１２１ａにおける、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、第２上領域１２２ａとは異なる。
【０１０８】
第１上領域１２１ａ及び第２上領域１２２ａの少なくともいずれかにおける、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、下側領域１２３とは異なる。なお、燃料電池において、第１上領域１２１ａ及び第２上領域１２２ａは、空気極側電極１０の側に配置されても良く、また、空気極側電極触媒３０の側に配置されても良い。
【０１０９】
この場合にも、厚み方向に沿って、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかが異なる。
【０１１０】
これにより、フラッディングを抑制しガス透過性能を向上させると共に、ガス排出性を制御し、燃料電池の発電効率をさらに向上させることができる。
【０１１１】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、本発明の実施形態に係るガス拡散層を用いた燃料電池１１０である。燃料電池１１０においては、本発明の実施形態に係るガス拡散層及びその変形のガス拡散層のいずれかを用いることができるが、以下では、上記のガス拡散層２０を用いる場合として説明する。
【０１１２】
燃料電池１１０の構成は、図２に関して説明した通りである。
すなわち、燃料電池１１０は、ガス拡散層２０と、空気極側電極１０と、空気極側電極触媒３０と、高分子固体電解質膜４０と、燃料極側電極触媒５０と、燃料極側ガス拡散層６０と、燃料極側電極７０と、を備える。
【０１１３】
ガス拡散層２０の主面２５に対向して、空気極側電極１０が設けられる。そして、ガス拡散層２０の空気極側電極１０とは反対の側に、燃料極側電極７０が設けられる。ガス拡散層２０と燃料極側電極７０との間に、空気極側電極触媒３０が設けられる。空気極側電極触媒３０と燃料極側電極７０との間に、高分子固体電解質膜４０が設けられる。高分子固体電解質膜４０と燃料極側電極７０との間に、燃料極側電極触媒５０が設けられる。燃料極側電極触媒５０と燃料極側電極７０との間に、燃料極側ガス拡散層６０が設けられる。
【０１１４】
本実施形態に係る燃料電池１１０は、本発明の実施形態に係るガス拡散層２０を用いているので、フラッディングが抑制され、ガス透過性能が向上され、発電効率が高い。
【０１１５】
燃料電池１１０は、燃料極側電極７０に併置された燃料タンク８０をさらに備えることができる。燃料タンク８０は、燃料供給口８１を有する。ガス拡散層２０の第１領域２１は、燃料供給口８１に近い領域であり、第２領域２２は、第１領域２１よりも燃料供給口８１からの距離が遠い領域とすることができる。これにより、燃料注入口８１からの距離によって変化するアルコール燃料の濃度分布を補償することができ、フラッディングを抑制し、ガス透過性能を向上させ、高い発電効率を得ることができる。
【０１１６】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、ガス拡散層を構成する粒子、燃料電池を構成する空気極側電極、空気極側電極触媒、高分子固体電解質膜、燃料極側電極触媒、燃料極側ガス拡散層、燃料極側電極等の各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１１７】
その他、本発明の実施の形態として上述したガス拡散層及びそれを用いた燃料電池を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのガス拡散層及びそれを用いた燃料電池も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１１８】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【符号の説明】
【０１１９】
１０…空気極側電極、 ２０、２０ａ〜２０ｅ、２９…ガス拡散層、 ２１…第１領域、 ２１ａ…領域、 ２２…第２領域、 ２２ａ…領域、 ２３…第３領域、 ２５…主面、 ２６…粒子、 ２７…水、 ３０…空気極側電極触媒、 ４０…高分子固体電解質膜、 ５０…燃料極側電極触媒、 ６０…燃料極側ガス拡散層、 ７０…燃料極側電極、 ８０…燃料タンク、 ９１…カバー、 ９２…燃料極側プレート、 ９３…シール、 １１０…燃料電池、 １２１ａ…第１上領域、 １２１ｂ…第１下領域、 １２２ａ…第２上領域、 １２２ｂ…第２下領域、 １２３…下側領域、 ＣＡ…接触角、 Ｃｆ…濃度、 ＤＰ…粒径、 ＤＳ…空孔径（粒子どうしの間の間隔）、 Ｄｆ…距離、 Ｇｔｅ…ガス透過性能、 Ｑｗ、Ｑｗ１…量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス拡散層及びそれを用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス拡散層は、例えば燃料電池に用いられる。燃料電池の用途は家庭用から産業用まで多岐に渡り、自動車、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなどのモバイル機器など様々な製品に応用されている。
【０００３】
燃料電池においては、燃料のアルコールから水が生成される。液体の水が、ガス拡散層中に過多となると、水が凝集し、ガス拡散層の多孔質カーボンの空孔を塞ぎ、酸素ガスの透過を阻害するフラッディングが発生する。
【０００４】
例えば、燃料電池において、アルコール濃度の分布が不均一となることがある。例えば、アルコール燃料の注入口に近い領域ではアルコール濃度が高く、注入口から離れた領域ではアルコール濃度が低くなる。アルコール濃度が高い領域では、空気極側電極触媒における反応で生成される液体水の量が多くなり、フラッディングが生じ易くなり、燃料電池の発電効率が低下する。
【０００５】
なお、特許文献１では、ガス拡散層の厚さ方向に向かってガス透過性能を異ならせる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３２４１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、フラッディングを抑制しガス透過性能が高いガス拡散層及びそれを用いた燃料電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、複数の粒子を備えたガス拡散層であって、前記ガス拡散層の主面に対して平行な面内に第１領域と第２領域とが設けられ、前記第１領域における、水に対する接触角の平均の値、前記粒子どうしの間の間隔の平均の値、及び、前記粒子の粒径の平均の値、の少なくともいずれかは、前記第２領域とは異なることを特徴とするガス拡散層が提供される。
【０００９】
本発明の他の一態様によれば、上記のガス拡散層と、前記ガス拡散層の前記主面に対向して設けられた空気極側電極と、前記ガス拡散層の前記空気極側電極とは反対の側に設けられた燃料極側電極と、前記ガス拡散層と前記燃料極側電極との間に設けられた空気極側電極触媒と、前記空気極側電極触媒と前記燃料極側電極との間に設けられた高分子固体電解質膜と、前記高分子固体電解質膜と前記燃料極側電極との間に設けられた燃料極側電極触媒と、前記燃料極側電極触媒と前記燃料極側電極との間に設けられた燃料極側ガス拡散層と、を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フラッディングを抑制しガス透過性能が高いガス拡散層及びそれを用いた燃料電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係るガス拡散層の構成を例示する模式図である。
【図２】第１の実施形態に係るガス拡散層が用いられる燃料電池の構成を例示する模式図である。
【図３】第１の実施形態に係るガス拡散層及び燃料電池の特性を例示する模式図である。
【図４】第１の実施形態に係る別のガス拡散層の特性を例示する模式図である。
【図５】第１の実施例に係るガス拡散層の特性を例示するグラフ図である。
【図６】第２の実施例に係るガス拡散層の特性を例示する模式図である。
【図７】第２の実施形態に係るガス拡散層の構成を例示する模式図である。
【図８】第２の実施形態に係る別のガス拡散層の構成を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施形態に係るガス拡散層の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ａ）は模式的斜視図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢印Ｂの方向からみたときの模式的平面図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）及び（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図２は、第１の実施形態に係るガス拡散層が用いられる燃料電池の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ａ）は模式的斜視図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。
まず、図２により、本実施形態に係るガス拡散層が用いられる燃料電池の概略の構成について説明する。
【００１４】
図２に表したように、燃料電池１１０は、ガス拡散層２０を有する。
燃料電池１１０においては、空気極側電極１０、ガス拡散層２０、空気極側電極触媒３０、高分子固体電解質膜４０、燃料極側電極触媒５０、燃料極側ガス拡散層６０、及び、燃料極側電極７０がこの順に積層されている。ガス拡散層２０は、空気極側のガス拡散層である。
【００１５】
ここで、この積層方法をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に対して垂直な１つの軸をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００１６】
ガス拡散層２０の主面２５は、Ｚ軸方向に対して垂直であり、Ｘ−Ｙ平面に対して平行である。
【００１７】
なお、図２に例示したように、燃料電池１１０において、空気極側電極１０のガス拡散層２０とは反対の側には、カバー９１がさらに設けられ、燃料極側電極７０の燃料極側ガス拡散層６０とは反対の側には、燃料極側プレート９２がさらに設けられる。
【００１８】
そして、燃料極側プレート９２の燃料極側電極７０とは反対の側には、燃料タンク８０が設置される。また、燃料タンク８０には、燃料注入口８１が設けられる。
【００１９】
また、ガス拡散層２０及び空気極側電極触媒３０の側面、並びに、燃料極側電極触媒５０及び燃料極側ガス拡散層６０の側面には、シール９３が設けられる。なお、図２（ａ）では、シール９３は省略されている。
【００２０】
燃料電池１１０は、例えば、アルコールを直接燃料とした燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell、直接メタノール形燃料電池）である。
【００２１】
燃料タンク８０には、アルコール燃料として例えばメタノールが収容される。メタノールは、燃料極側ガス拡散層６０を透過し、燃料極側電極触媒５０で、例えば以下の化学反応式（１）に示す反応が生じる。
【００２２】
ＣＨ３ＯＨ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ− （１）
化学反応式（１）で生成されたプロトン（Ｈ＋）が高分子固体電解質膜４０を透過し、空気極側電極触媒３０に到達する。外気中から取り込まれた酸素ガス（Ｏ２）により、空気極側電極触媒３０では、以下の化学反応式（２）に示す反応が生じる。
【００２３】
１．５Ｏ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ （２）
化学反応式（２）で生成された水（Ｈ２Ｏ）は、ガス拡散層２０に侵入し、ガス拡散層２０の内部で気液平衡の状態に達する。気液平衡状態においては、液体である水と、気体である水蒸気と、が存在する。
【００２４】
ガス拡散層２０は、複数の粒子を備える。この粒子は、例えばカーボン粒子である。ガス拡散層２０は、例えば、複数のカーボン粒子を有する多孔質カーボン層である。
【００２５】
図１に表したように、ガス拡散層２０の主面２５に対して平行な面内に第１領域２１と第２領域２２とが設けられる。第１領域２１における、粒子どうしの間の間隔の平均の値、粒子の粒径の平均の値、及び、水に対する接触角の平均の値、の少なくともいずれかは、第２領域２２とは異なる。
【００２６】
ここで、「粒子どうしの間の間隔の平均の値」は、複数設けられる粒子に関しての「粒子どうしの間の間隔」を平均した値である。「粒子の粒径の平均の値」は、複数設けられる粒子に関しての「粒子の粒径」を平均した値である。「水に対する接触角の平均の値」は、局所的な領域における「水に対する接触角」を平均した値である。
以下では、「粒子どうしの間の間隔の平均の値」を単に「粒子どうしの間の間隔」と言い、「粒子の粒径の平均の値」を単に「粒子の粒径」と言い、「水に対する接触角の平均の値」を単に「水に対する接触角」と言うことにする。
【００２７】
すなわち、ガス拡散層２０の主面２５に平行な面内で、粒子どうしの間の間隔、粒子の粒径、及び、水に対する接触角、の少なくともいずれかが、異なる。
【００２８】
本具体例では、第１領域２１は、ガス拡散層２０の１つの角部に配置されており、その角部以外の部分が、第２領域２２となる。そして、第１領域２１は、例えば、燃料タンク８０の燃料注入口８１の位置に対応している。
【００２９】
例えば、第１領域２１においては、第２領域２２に比べて、相対的に保湿性を低くする。
【００３０】
例えば、ガス拡散層２０に含まれる粒子の水に対する接触角が比較的小さい場合（例えば９０度以下の場合）は、第１領域２１においては、第２領域２２に比べて、相対的に、粒子どうしの間隔を大きくする。これにより、第１領域２１における保湿性は、第２領域２２よりも低くなる。
【００３１】
また、例えば、ガス拡散層２０に含まれる粒子の水に対する接触角が比較的小さい場合（例えば９０度以下の場合）は、第１領域２１においては、第２領域２２に比べて、相対的に、粒子の粒径を大きくする。これにより、第１領域２１における保湿性は、第２領域２２よりも低くなる。
【００３２】
一方、例えば、ガス拡散層２０に含まれる粒子の水に対する接触角が比較的大きい場合（例えば９０度よりも大きい場合）は、第１領域２１においては、第２領域２２に比べて、相対的に、粒子どうし間隔を小さくする。これにより、第１領域２１における保湿性は、第２領域２２よりも低くなる。
【００３３】
また、例えば、ガス拡散層２０に含まれる粒子の水に対する接触角が比較的大きい場合（例えば９０度よりも大きい場合）は、第１領域２１においては、第２領域２２に比べて、相対的に、カーボン粒子の粒径を小さくする。これにより、第１領域２１における保湿性は、第２領域２２よりも低くなる。
【００３４】
また、第１領域２１においては、第２領域２２に比べて、相対的に、水に対する接触角を大きくし、撥水性を高める。第１領域２１においては、第２領域２２よりも水に対する濡れ性が低い。これにより、第１領域２１における保湿性は、第２領域２２よりも低くなる。
【００３５】
このように、第１領域２１における、粒子どうしの間の間隔、粒子の粒径、及び、水に対する接触角、の少なくともいずれかを、第２領域２２とは異ならせることで、例えば、アルコール燃料の濃度分布を補償し、フラッディングを抑制し、ガス透過性能を向上することができる。
【００３６】
燃料電池１１０において生成される水の量が、ガス拡散層２０の面内方向で不均一になることがある。
例えば、燃料注入口８１に近い領域ではアルコール濃度が高く、燃料注入口８１からの距離が大きくなるにつれてアルコール濃度が低くなる濃度分布が形成される。アルコール濃度が高い領域近傍のガス拡散層２０の内部では、化学反応式（２）により生成された液体水が過多となり易く、その液体水が凝集してフラッディングが生じ易い。そして、液体水によってガス拡散層２０の空孔が塞がれてしまい、外界から取り込まれる酸素ガスの拡散が阻害され、燃料電池１１０の発電能力が低下する。
【００３７】
また、例えば、ガス拡散層２０の周縁部と内部とで、水の集まり易さが異なることがある。例えば、ガス拡散層２０の周縁部において、内部よりも、水が集まり易い場合がある。これによっても、水が過多な部分でフラッディングが生じ易くなる。
【００３８】
これに対し、本実施形態に係るガス拡散層２０においては、例えば、アルコール燃料の不均一な濃度分布に対応させて、ガス拡散層２０における空孔径（粒子どうしの間隔）や粒径や撥水性を面内方向で変化させることにより、フラッディングを抑制し、ガス透過性能を向上させる。
【００３９】
また、後述するように、ガス拡散層２０の周縁部と内部とで、水の貯まり易さが異なる場合に、これに対応させて周縁部と内部とで、ガス拡散層２０における空孔径や粒径や撥水性を変化させることにより、フラッディングを抑制し、ガス透過性能を向上させる。
【００４０】
なお、特許文献１では、厚さ方向に対して多孔質カーボンの粒径や空孔径を変更する方法が提案されているが、この方法では、例えば面内方向で変化するアルコール濃度分布を補償することはできない。
【００４１】
ガス拡散層２０におけるガス透過性能及び保湿性は、ガス拡散層２０の空孔径や粒径や撥水性を制御することで調整することができる。
【００４２】
例えば、ガス拡散層２０における空孔径が小さいと、ガス拡散層２０における液体水が過多となり、表面張力により凝集して空孔を完全に塞いでしまい、ガス透過性能が低下する。ガス拡散層２０における空孔径が大きいと、液体水が表面張力により空孔に付着するが、完全に空孔を塞ぐことはなく、ガス透過性能の低下は抑制される。このように、空孔径が小さいと保湿性が高まり、ガス透過性能は低下する傾向を示し、空孔径が大きいと保湿性が低下しガス透過性能は高まる傾向を示す。
【００４３】
例えば、燃料極側ガス拡散層６０におけるアルコール濃度の高低により、ガス拡散層２０における水の量が変化する。
【００４４】
図３は、第１の実施形態に係るガス拡散層及び燃料電池の特性を例示する模式図である。
すなわち、同図（ａ）は、燃料電池１１０におけるアルコール燃料の濃度Ｃｆを例示しており、同図（ｂ）は発生する水の量Ｑｗを例示しており、同図（ｃ）は、ガス拡散層２０における粒子どうしの間隔である空孔径ＤＳを例示しており、同図（ｄ）はガス拡散層２０における粒子の粒径ＤＰを例示しており、同図（ｅ）はガス拡散層２０における水に対する接触角ＣＡを例示している。これらの図の横軸は、ガス拡散層２０の主面２５に対して平行な平面内における基準点からの距離Ｄｆである。この例では、基準点は、例えば燃料注入口８１とされ、距離Ｄｆは、燃料注入口８１からの距離に相当する。
同図（ｃ）及び（ｄ）は、ガス拡散層２０の撥水性が比較的小さく、ガス拡散層２０の水に対する接触角が９０度以下の場合について例示している。
【００４５】
図３（ａ）に表したように、燃料注入口８１に近い領域２１ａではアルコール濃度Ｃｆが高く、燃料注入口８１から遠い領域２２ａではアルコール濃度Ｃｆが低い傾向となる。
【００４６】
このため、図３（ｂ）に表したように、燃料注入口８１に近い領域２１ａでは、発生する水の量Ｑｗは多く、燃料注入口８１に近い領域２１ａでは、発生する水の量Ｑｗが少ない傾向となる。
【００４７】
この時、図３（ｃ）に表したように、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する第１領域２１においては、ガス拡散層２０の空孔径ＤＳは、燃料注入口８１から遠い領域２２ａに相当する第２領域２２よりも相対的に大きく設定される。これにより、第１領域２１において多く生成される液体水を、第１領域２１から第２領域２２に移動させることができ、第１領域２１における液体水の量を低減し、フラッディングを抑制することができる。これにより、ガス拡散層２０のガス透過性能を向上することができる。
【００４８】
例えば、液体水が多い燃料注入口８１に近い領域２１ａに対応する第１領域２１では、ガス拡散層２０の空孔径ＤＳを５０ｎｍ（ナノメートル）以上２００ｎｍ以下とするのが好ましい。ガス拡散層２０における空孔径ＤＳが２００ｎｍよりも大きいと、ガス拡散層２０に適度な保湿性を付与できない可能性がある。また、空孔径ＤＳが５０ｎｍよりも小さいと、ガス拡散層２０に適度な排水性を付与できない可能性がある。
【００４９】
そして、液体水が少ない燃料注入口８１から離れた領域２２ａに対応する第２領域２２ではガス拡散層２０の空孔径ＤＳを５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とするのが好ましい。ガス拡散層２０における空孔径ＤＳが５０ｎｍよりも大きいと、ガス拡散層２０に適度な保湿性を付与できない可能性がある。また、空孔径ＤＳが５ｎｍよりも小さいと、ガス拡散層２０に適度な排水性を付与できない可能性がある。
【００５０】
ただし、本発明は上記に限らず、燃料注入口８１に近い領域２１ａに対応する第１領域２１と、燃料注入口８１から離れた領域２２ａに対応する第２領域２２とで、相対的に空孔径ＤＳが異なっていれば良い。そして、例えば第１領域２１の空孔径ＤＳが、第２領域２２の空孔径ＤＳよりも、相対的に大きくされる。
【００５１】
また、図３（ｄ）に表したように、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する第１領域２１においては、ガス拡散層２０の粒子の粒径ＤＰは、燃料注入口８１から遠い領域２２ａに相当する第２領域２２よりも相対的に大きく設定される。これにより、第１領域２１において多く生成される液体水を、第１領域２１から第２領域２２に移動させることができ、第１領域２１における液体水の量を低減し、フラッディングを抑制することができる。これにより、ガス拡散層２０のガス透過性能を向上させることができる。
【００５２】
例えば、液体水の量が多い燃料注入口８１から近い領域２１ａに対応する第１領域２１では、ガス拡散層２０に含まれる粒子の粒径ＤＰを２．０μｍ（マイクロメートル）以上１０μｍ以下とするのが好ましい。粒径ＤＰが１０μｍよりも大きいと、ガス拡散層２０に適度な保湿性を付与できない可能性がある。また、粒径ＤＰが２μｍよりも小さいと、ガス拡散層２０に適度な排水性を付与できない可能性がある。
【００５３】
また、液体水が少ない燃料注入口８１から離れた領域２２ａに対応する第２領域２２では、ガス拡散層２０に含まれる粒子の粒径ＤＰを０．５μｍ以上２．０μｍ以下とするのが好ましい。粒径ＤＰが２．０μｍよりも大きいと、ガス拡散層２０に適度な保湿性を付与できない可能性がある。また、粒径ＤＰが０．５μｍよりも小さいと、ガス拡散層２０に適度な排水性を付与できない可能性がある。
【００５４】
ただし、本発明は上記に限らず、燃料注入口８１に近い領域２１ａに対応する第１領域２１と、燃料注入口８１から離れた領域２２ａに対応する第２領域２２とで、相対的に粒径ＤＰが異なっていれば良い。そして、例えば第１領域２１の粒径ＤＰが、第２領域２２の粒径ＤＰよりも、相対的に大きくされる。これにより、ガス拡散層２０のガス透過性能を向上させることができる。
【００５５】
また、図３（ｅ）に表したように、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する第１領域２１においては、ガス拡散層２０の水に対する接触角ＣＡは、燃料注入口８１から遠い領域２２ａに相当する第２領域２２よりも相対的に大きく設定される。すなわち、第１領域２１における撥水性が、第２領域２２よりも相対的に高くされる。これにより、第１領域２１において多く生成される液体水を、第１領域２１から第２領域２２に移動させることができ、第１領域２１における液体水の量を低減し、フラッディングを抑制することができる。これにより、ガス拡散層２０のガス透過性能を向上させることができる。
【００５６】
なお、本実施形態に係るガス拡散層２０において、第１領域２１と第２領域２２の２つの領域が設けられるが、第１領域２１と第２領域２２との間に、第１領域２１及び第２領域２２の中間の特性を有する中間領域を設けても良い。
【００５７】
第１領域２１と第２領域２２とにおいて、粒子どうしの間の間隔、粒子の粒径、及び、水に対する接触角、の少なくともいずれかが、不連続に変化しても良く、また、連続的に変化しても良い。すなわち、ガス拡散層２０の主面２５に対して平行な平面に沿って、粒子どうしの間の間隔、粒子の粒径、及び、水に対する接触角、の少なくともいずれかが、漸減または漸増しても良い。
【００５８】
ガス拡散層２０の厚さは、任意である。例えば、ガス拡散層２０の厚さは、２５μｍ〜１００μｍが好ましい。これにより、ガス透過性能が特に良好となる。
【００５９】
ガス拡散層２０のカーボンの粒子には、工業用として一般的に用いられているチャネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックなどを用いることができる。
【００６０】
ガス拡散層２０の製造においては、例えば、ＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene、以降これを省略する）を含有する水とアルコールとが混合されたアルコール系溶媒中にカーボンの粒子を分散させ、粒子状の固体と液体との混合物を調製し、空気極側電極１０の上にこの混合物を塗布し、乾燥する手法を用いることができる。なお、この塗布と乾燥とは繰り返して行うことができる。
【００６１】
このとき、例えば、粒径ＤＰが異なる粒子を用いた異なる混合物を用いることで、第１領域２１と第２領域２２とで粒径ＤＰを変えることができる。また、表面状態が異なる粒子を用いた異なる混合物を用いることで、第１領域２１と第２領域２２とで水に対する接触角ＣＡを変えることができる。さらに、均一なガス拡散層を作製した後、部分的に表面処理を行い、第１領域２１と第２領域２２とで水に対する接触角ＣＡを変えることができる。また、これらの方法のいずれか２つ以上を同時に実施しても良い。
【００６２】
図４は、第１の実施形態に係る別のガス拡散層の特性を例示する模式図である。
すなわち、図４（ａ）は、ガス拡散層２０ａに設けられる領域を例示しており図１（ｂ）の平面図に対応する平面図である。図４（ｂ）は、ガス拡散層２０ａにおける粒子どうしの間隔である空孔径ＤＳを例示しており、図４（ｃ）はガス拡散層２０ａにおける粒子の粒径ＤＰを例示しており、図４（ｄ）はガス拡散層２０ａにおける水に対する接触角ＣＡを例示している。図４（ｂ）〜図４（ｄ）の横軸は、ガス拡散層２０の主面２５に対して平行な平面内の基準点からの距離Ｄｆである。この例では、基準点は、例えば燃料注入口８１とされ、距離Ｄｆは、燃料注入口８１からの距離に相当する。この場合には、基準点からの距離Ｄｆは、ガス拡散層２０ａの主面２５の対角線（Ｄ−Ｄ’線）に沿って変化する。
この場合も、図４（ｂ）及び（ｃ）では、ガス拡散層２０の撥水性が比較的小さく、ガス拡散層２０の水に対する接触角が９０度以下の場合について例示している。
【００６３】
図４（ａ）に表したように、第１領域２１は、ガス拡散層２０の１つの角部に設けられる。そして、第３領域２３が、ガス拡散層２０の周縁に沿って設けられる。そして、その角部及び周縁部を除く中央部分が第２領域２２となる。そして、上記の角部は、例えば、燃料タンク８０の燃料注入口８１の位置に対応している。
【００６４】
図４（ｂ）〜（ｄ）に表したように、第１領域２１における、粒子どうしの間の間隔ＤＳ、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡは、第２領域２２とは異なる。具体的には、第１領域２１においては、粒子どうしの間の間隔ＤＳは第２領域２２よりも大きく、粒子の粒径ＤＰは第２領域２２よりも大きく、水に対する接触角ＣＡは、第２領域２２よりも小さい。
【００６５】
さらに、図４（ｂ）〜（ｄ）に表したように、第３領域２３における、粒子どうしの間の間隔ＤＳ、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡは、第２領域２２とは異なる。具体的には、第３領域２３においては、粒子どうしの間の間隔ＤＳは第２領域２２よりも大きく、粒子の粒径ＤＰは第２領域２２よりも大きく、水に対する接触角ＣＡは、第２領域２２よりも小さい。そして、本具体例では、第３領域２３においては、粒子どうしの間の間隔ＤＳは第１領域２１よりも小さく、粒子の粒径ＤＰは第１領域２１よりも小さく、水に対する接触角ＣＡは、第１領域２１よりも大きい。
【００６６】
第１領域２１における作用は上記と同じなので説明を省略する。
ガス拡散層２０ａの周縁に設けられる第３領域２３においては、第２領域２２に比べて、相対的に、保湿性が低くされる。
例えば、一般に、ガス拡散層２０ａの周縁の部分は、生成された水が集まり易い場所になり、フラッディングが生じ易い。これに対し、本実施形態に係るガス拡散層２０ａにおいては、保湿性が低い第３領域２３を設けることで、ガス拡散層２０ａの周縁の第３領域２３の水を第２領域２２に移動させ、第３領域２３のフラッディングを抑制する。これにより、ガス透過性能をさらに向上できる。
【００６７】
なお、上記の第３領域２３における粒子どうしの間の間隔ＤＳ、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡは、第１領域２１と同じでも良い。また、第３領域２３においては、粒子どうしの間の間隔ＤＳは第１領域２１よりも大きく、粒子の粒径ＤＰは第１領域２１よりも大きく、または、水に対する接触角ＣＡは、第１領域２１よりも小さくでも良い。
【００６８】
なお、本発明の実施形態に係るガス拡散層において、第１領域２１が設けられる位置は任意であり、第１領域２１は、ガス拡散層の燃料注入口８１に対応する位置の他、ガス拡散層の周縁部に設けても良い。すなわち、図４に例示した第３領域２３の部分を、第１領域２１としても良い。
すなわち、第１領域２１は、ガス拡散層の周縁部に配置され、第２領域２２は、ガス拡散層の周縁部よりも内側の内側部に配置されることができる。
【００６９】
また、例えば、燃料注入口８１が、ガス拡散層の主面２５における中央部に配置される場合は、第１領域２１は、ガス拡散層の主面２５の中央部に設けることができる。また、第１領域２１の数は任意であり、例えば、第１領域２１は複数設けることもできる。
【００７０】
（第１の実施例）
粒径ＤＰが５．０μｍのカーボン粒子を、ＰＴＦＥを含有する水と、アルコールと、を含むアルコール系溶媒に分散させることにより、粒子状の固体と液体との混合物Ａ１を調製する。
【００７１】
また、粒径ＤＰが１．０μｍのカーボン粒子を、ＰＴＦＥを含有する水と、アルコールと、を含むアルコール系溶媒に分散させることにより、粒子状の固体と液体との混合物Ｂ１を調製する。
【００７２】
空気極側電極１０の、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する部分に、混合物Ａ１を塗布し、乾燥させることによりカーボン層Ａ１１を作製する。カーボン層Ａ１１の厚さは、５０μｍである。カーボン層Ａ１１が、ガス拡散層の第１領域２１となる。
【００７３】
一方、空気極側電極１０の、燃料注入口８１から離れた領域２２ａに相当する部分に、混合物Ｂ１を塗布し、乾燥させることによりカーボン層Ｂ１１を作成する。カーボン層Ｂ１１の厚さは５０μｍである。カーボン層Ｂ１１が、ガス拡散層の第２領域２２となる。
【００７４】
これにより、主面２５に対して平行な平面内で異なる粒径ＤＰを有するガス拡散層２０ｂを得る。すなわち、ガス拡散層２０ｂにおいては、第１領域２１における粒径ＤＰが５．０μｍで、第２領域２２における粒径ＤＰが１．０μｍである。このように、このガス拡散層２０ｂにおいては、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する第１領域２１における粒径ＤＰが、燃料注入口８１から離れた領域２２ａに相当する第２領域２２よりも大きい。
【００７５】
一方、比較例として、空気極側電極１０の全面に混合物Ｂ１を塗布し、乾燥させることによりカーボン層Ｂ１２を形成し、比較例のガス拡散層２９を作製する。このカーボン層Ｂ１２の厚さは、５０μｍである。
【００７６】
図５は、第１の実施例に係るガス拡散層の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図の横軸は、空気極側電極触媒３０で生成される液体水の量Ｑｗ１である。縦軸は、燃料注入口８１に近い領域２１ａにおけるガス透過性能Ｇｔｅである。なお、同図には、第１の実施例に係るガス拡散層２０ｂの特性に加え、上記の比較例のガス拡散層２９の特性も示されている。
【００７７】
図５に表したように、比較例のガス拡散層２９においては、生成される液体水の量Ｑｗ１が多くなるにつれ、ガス透過性能Ｇｔｅが急速に低下する。そして、液体水の量Ｑｗ１がある値以上になると、ガスが実質的に透過しない状態となる。これは、比較例のガス拡散層２９においては、粒径ＤＰが１．０μｍで一定であるため、液体水が増えるに従って、燃料注入口８１に近い領域２１ａに対応する部分の空孔が液体水により塞がれ、塞がれる空孔の数が増すためである。そして、液体水が一定以上になると、空孔の全てが液体水によって塞がれ、ガスは透過できない状態となる。
【００７８】
これに対し、第１の実施例に係るガス拡散層２０ｂにおいては、生成される液体水の量Ｑｗ１が多くなっても、ガス透過性能Ｇｔｅはあまり低下しない。第１の実施例に係るガス拡散層２０ｂにおいては、燃料注入口８１に近い領域２１ａに対応する第１領域２１の粒径ＤＰが５．０μｍで、燃料注入口８１から遠い領域２２ａに対応する第２領域２２の粒径ＤＰが１．０μｍであり、第１領域２１における粒径ＤＰが大きい。このため、生成された水は、第１領域２１から第２領域２２に向かって移動し、第１領域２１において空孔が塞がれる状態が抑制される。これにより、液体水が増えたときにおいても、第１領域２１の空孔が液体水により塞がれることが抑制され、ガス透過性能Ｇｔｅは、高い値を維持できる。
【００７９】
（第２の実施例）
粒径ＤＰが５．０μｍのカーボン粒子を、ＰＴＦＥを含有する水と、アルコールと、を含むアルコール系溶媒に分散させることにより、粒子状の固体と液体との混合物Ａ２を調製する。混合物Ａ２においては、カーボン粒子とＰＴＦＥとの質量比は、７：３に設定される。
【００８０】
粒径ＤＰが５．０μｍのカーボン粒子を、ＰＴＦＥを含有する水と、アルコールと、を含むアルコール系溶媒に分散させることにより、粒子状の固体と液体との混合物Ｂ２を調製する。混合物Ｂ２においては、カーボン粒子とＰＴＦＥとの質量比は、９：１に設定される。
【００８１】
空気極側電極１０の、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する部分に、混合物Ａ２を塗布し、乾燥させることによりカーボン層Ａ２１を作製する。カーボン層Ａ２１の厚さは、５０μｍである。カーボン層Ａ２１が、ガス拡散層の第１領域２１となる。混合物Ａ２におけるカーボン粒子とＰＴＦＥとの質量比が７：３なので、混合物Ａ２を用いたカーボン層Ａ２１は撥水性が高くなり、水に対する接触角ＣＡが大きくなる。
【００８２】
一方、空気極側電極１０の、燃料注入口８１から離れた領域２２ａに相当する部分に、混合物Ｂ２を塗布し、乾燥させることによりカーボン層Ｂ２１を作成する。カーボン層Ｂ２１の厚さは５０μｍである。カーボン層Ｂ２１が、ガス拡散層の第２領域２２となる。混合物Ｂ２におけるカーボン粒子とＰＴＦＥとの質量比が９：１なので、混合物Ｂ２を用いたカーボン層Ｂ２１は、混合物Ａ２を用いたカーボン層Ａ２１に比べて、撥水性が低くなり、水に対する接触角ＣＡが小さくなる。
【００８３】
これにより、主面２５に対して平行な平面内で水に対する接触角ＣＡが異なるガス拡散層２０ｃを得る。すなわち、ガス拡散層２０ｃにおいては、第１領域２１における接触角ＣＡは、第２領域２２における接触角ＣＡよりも相対的に大きくなる。このように、このガス拡散層２０ｃにおいては、燃料注入口８１に近い領域２１ａに相当する第１領域２１における水に対する接触角ＣＡが、燃料注入口８１から離れた領域２２ａに相当する第２領域２２の接触角ＣＡよりも大きく、第１領域２１の撥水性は第２領域２２よりも高い。
【００８４】
図６は、第２の実施例に係るガス拡散層の特性を例示する模式図である。
すなわち、同図は、ガス拡散層２０ｃにおけるカーボンの粒子２６の水に対する濡れ性を例示しており、同図（ａ）は第１領域２１に対応し、同図（ｂ）は第２領域２２に対応する。
【００８５】
図６（ａ）に表したように、混合物Ａ２を用いた第１領域２１においては、カーボンの粒子２６は水２７を弾き易い。第１領域２１における水に対する接触角ＣＡは、例えば１３５度である。
【００８６】
図６（ｂ）に表したように、混合物Ｂ２を用いた第２領域２２においては、カーボンの粒子２６は水２７に濡れ易く、カーボンの粒子２６は水２７に取り囲まれる。第２領域２２における水に対する接触角ＣＡは、例えば４５度である。
【００８７】
このため、第１領域２１から第２領域２２に向かって水２７が移動し易くなる。
これにより、第１領域２１において空孔が塞がれる状態が抑制される。これにより、液体水が増えたときにおいても、第１領域２１の空孔が液体水により塞がれることが抑制され、フラッディングを抑制し、ガス透過性能が高い。
【００８８】
上記の第１の実施例及び第２の実施例では、第１領域２１が燃料注入口８１に対応した位置に設けられているが、第１領域２１が設けられる位置は任意であり、ガス拡散層の周縁部に設けても良い。
【００８９】
（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施形態に係るガス拡散層の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ａ）は模式的斜視図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図７に表したように、本実施形態に係るガス拡散層２０ｄにおいては、厚み方向（主面２５に対して垂直な方向）に沿って、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかがさらに異なる。
【００９０】
例えば、ガス拡散層２０ｄにおいて、第１上領域１２１ａと第１下領域１２１ｂとが、設けられる。第１上領域１２１ａは、例えば、主面２５の側であり、第１下領域１２１ｂは、主面２５とは反対の側である。第１上領域１２１ａは、例えば、ガス拡散層２０ｄの空気極側電極１０に対向する側に配置され、第１下領域１２１ｂは、ガス拡散層２０ｄの空気極側電極触媒３０に対向する側に配置される。
【００９１】
また、ガス拡散層２０ｄにおいて、第２上領域１２２ａと第２下領域１２２ｂとが、設けられる。第２上領域１２２ａは、例えば、主面２５の側であり、第２下領域１２２ｂは、主面２５とは反対の側である。第２上領域１２２ａは、例えば、ガス拡散層２０ｄの空気極側電極１０に対向する側に配置され、第２下領域１２２ｂは、ガス拡散層２０ｄの空気極側電極触媒３０に対向する側に配置される。
【００９２】
そして、第１上領域１２１ａにおける、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、第２上領域１２２ａとは異なる、及び、第１下領域１２１ｂにおける、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、第２下領域１２２ｂとは異なる、の少なくともいずれかである。すなわち、ガス拡散層２０ｄの主面２５に平行な面内に沿って、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかが異なる。
【００９３】
さらに、第１上領域１２１ａにおける、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、第１下領域１２２ｂとは異なる、及び、第２上領域１２２ａにおける、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、第２下領域１２２ｂとは異なる、の少なくともいずれかである。すなわち、主面２５に対して垂直な方向に沿って、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかがさらに異なる。
【００９４】
このような構成のガス拡散層２０ｄは、カーボン層を多層の積層構造とし、上側の層と下側の層とで、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかを変えて上側の層と、下側の層とを形成することで作製される。
【００９５】
これにより、第１領域２１と第２領域２２とで特性を変えることによってフラッディングを抑制しガス透過性能を向上させる効果に加え、ガス排出性を制御し、燃料電池の発電効率をさらに向上させることができる。
【００９６】
例えば、空気極側電極触媒３０で生成される水の量が多い場合は、ガス拡散層２０ｄの水の排出性を積極的に高める。このときは、例えば、空気極側電極１０側の濡れ性を、空気極側電極触媒３０側よりも高め、ガス拡散層２０ｄから空気極側電極１０に向かって水を移動させやすくする。これにより、水の排出性が高まる。
【００９７】
このときには、第１上領域１２１ａにおける粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)を第１下領域１２１ｂよりも小さくし、第１上領域１２１ａにおける粒子の粒径ＤＰを第１下領域１２１ｂよりも小さくし、及び、第１上領域１２１ａにおける水に対する接触角ＣＡを第１下領域１２１ｂよりも大きくする、の少なくともいずれかとする。
【００９８】
また、第２上領域１２２ａにおける粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)を第２下領域１２２ｂよりも小さくし、第２上領域１２２ａにおける粒子の粒径ＤＰを第２下領域１２２ｂよりも小さくし、及び、第２上領域１２２ａにおける水に対する接触角ＣＡを第２下領域１２２ｂよりも大きくする、の少なくともいずれかとする。
【００９９】
一方、空気極側電極触媒３０で生成される水の量が少ない場合は、ガス拡散層２０ｄの水の排出性を積極的に高めず、燃料電池１１０内で水が循環し易いようにする。このとき、例えば、空気極側電極１０側の濡れ性を、空気極側電極触媒３０側よりも低くし、ガス拡散層２０ｄから空気極側電極１０に向かって水を移動し難くする。これにより、水の循環性が高まる。
【０１００】
この時の各領域の特性は、空気極側電極触媒３０で生成される水の量が多い場合の逆にすれば良い。
【０１０１】
これにより、フラッディングを抑制しガス透過性能を向上させると共に、ガス排出性を制御し、燃料電池の発電効率をさらに向上させることができる。
【０１０２】
なお、第１上領域１２１ａと第１下領域１２２ｂとの境界は、第２上領域１２２ａと第２下領域１２２ｂとの境界と一致しても良く、また、異なっていても良い。また、第１上領域１２１ａと第２上領域１２２ａとの境界は、第１下領域１２１ｂと第２下領域１２２ｂとの境界と一致しても良く、また、異なっていても良い。
【０１０３】
本具体例では、ガス拡散層２０ｄにおいて厚み方向に沿って２つの領域が設けられる例であるが、厚み方向に沿って３つ以上の領域が設けられても良い。また、各領域におけるける粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、不連続に変化させても良く、また、連続的に変化させても良い。
【０１０４】
例えば、ガス拡散層２０ｄが、３層以上の積層構造である場合には、上層と下層との間の中間層における粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、上層と下層との値の中間の値とすることができる。
【０１０５】
また、厚み方向の中心部において、上面及び下面よりも、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)が大きく、粒子の粒径ＤＰが大きく、及び、水に対する接触角ＣＡが小さい、の少なくともいずれかであっても良く、また、その逆でも良い。
【０１０６】
図８は、第２の実施形態に係る別のガス拡散層の構成を例示する模式的断面図である。 すなわち、同図は、図７（ａ）のＡ−Ａ’線断面に相当する断面図である。
図８に表したように、本実施形態に係るガス拡散層２０ｅにおいては、第１上領域１２１ａと第２上領域１２２ａと、下側領域１２３とが設けられている。
【０１０７】
第１上領域１２１ａにおける、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、第２上領域１２２ａとは異なる。
【０１０８】
第１上領域１２１ａ及び第２上領域１２２ａの少なくともいずれかにおける、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかは、下側領域１２３とは異なる。なお、燃料電池において、第１上領域１２１ａ及び第２上領域１２２ａは、空気極側電極１０の側に配置されても良く、また、空気極側電極触媒３０の側に配置されても良い。
【０１０９】
この場合にも、厚み方向に沿って、粒子どうしの間の間隔（空孔径ＤＳ)、粒子の粒径ＤＰ、及び、水に対する接触角ＣＡ、の少なくともいずれかが異なる。
【０１１０】
これにより、フラッディングを抑制しガス透過性能を向上させると共に、ガス排出性を制御し、燃料電池の発電効率をさらに向上させることができる。
【０１１１】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、本発明の実施形態に係るガス拡散層を用いた燃料電池１１０である。燃料電池１１０においては、本発明の実施形態に係るガス拡散層及びその変形のガス拡散層のいずれかを用いることができるが、以下では、上記のガス拡散層２０を用いる場合として説明する。
【０１１２】
燃料電池１１０の構成は、図２に関して説明した通りである。
すなわち、燃料電池１１０は、ガス拡散層２０と、空気極側電極１０と、空気極側電極触媒３０と、高分子固体電解質膜４０と、燃料極側電極触媒５０と、燃料極側ガス拡散層６０と、燃料極側電極７０と、を備える。
【０１１３】
ガス拡散層２０の主面２５に対向して、空気極側電極１０が設けられる。そして、ガス拡散層２０の空気極側電極１０とは反対の側に、燃料極側電極７０が設けられる。ガス拡散層２０と燃料極側電極７０との間に、空気極側電極触媒３０が設けられる。空気極側電極触媒３０と燃料極側電極７０との間に、高分子固体電解質膜４０が設けられる。高分子固体電解質膜４０と燃料極側電極７０との間に、燃料極側電極触媒５０が設けられる。燃料極側電極触媒５０と燃料極側電極７０との間に、燃料極側ガス拡散層６０が設けられる。
【０１１４】
本実施形態に係る燃料電池１１０は、本発明の実施形態に係るガス拡散層２０を用いているので、フラッディングが抑制され、ガス透過性能が向上され、発電効率が高い。
【０１１５】
燃料電池１１０は、燃料極側電極７０に併置された燃料タンク８０をさらに備えることができる。燃料タンク８０は、燃料供給口８１を有する。ガス拡散層２０の第１領域２１は、燃料供給口８１に近い領域であり、第２領域２２は、第１領域２１よりも燃料供給口８１からの距離が遠い領域とすることができる。これにより、燃料注入口８１からの距離によって変化するアルコール燃料の濃度分布を補償することができ、フラッディングを抑制し、ガス透過性能を向上させ、高い発電効率を得ることができる。
【０１１６】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、ガス拡散層を構成する粒子、燃料電池を構成する空気極側電極、空気極側電極触媒、高分子固体電解質膜、燃料極側電極触媒、燃料極側ガス拡散層、燃料極側電極等の各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１１７】
その他、本発明の実施の形態として上述したガス拡散層及びそれを用いた燃料電池を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのガス拡散層及びそれを用いた燃料電池も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１１８】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【符号の説明】
【０１１９】
１０…空気極側電極、 ２０、２０ａ〜２０ｅ、２９…ガス拡散層、 ２１…第１領域、 ２１ａ…領域、 ２２…第２領域、 ２２ａ…領域、 ２３…第３領域、 ２５…主面、 ２６…粒子、 ２７…水、 ３０…空気極側電極触媒、 ４０…高分子固体電解質膜、 ５０…燃料極側電極触媒、 ６０…燃料極側ガス拡散層、 ７０…燃料極側電極、 ８０…燃料タンク、 ９１…カバー、 ９２…燃料極側プレート、 ９３…シール、 １１０…燃料電池、 １２１ａ…第１上領域、 １２１ｂ…第１下領域、 １２２ａ…第２上領域、 １２２ｂ…第２下領域、 １２３…下側領域、 ＣＡ…接触角、 Ｃｆ…濃度、 ＤＰ…粒径、 ＤＳ…空孔径（粒子どうしの間の間隔）、 Ｄｆ…距離、 Ｇｔｅ…ガス透過性能、 Ｑｗ、Ｑｗ１…量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の粒子を備えたガス拡散層であって、
前記ガス拡散層の主面に対して平行な面内に第１領域と第２領域とが設けられ、
前記第１領域における、水に対する接触角の平均の値、前記粒子どうしの間の間隔の平均の値、及び、前記粒子の粒径の平均の値、の少なくともいずれかは、前記第２領域とは異なることを特徴とするガス拡散層。
【請求項２】
前記第１領域は、前記ガス拡散層の周縁部に配置され、前記第２領域は、前記ガス拡散層の前記周縁部よりも内側に配置されることを特徴とする請求項１記載のガス拡散層。
【請求項３】
前記主面に対して垂直な方向に沿って、水に対する接触角の平均の値、前記粒子どうしの間の間隔の平均の値、及び、前記粒子の粒径の平均の値、の少なくともいずれかが異なることを特徴とする請求項１または２に記載のガス拡散層。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のガス拡散層と、
前記ガス拡散層の前記主面に対向して設けられた空気極側電極と、
前記ガス拡散層の前記空気極側電極とは反対の側に設けられた燃料極側電極と、
前記ガス拡散層と前記燃料極側電極との間に設けられた空気極側電極触媒と、
前記空気極側電極触媒と前記燃料極側電極との間に設けられた高分子固体電解質膜と、
前記高分子固体電解質膜と前記燃料極側電極との間に設けられた燃料極側電極触媒と、
前記燃料極側電極触媒と前記燃料極側電極との間に設けられた燃料極側ガス拡散層と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
前記燃料極側電極に併置され、燃料供給口を有する燃料タンクをさらに備え、
前記第１領域は、前記燃料供給口に近い領域であり、
前記第２領域は、前記第１領域よりも前記燃料供給口からの距離が遠い領域であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池。
【請求項１】
複数の粒子を備えたガス拡散層であって、
前記ガス拡散層の主面に対して平行な面内に第１領域と第２領域とが設けられ、
前記第１領域における、水に対する接触角の平均の値、前記粒子どうしの間の間隔の平均の値、及び、前記粒子の粒径の平均の値、の少なくともいずれかは、前記第２領域とは異なることを特徴とするガス拡散層。
【請求項２】
前記第１領域は、前記ガス拡散層の周縁部に配置され、前記第２領域は、前記ガス拡散層の前記周縁部よりも内側に配置されることを特徴とする請求項１記載のガス拡散層。
【請求項３】
前記主面に対して垂直な方向に沿って、水に対する接触角の平均の値、前記粒子どうしの間の間隔の平均の値、及び、前記粒子の粒径の平均の値、の少なくともいずれかが異なることを特徴とする請求項１または２に記載のガス拡散層。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のガス拡散層と、
前記ガス拡散層の前記主面に対向して設けられた空気極側電極と、
前記ガス拡散層の前記空気極側電極とは反対の側に設けられた燃料極側電極と、
前記ガス拡散層と前記燃料極側電極との間に設けられた空気極側電極触媒と、
前記空気極側電極触媒と前記燃料極側電極との間に設けられた高分子固体電解質膜と、
前記高分子固体電解質膜と前記燃料極側電極との間に設けられた燃料極側電極触媒と、
前記燃料極側電極触媒と前記燃料極側電極との間に設けられた燃料極側ガス拡散層と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
前記燃料極側電極に併置され、燃料供給口を有する燃料タンクをさらに備え、
前記第１領域は、前記燃料供給口に近い領域であり、
前記第２領域は、前記第１領域よりも前記燃料供給口からの距離が遠い領域であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−６５９１７（Ｐ２０１１−６５９１７Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１６７０７（Ｐ２００９−２１６７０７）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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