固体高分子型燃料電池
【課題】酸化剤極のうち下流側領域における余剰な水を通水路の側に効果的に吸引させることができ、酸化剤極のガス流路が水で閉鎖されるフラッディング現象を抑制することができ、発電性能の更なる向上を図るのに有利な固体高分子型燃料電池を提供する。
【解決手段】酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅは、厚み方向に液相状態の水および水蒸気のうち少なくとも一つが透過する水分透過性をもつ。酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅにおいて、酸化剤ガスが流れる下流を下流側領域９３と定義すると共に、酸化剤ガスが流れる上流を上流側領域９１と定義する。酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅの厚み方向の水分透過性は、上流側領域９１よりも下流側領域９３で大きく設定されている。
【解決手段】酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅは、厚み方向に液相状態の水および水蒸気のうち少なくとも一つが透過する水分透過性をもつ。酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅにおいて、酸化剤ガスが流れる下流を下流側領域９３と定義すると共に、酸化剤ガスが流れる上流を上流側領域９１と定義する。酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅの厚み方向の水分透過性は、上流側領域９１よりも下流側領域９３で大きく設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン伝導性をもつ高分子電解質膜を有する固体高分子型燃料電池に関し、殊に、酸化剤極用のガス流路形成部材を多孔質とした固体高分子型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、エネルギや環境等において有利であるため、近年、開発が進められている。固体高分子型燃料電池は、イオン伝導性をもつ高分子電解質膜と、高分子電解質膜の片側に設けられ燃料が供給される燃料極と、高分子電解質膜の他の片側に設けられたる酸化剤極とをもつ。高分子電解質膜は、過剰に乾燥していると、イオン伝導性が低下するため、発電性能が充分に得られない。
【０００３】
そこで、従来、燃料電池に供給される前の酸化剤含有ガス、燃料含有ガスに水分を与え、水分を含む酸化剤含有ガス、燃料含有ガスを燃料電池に供給する方式が採用されている。
【０００４】
また、別の方式として、従来、燃料極及び酸化剤極のうちの少なくとも一方の外側に設けられているセパレータとも呼ばれるガス流路形成部材を多孔質とし、多孔質のガス流路形成部材の細孔を介して水、水蒸気を高分子電解質膜に供給する方式が採用されている（特許文献１〜特許文献３）。この方式によれば、多孔質のガス流路形成部材は多数の細孔を有しており、この細孔は、水、水蒸気を透過させ得るようにガス流路形成部材の厚み方向に連通する連通孔とされている。
【特許文献１】特開平６−３３８３３８号公報
【特許文献２】特許公報第２９２２１３２号
【特許文献３】特開平１−３０９２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した後者の方式を採用している固体高分子型燃料電池によれば、前述したように、セパレータとも呼ばれる多孔質のガス流路形成部材は多数の細孔を有している。この細孔は、水、水蒸気を透過させ得るようにガス流路形成部材の厚み方向に連通する連通孔とされている。ここで、細孔の径及び気孔率は、ガス流路形成部材の各部位において基本的には一様とされている。即ち、通水路と前記酸化剤極との間における水分透過性は、ガス流路形成部材の各部位において基本的には一様とされている。産業界では、上記した固体高分子型燃料電池の発電性能の更なる向上が要請されている。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、酸化剤極のうち下流側領域における余剰な水を通水路の側に効果的に吸引させることができ、故に酸化剤極のうち下流側領域における余剰水の滞留を抑制することができ、従って酸化剤極のガス流路が水で閉鎖されるフラッディング現象を抑制することができ、発電性能の更なる向上を図るのに有利な固体高分子型燃料電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る固体高分子型燃料電池は、イオン伝導性をもつ高分子電解質膜と、高分子電解質膜の片側に設けられ燃料が供給される燃料極と、高分子電解質膜の他の片側に設けられ酸化剤含有ガスが供給される酸化剤極と、燃料極の外側に設けられ燃料極用のガス流路形成部材と、酸化剤極の外側に設けられ連通孔となりうる細孔をもつ酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材と、酸化剤極用のガス流路形成部材の外側に水が流れる通水路を形成する通水路形成部材と、通水路の水を吸引させて通水路に水を流す通水部とを具備する固体高分子型燃料電池であって、
酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、
酸化剤ガスが流れる下流を下流側領域と定義すると共に、酸化剤ガスが流れる上流を上流側領域と定義するとき、
酸化剤極と通水路との間において液相状態の水および水蒸気のうちの少なくとも一つが透過する水分透過性は、上流側領域よりも下流側領域で大きく設定されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る固体高分子型燃料電池によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、通水路と酸化剤極との間における前記水分透過性は、下流側領域では上流側領域よりも大きく設定されている。このため酸化剤極のうち下流側領域における余剰な水を、通水路の側に効果的に吸引させることができる。故に酸化剤極のうち下流側領域における余剰水の滞留を抑制することができる。従って酸化剤極のガス流路が水で閉鎖されるフラッディング現象を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る固体高分子型燃料電池によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、通水路と酸化剤極との間における水分透過性は、下流側領域では上流側領域よりも、大きく設定されている。このため酸化剤極のうち下流側領域における余剰な水を通水路の側に効果的に吸引させることができる。故に酸化剤極のうち下流側領域における余剰水の滞留を抑制することができる。従って酸化剤極のガス流路が水で閉鎖されるフラッディング現象を抑制することができ、発電性能の向上に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る固体高分子型燃料電池の好ましい形態によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、平均細孔径及び気孔率のうちの少なくとも一方は、上流側領域よりも下流側領域では、大きく設定されている形態を採用することができる。これにより通水路と酸化剤極との間における水分透過性は、下流側領域では相対的に大きく設定され、上流側領域では相対的に小さく設定されている。この場合、酸化剤極の下流側領域に滞留している余剰水を、酸化剤極から通水路に向けて効果的に吸引させることができる。故に酸化剤極の下流側領域におけるフラッディング現象を抑制することができる。
【００１１】
好ましくは、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、平均細孔径及び気孔率のうちの少なくとも一方は、上流側領域において相対的に小さく設定されており、下流側領域において相対的に大きく設定されており、上流側領域から下流側領域にかけて、次第に大きくなるように設定されている形態を例示できる。
【００１２】
本発明に係る固体高分子型燃料電池によれば、水分透過性とは、液相状態の水、水蒸気のうちのうちの少なくとも一つの透過性を意味する。平均細孔径が相対的に大きいとは、多孔質のガス流路形成部材における全部の細孔のなかで細孔径が相対的に大きいことを意味し、平均細孔径１０〜１０００μｍの範囲内を例示できる。平均細孔径が相対的に小さいとは、多孔質のガス流路形成部材における全部の細孔のなかで細孔径が相対的に小さいことを意味し、平均細孔径０．１〜１０μｍ未満の範囲内を例示できる。なお細孔の大部分は連通孔であり、ガス流路形成部材に水分透過性を与える。
【００１３】
気孔率が相対的に大きいとは、多孔質のガス流路形成部材において気孔率が相対的に大きいことを意味し、気孔率４０〜９５％の範囲内を例示できる。気孔率が相対的に小さいとは、多孔質のガス流路形成部材において気孔率が相対的に小さいことを意味し、気孔率０．１〜４０％未満の範囲内を例示できる。但し、平均細孔径及び気孔率としては、上記した範囲に限定されるものではない。
【００１４】
本発明に係る固体高分子型燃料電池によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、単位体積当たりにおける撥水剤の割合は、下流側領域よりも上流側領域で大きく設定されている形態を採用することができる。撥水剤の割合が多いと、水の出し入れは容易でなくなる。上記の形態では、撥水剤の割合は、上流側領域で相対的に多く設定され、下流側領域で相対的に少なく設定されている。このためＭＥＡの下流側領域における余剰水を通水路に吸引させるのに有利となり、下流側領域での余剰水の滞留を抑制するのに一層貢献することができる。撥水剤としては、多孔質のガス流路形成部材の表面及び／または細孔内に設けることができる。
【実施例】
【００１５】
まず、実施例の説明に先立って、第１参考例から説明する。
【００１６】
以下、本発明の本参考例の概念について図１及び図２を参照して説明する。図１は本参考例に係る固体高分子型燃料電池の概念を模式化して示す。本参考例に係る固体高分子型燃料電池は、第１通水路４１に水を圧送させる方式を採用している。ＭＥＡ１（膜・電極接合体）は、プロトン伝導性をもつ高分子電解質材料で形成された高分子電解質膜１１と、高分子電解質膜１１の厚み方向の片側に設けられ燃料が供給される燃料極１２と、高分子電解質膜１１の厚み方向の他の片側に設けられ酸化剤含有ガス（一般的には空気）が供給される多孔質でありガス透過性をもつ酸化剤極１５とを有する。
【００１７】
酸化剤極１５は、多孔質でありガス透過性及び導電性をもつようにカーボン繊維などのカーボン材料で形成された第１ガス拡散層１６と、高分子電解質膜１１側に形成された第１触媒層１７とで形成されている。燃料極１２は、多孔質でありガス透過性及び導電性をもつようにカーボン繊維などのカーボン材料で形成された第２ガス拡散層１３と、高分子電解質膜１１側に形成された第２触媒層１４とで形成されている。第１触媒層１７及び第２触媒層１４は、白金等の触媒金属を担持したカーボン微粒子の集合体と、プロトン伝導性をもつ電解質ポリマーとを主要成分として形成されている。
【００１８】
そして図１に示すように、燃料極１２の厚み方向の外側には、燃料極用のガス流路形成部材２が設けられている。燃料極用のガス流路形成部材２は、セパレータとも呼ばれるものであり、緻密体で形成されている。燃料極用のガス流路形成部材２は、耐食性及び導電性を有する材料（一般的にはカーボン材料）で形成されており、燃料極１２の第２ガス拡散層１３に供給される燃料ガスが流れる溝状のガス流路２１をもつ。
【００１９】
酸化剤極１５の厚み方向の外側には、連通孔となり得る多数の細孔をもつ酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３が設けられている。図１に示すガス流路形成部材３では細孔は○として模式化されている。ガス流路形成部材３では細孔は連通しており、ガス流路形成部材３の厚み方向に水分透過性を有する。酸化剤極用のガス流路形成部材３は、セパレータとも呼ばれるものであり、耐食性及び導電性を有する材料（一般的にはカーボン材料）で形成されており、酸化剤極１５の第１ガス拡散層１６に供給される酸化剤含有ガス（一般的には空気）が流れる溝状のガス流路３１をもつ。図１に示すように、燃料極１２と酸化剤極１５とは、導電経路６０及び負荷６１を経て電気的に接続されている。
【００２０】
酸化剤極用のガス流路形成部材３において、酸化剤含有ガスが流れる上流側を上流側領域９１と定義すると共に、酸化剤含有ガスが流れる下流側を下流側領域９３と定義する。酸化剤極用のガス流路形成部材３の厚み方向の外側には、給水源４０から供給された冷却用及び加湿用の水が流れる第１通水路４１を形成する仕切板状の第１通水路形成部材５１が設けられている。第１通水路４１は給水口４３と吐水口４４とをもつ。
【００２１】
更に、給水源４０からの水を第１通水路４１に圧送させて通水させる通水部４９が設けられている。通水部４９は例えばポンプで形成できる。通水部４９は、第１通水路４１の給水口４３の上流側に設けられており、第１通水路４１に水を圧送させ、第１通水路４１の給水口４３から吐水口４４に向けて通水させる。第１通水路４１における水の圧力Ｐｍは絶対圧で１ａｔｍを越えており、酸化剤含有ガス（一般的には空気）が流れる溝状のガス流路３１における圧力Ｐ１よりも大きく設定されている（Ｐｍ＞Ｐ１）。基本的にはＰｍとＰ１との差圧により、第１通水路４１の水をＭＥＡ１の酸化剤極１５の側に矢印Ｍ１方向に向けて補給することができる。
【００２２】
さて本参考例によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３の平均細孔径及び気孔率については、酸化剤含有ガス（一般的には空気）が流れる方向に沿って変化するように設定されている。即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３において、平均細孔径及び気孔率の双方は、上流側領域９１では下流側領域９３よりも大きく設定されている。
【００２３】
具体的には、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３において、平均細孔径及び気孔率の双方は、上流側領域９１において相対的に大きく設定されており、下流側領域９３において相対的に小さく設定されている。即ち、図２において特性線Ａ１は細孔径を示し、特性線Ａ２は気孔率を示す。図２の特性線Ａ１,Ａ２に示すように、上流側領域９１から下流側領域９３にかけて次第に連続的に且つ傾斜的に小さくなるように設定されている。上記した結果、第１通水路４１と酸化剤極１５との間における水分透過性は、上流側領域９１で相対的に大きく、下流側領域９３で相対的に小さくされている。
【００２４】
なお、平均細孔径が相対的に大きいとは、平均細孔径１０〜１０００μｍの範囲内を例示できる。平均細孔径が相対的に小さいとは、平均細孔径０．１〜１０μｍの範囲内を例示できる。気孔率が相対的に大きいとは、気孔率４０〜９５％の範囲内を例示できる。気孔率が相対的に小さいとは、気孔率０．１〜４０％未満の範囲内を例示できる。但し、細孔径及び気孔率としては上記した値に限定されるものではない。
【００２５】
燃料電池を運転する際には、酸化剤含有ガス（一般的には空気）が搬送源６８により酸化剤極用のガス流路形成部材３の溝状のガス流路３１に供給される。この酸化剤含有ガスは溝状のガス流路３１から酸化剤極１５の第１ガス拡散層１６，第１触媒層１７に流入する。更に、燃料ガス（水素含有ガス）が搬送源６９により燃料極用のガス流路形成部材２の溝状のガス流路２１に供給される。燃料ガスは、ガス流路２１から燃料極１２の第２ガス拡散層１３及び第２触媒層１４に流入する。そして、第２触媒層１４の触媒作用により、燃料ガスの水素からプロトン（水素イオン）と電子（ｅ−）とが生成される。生成されたプロトンは、高分子電解質膜１１を厚み方向に透過して酸化剤極１５に至る。電子は導電経路６０を流れ、導電経路６０の負荷６１で電気的仕事を行った後に、酸化剤極１５に至る。そして酸化剤極１５では、酸化剤極１５の第１触媒層１７の触媒作用により、酸化剤極１５に供給された酸化剤含有ガス（一般的に空気）とプロトンと電子とが反応して水が生成される。このような発電反応により熱が発生するが、給水源４０からの水が通水部４９により第１通水路４１に通水されるため、燃料電池は冷却される。
【００２６】
上記した発電反応が発現されるＭＥＡ１では、酸化剤含有ガスの上流側領域９１よりも下流側領域９３の方が生成水が相対的に多くなる傾向となる。従ってこのようなＭＥＡ１では、一般的には、相対湿度は上流側領域９１では相対的に低くなり、下流側領域９３では相対的に高くなる。上記したＭＥＡ１では、上流側領域９１では乾燥が生じることがあり、下流側領域９３では余剰水が滞留することがある。
【００２７】
この点本参考例によれば、第１通水路４１と酸化剤極１５との間における水分透過性は、上流側領域９１では相対的に大きく設定されていると共に、下流側領域９３では相対的に小さく設定されている。即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３における平均細孔径及び気孔率の双方は、上流側領域９１では相対的に大きく設定されていると共に、下流側領域９３では相対的に小さく設定されている。このため第１通水路４１に水が圧送されて通水されるとき、第１通水路４１の水は、平均細孔径及び気孔率が大きな上流側領域９１では、下流側領域９３よりもＭＥＡ１の酸化剤極１５側に相対的に矢印Ｍ１方向に向けて透過し易くなる。この結果、乾燥しがちの上流側領域９１において、酸化剤極１５に対する加湿量を相対的に大きくすることができ、ひいては乾燥しがちの上流側領域９１における過剰乾燥を抑制できる。
【００２８】
これに対して、上記した発電反応に基づいて水分が余剰になりがちな下流側領域９３では、ＭＥＡ１の高分子電解質膜１１に対する加湿量を上流側領域９１よりも相対的に小さくすることができる。これにより水分が余剰になりがちな下流側領域９３におけるフラッディング現象を抑制することができる。この結果、固体高分子型燃料電池の発電性能を向上させるのに貢献できる。フラッディング現象とは、ガスが通過するガス流路が余剰の水で閉鎖され、ガス流路の流路面積が低下することを意味する。フラッディング現象が発生すると、充分な発電性能を得るには不利となる。
【００２９】
（第２参考例）
第２参考例は第１参考例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、第１参考例と相違する部分を中心として説明する。本参考例によれば、図３の特性線Ａ１，Ａ２に示すように、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３において、平均細孔径及び気孔率の双方は、上流側領域９１において相対的に大きく設定されており、且つ、下流側領域９３において相対的に小さく設定されている。ここで、図３の特性線Ａ１，Ａ２に示すように、平均細孔径及び気孔率の双方は、上流側領域９１から下流側領域９３にかけて不連続的に変化している。
【００３０】
（第３参考例）
図４は第３参考例の概念を模式的に示す。第３参考例は第１参考例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、第１参考例と相違する部分を中心として説明する。本参考例によれば、図４に示すように、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｂにおいて各細孔の平均細孔径は、基本的にはほぼ同一とされており、約５〜１０μｍを例示することができる。
【００３１】
酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂにおける気孔率については、酸化剤含有ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｂにおける気孔率は、上流側領域９１では下流側領域９３よりも大きく設定されている。
【００３２】
この結果、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｂにおいて、第１通水路４１と酸化剤極１５との間における水分透過性は、上流側領域９１において相対的に大きく設定されており、且つ、下流側領域９３において相対的に小さく設定されている。
【００３３】
本参考例によれば、燃料極用のガス流路形成部材２Ｂは緻密体ではなく、多数の細孔をもつ多孔質体で形成されている。燃料極用のガス流路形成部材２Ｂにおいて、燃料ガスが流れる上流側を上流側領域９１Ｘと定義すると共に、燃料ガスが流れる下流側を下流側領域９３Ｘと定義する。
【００３４】
図４に示すガス流路形成部材３Ｂ及びガス流路形成部材２Ｂでは、細孔は○として模式化されている。ガス流路形成部材３Ｂ及びガス流路形成部材２Ｂでは細孔は連通しており、ガス流路形成部材３Ｂ及びガス流路形成部材２Ｂはそれぞれ厚み方向に水分透過性を有する。
【００３５】
図４に示すように、燃料極用のガス流路形成部材２Ｂの外側には、第２通水路４２を形成する第２通水路形成部材５２が設けられている。第２通水路４２は給水口４３，吐水口４４をもつ。第２通水路４２には、第１通水路４１と同様に、給水源４０からの水が通水部４９の作動により圧送されて流れる。
【００３６】
燃料極用のガス流路形成部材２Ｂにおける気孔率については、燃料ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。即ち、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｂにおける気孔率は、上流側領域９１Ｘでは下流側領域９３Ｘよりも大きく設定されている。具体的には、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｂにおける気孔率は、上流側領域９１Ｘにおいて相対的に大きく設定されており、下流側領域９３Ｘにおいて相対的に小さく設定されている。従って第２通水路４２と燃料極１２との間における水分透過性は、上流側領域９１Ｘでは相対的に大きく、下流側領域９３Ｘでは相対的に小さく設定されている。
【００３７】
以上説明したように本参考例によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｂについては、気孔率は、上流側領域９１では相対的に大きく設定されていると共に、下流側領域９３では相対的に小さく設定されている。同様に、燃料極用のガス流路形成部材２Ｂについては、気孔率は、上流側領域９１Ｘでは相対的に大きく設定されていると共に、下流側領域９３Ｘでは相対的に小さく設定されている。
【００３８】
このため第１通水路４１及び第２通水路４２に水が圧送されて通水されるとき、第１通水路４１及び第２通水路４２の水は、気孔率が大きな上流側領域９１，９１Ｘでは、下流側領域９３，９３ＸよりもＭＥＡ１側に矢印Ｍ１方向に向けて相対的に透過し易くなる。この結果、乾燥しがちの上流側領域９１,９１Ｘにおいて、ＭＥＡ１に対する加湿量を相対的に大きくすることができる。更に、水が余剰になりがちの下流側領域９３,９３Ｘにおいて、ＭＥＡ１に対する加湿量を相対的に小さくすることができる。
【００３９】
（第４参考例）
図５は第４参考例の概念を模式的に示す。第４参考例は、図４に示す第３参考例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、図４に示す第３参考例と相違する部分を中心として説明する。図５に示すガス流路形成部材３Ｂ及びガス流路形成部材２Ｂでは、細孔は○として模式化されている。ガス流路形成部材３Ｂ及びガス流路形成部材２Ｂでは細孔は連通しており、ガス流路形成部材３Ｂ及びガス流路形成部材２Ｂはそれぞれ厚み方向に透過性を有する。
【００４０】
本参考例によれば、酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂの表面及び細孔の表面には、撥水剤８が付設されている。図５は撥水剤８の強さを模式化して図示しており、撥水剤８の厚みを示すものではない。撥水剤８としては、パーフルオロカーボン、フルオロカーボン等を例示できる。酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂにおいて、単位体積当たりの撥水剤８の割合が多いと、水がはじかれるため、ＭＥＡ１に対する水の出し入れがしにくくになる。また、撥水剤８の割合が少ないか、あるいは撥水剤８が存在しなければ、撥水剤８の割合が多い場合に比較して、ＭＥＡ１に対する水の出し入れが容易となる。
【００４１】
本参考例によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｂにおける撥水剤８の割合については、酸化剤ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｂにおける撥水剤８の割合としては、上流側領域９１では無しか下流側領域９３よりも少なく設定されている。具体的には、酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂにおける撥水剤８の割合は、上流側領域９１において相対的に小さく設定されており（撥水剤が無しを含む）、且つ、下流側領域９３において相対的に大きく設定されている。このため、第１通水路４１と酸化剤極１５との間における水分透過性は、酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂにおいて、上流側領域９１では相対的に大きく設定されており、且つ、下流側領域９３では相対的に小さく設定されている。
【００４２】
また図５に示すように、燃料極用のガス流路形成部材２Ｂの表面には、撥水剤８が付設されている。多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｂにおける撥水剤８の割合については、燃料ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。即ち、燃料極用の多孔質のガス流路形成部材２Ｂにおける撥水剤８の割合としては、上流側領域９１Ｘでは無しか下流側領域９３Ｘよりも少なく設定されている。具体的には、酸化剤極用のガス流路形成部材２Ｂにおける撥水剤８の割合は、上流側領域９１Ｘにおいて相対的に小さく設定されており、且つ、下流側領域９３Ｘにおいて相対的に大きく設定されている。このため、第２通水路４２と燃料極１２との間における水分透過性は、燃料極用のガス流路形成部材２Ｂにおいて、上流側領域９１Ｘでは相対的に大きく設定されており、且つ、下流側領域９３Ｘでは相対的に小さく設定されている。
【００４３】
このような本参考例によれば、通水部４９の作動により第１通水路４１及び第２通水路４２に水が圧送されて通水されるとき、第１通水路４１及び第２通水路４２の水は、撥水剤８の割合が無しか相対的に少ない上流側領域９１,９１Ｘでは、撥水剤８の割合が相対的に多い下流側領域９３,９３Ｘよりも、ＭＥＡ１に向けて矢印Ｍ１方向に相対的に透過し易くなる。この結果、上流側領域９１,９１Ｘにおける加湿量を大きくでき、上流側領域９１,９１Ｘにおける過剰乾燥を抑制できる。
【００４４】
上記したように酸化剤含有ガス、燃料ガスが流れる方向に沿って撥水剤８の割合を変化させるにあたり、例えば、撥水剤８を酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂ、燃料極用のガス流路形成部材２Ｂの表面に付設させる際に、ガス流路形成部材３Ｂ、ガス流路形成部材２Ｂをマスキング部材で覆い、マスキング部材を相対移動させることにより、マスキング時間を可変とさせることにより行い得る。
【００４５】
なお場合によっては、図５に示す実施例において、ガス流路形成部材３Ｂに付設される撥水剤８、ガス流路形成部材２Ｂに付設される撥水剤８のいずれかを廃止することもできる。
【００４６】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例の概念について図６を参照して説明する。本実施例に係る固体高分子型燃料電池は、第１通水路４１の水を吸引させることにより第１通水路４１に水を流す方式である。本実施例に係るＭＥＡ１は、プロトン伝導性をもつ高分子材料で形成された高分子電解質膜１１と、高分子電解質膜１１の厚み方向の片側に設けられ燃料が供給される燃料極１２と、高分子電解質膜１１の厚み方向の他の片側に設けられ酸化剤含有ガス（一般的には空気）が供給される多孔質でありガス透過性をもつ酸化剤極１５とを有する。
【００４７】
酸化剤極１５は、多孔質でありガス透過性をもつようにカーボン材料で形成された第１ガス拡散層１６と、高分子電解質膜１１側に形成された第１触媒層１７とで形成されている。燃料極１２は、多孔質でありガス透過性をもつようにカーボン材料で形成された第２ガス拡散層１３と、高分子電解質膜１１側に形成された第２触媒層１４とで形成されている。
【００４８】
そして、第１参考例と同様に、燃料極１２の厚み方向の外側には、燃料極用のガス流路形成部材２が設けられている。燃料極用のガス流路形成部材２はセパレータとも呼ばれるものであり、多孔質体ではなく、緻密体で形成されている。燃料極用のガス流路形成部材２は、耐食性及び導電性を有する材料（一般的にはカーボン材料）で形成されており、燃料極１２の第２ガス拡散層１３に供給される燃料ガスが流れる溝状のガス流路２１をもつ。
【００４９】
図６に示すように、酸化剤極１５の厚み方向の外側には、多数の細孔をもつ酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅが設けられている。図６に示すガス流路形成部材３Ｅでは細孔は○として模式化されている。ガス流路形成部材３Ｅでは細孔は連通しており、ガス流路形成部材３Ｅは厚み方向に透過性を有する。
【００５０】
酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｅは、セパレータとも呼ばれるものであり、耐食性及び導電性を有する材料（一般的にはカーボン材料）で形成されており、酸化剤極１５の第１ガス拡散層１６に供給される酸化剤含有ガス（一般的には空気）が流れる溝状のガス流路３１をもつ。酸化剤極１５と燃料極１２とは、導電経路６０及び負荷６１を経て電気的に接続されている。
【００５１】
図６に示すように、酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｅの厚み方向の外側には、冷却用及び加湿用の水が流れる第１通水路４１を形成する仕切板状の第１通水路形成部材５１が設けられている。
【００５２】
更に、第１通水路４１に水を通水させる通水部４９Ｅが設けられている。通水部４９Ｅは、第１通水路４１の下流側に設けられており、第１通水路４１の水を矢印Ｗ２方向に吸引させることにより、第１通水路４１の給水口４３から吐水口４４に向けて通水させる。通水部４９Ｅは吸引ポンプで形成できる。第１通水路４１における水の圧力Ｐｍは絶対圧で１ａｔｍ未満であり、酸化剤含有ガス（一般的には空気）が流れる溝状のガス流路３１における圧力Ｐ１よりも小さく設定されている（Ｐｍ＜Ｐ１）。基本的にはＰｍとＰ１との差圧により、ＭＥＡ１の酸化剤極１５に滞留している余剰の水を第１通水路４１に矢印Ｍ２方向に吸引することができる。
【００５３】
さて本実施例によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅにおける平均細孔径及び気孔率については、酸化剤含有ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅにおける平均細孔径及び気孔率の双方は、下流側領域９３では上流側領域９１よりも大きく設定されている。具体的には、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅにおける平均細孔径及び気孔率の双方は、下流側領域９３において相対的に大きく設定されており、上流側領域９１において相対的に小さく設定されており、そして、図７の特性線Ｅ１，Ｅ２に示すように、上流側領域９１から下流側領域９３にかけて次第に連続的に且つ傾斜的に大きくなるように設定されている。図７において特性線Ｅ１は細孔径を示し、特性線Ｅ２は気孔率を示す。
【００５４】
この結果、第１通水路４１と酸化剤極１５との間における水分透過性は、下流側領域９３において相対的に大きく設定されており、上流側領域９１において相対的に小さく設定されている。
【００５５】
燃料電池を運転する際には、第１実施例と同様に、燃料ガス（水素含有ガス）が搬送源６９により溝状のガス流路２１に供給されると共に、酸化剤含有ガス（一般的には空気）が搬送源６８により溝状のガス流路３１に供給される。燃料ガスは溝状のガス流路２１から燃料極１２の第２ガス拡散層１３に至り、更に燃料極１２に含有されている第２触媒層１４の触媒作用により、燃料ガスに含まれている水素からプロトン（水素イオン）と電子（ｅ−）とが生成される。プロトンは高分子電解質膜１１を厚み方向に透過して酸化剤極１５に至る。電子は導電経路６０を流れる。電子は導電経路６０の負荷６１で電気的仕事を行った後に、酸化剤極１５に至る。そして酸化剤極１５では、酸化剤極１５の第１触媒層１７の触媒作用により、酸化剤極１５に供給された酸化剤含有ガス（一般的に空気）とプロトンと電子とが反応して水が生成される。このような発電反応が発現されるＭＥＡ１では、酸化剤含有ガスの上流側領域９１よりも下流側領域９３の方が生成水が相対的に多くなる。従ってこのようなＭＥＡ１では、相対湿度は上流側領域９１では相対的に低くなり、下流側領域９３では相対的に高くなる。
【００５６】
この点本実施例によれば、前述したように、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅについては、平均細孔径及び気孔率の双方は、上流側領域９１では相対的に小さく設定されていると共に、下流側領域９３では相対的に大きく設定されている。即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅにおいて、平均細孔径及び気孔率の双方は下流側領域９３において相対的に大きく設定されており、上流側領域９１において相対的に小さく設定されており、図７の特性線Ｅ１，Ｅ２に示すように、上流側領域９１から下流側領域９３にかけて次第に連続的に且つ傾斜的に大きくなるように設定されている。
【００５７】
このため本実施例によれば、図６から理解できるように、給水源４０から供給された水が第１通水路４１において矢印Ｗ２方向へ吸引されるとき、酸化剤極１５の下流側領域９３に溜まっている余剰の水は、上流側領域９１よりも相対的に第１通水路４１側に矢印Ｍ２方向に吸引され易くなる。これにより水分が余剰になりがちな下流側領域９３における余剰水が吸引除去され、ひいては下流側領域９３におけるフラッディング現象を抑制することができる。この結果、固体高分子型燃料電池の発電性能を向上させるのに貢献できる。
【００５８】
（第２実施例）
図８は第２実施例の概念を模式的に示す。本実施例は、図６に示す第１実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、図６に示す実施例と相違する部分を中心として説明する。本実施例によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅにおいて、気孔率は下流側領域９３では相対的に大きく設定されており、上流側領域９１では相対的に小さく設定されている。そして、図８の特性線Ｅ１に示すように、細孔径は、上流側領域９１から下流側領域９３にかけて不連続的に大きくなるように設定されている。また図８の特性線Ｅ２に示すように、気孔率は、上流側領域９１から下流側領域９３にかけて不連続的に大きくなるように設定されている。
【００５９】
（第３実施例）
図９は第３実施例の概念を模式的に示す。本実施例は図６に示す実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、図６に示す実施例と相違する部分を中心として説明する。図９に示すガス流路形成部材３Ｆ,２Ｆでは細孔は○として模式化されている。ガス流路形成部材３Ｆ,２Ｆでは細孔は連通しており、ガス流路形成部材３Ｆ,２Ｆは厚み方向に水分透過性を有する。本実施例によれば、図９に示すように、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｆにおいて平均細孔径は基本的には均一とされている。但し、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｆにおける第１通水路４１と酸化剤極１５との間における水分透過性、具体的には気孔率としては、下流側領域９３では相対的に大きく設定されており、上流側領域９１では相対的に小さく設定されている。
【００６０】
本実施例によれば、図９から明らかなように、燃料極用のガス流路形成部材２Ｆは緻密体ではなく、多数の細孔を有する多孔質体で形成されている。この燃料極用のガス流路形成部材２Ｆにおける第１通水路４１と燃料極１２との間における水分透過性、即ち、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｆにおける気孔率は、下流側領域９３Ｘでは上流側領域９１Ｘよりも大きく設定されている。
【００６１】
具体的には、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｆにおいて、気孔率は上流側領域９１Ｘにおいて相対的に小さく設定されており、下流側領域９３Ｘにおいて相対的に大きく設定されている。即ち、燃料極用のガス流路形成部材２Ｆの気孔率は、上流側領域９１Ｘから下流側領域９３Ｘにかけて次第に連続的に且つ傾斜的に大きくなるように設定されている。
【００６２】
燃料極用のガス流路形成部材２Ｆの外側には、第２通水路４２を形成する第２通水路形成部材５２が設けられている。第２通水路４２は給水口４３及び吐水口４４わ有する。通水部４９Ｆの吸引作動により、第１通水路４１と同様に、第２通水路４２には給水源４０からの冷却用の水が吸引されて流れる。
【００６３】
本実施例によれば、図９に示すように、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｆについては、気孔率は、上流側領域９１では相対的に小さく設定されていると共に、下流側領域９３では相対的に大きく設定されている。同様に、燃料極用のガス流路形成部材２Ｆについては、気孔率は、上流側領域９１Ｘでは相対的に小さく設定されていると共に、下流側領域９３Ｘでは相対的に大きく設定されている。
【００６４】
このため、第２通水部４９Ｆの吸引作動により、給水源４０からの水が第１通水路４１及び第２通水路４２に吸引されて流れるとき、ＭＥＡ１側に滞留していた余剰の水は、平均細孔径及び気孔率が大きな下流側領域９３,９３Ｘでは上流側領域９１,９１Ｘよりも、第１通水路４１及び第２通水路４２の側に矢印Ｍ２方向に吸引され易くなる。この結果、余剰水が滞留しがちの下流側領域９３,９３Ｘにおいて、余剰水の吸引除去量を相対的に大きくすることができ、下流側領域９３,９３Ｘにおけるフラッディング現象を抑制するのに貢献できる。
【００６５】
（第４実施例）
図１０は第４実施例の概念を模式的に示す。本実施例は図９に示す実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、図９に示す実施例と相違する部分を中心として説明する。図１０に示すガス流路形成部材３Ｆ,２Ｆでは細孔は○として模式化されている。ガス流路形成部材３Ｆ,２Ｆでは細孔は連通しており、ガス流路形成部材３Ｆ,２Ｆは厚み方向に水分透過性を有する。
【００６６】
本実施例によれば、図１０に示すように、酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｆの表面及び細孔の内壁面には撥水剤８が付設されている。燃料極用のガス流路形成部材２Ｆの表面及び細孔の内壁面にも撥水剤８が付設されている。図１０は撥水剤８の強さを模式化して図示しており、撥水剤８の厚みを示すものではない。酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｆ及び燃料極用のガス流路形成部材２Ｆの単位体積当たりにおいて、撥水剤８の割合が多いと、水がはじかれるため、ＭＥＡ１に対する水の出し入れがしにくくになる。また、撥水剤８の割合が少ないか、あるいは撥水剤が存在しなければ、撥水剤８の割合が多い場合に比較して、ＭＥＡ１に対する水の出し入れが容易となる。
【００６７】
本実施例によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｆにおける撥水剤８の割合については、酸化剤含有ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。同様に、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｆにおける撥水剤８の割合については、燃料ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。
【００６８】
即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｆにおける撥水剤８の割合としては、下流側領域９３では無しか上流側領域９１よりも相対的に少なく設定されている。また多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｆにおける撥水剤８の割合としては、下流側領域９３Ｘでは無しか上流側領域９１Ｘよりも相対的に少なく設定されている。
【００６９】
このため、通水部４９Ｆの吸引作動により、給水源４０からの水が第１通水路４１及び第２通水路４２に吸引されて通水されるとき、ＭＥＡ１側に滞留していた余剰の水は、撥水剤８の割合が相対的に少ない下流側領域９３,９３Ｘでは、第１通水路４１及び第２通水路４２に向けて矢印Ｍ２方向に吸い出されやすくなる。故に、下流側領域９３,９３Ｘにおける余剰水の滞留を抑制することができる。これにより余剰水が滞留しがちな下流側領域９３．９３Ｘにおけるフラッディング現象を抑制することができる。この結果、固体高分子型燃料電池の発電性能を向上させるのに貢献できる。
【００７０】
（製造例１）
図１１及び図１２は、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３となり得る製造例１に係る多孔質体２００の断面を模式的に示す。製造例１によれば、第１工程において、図１１に示すように、一端２０１側を厚肉で他端２０３側を薄肉とした多孔質体２００を製造する。多孔質体２００は多数の細孔を有する。細孔は、気化可能な昇華物質、消失可能な焼失物質等の適度なサイズの消失物質を用い、消失物質を埋設した後に、昇華、焼失等により消失物質を消失させることにより形成できる。第１工程を経た多質体２００において、平均細孔径及び気孔率は、これの一端２０１側から他端２０３側にかけて基本的には同一である。
【００７１】
次に第２工程において、プレス型１００によるプレス加圧に基づいて、多孔質体２００をこれの厚み方向に圧縮させる。図１２に示すように、プレス型１００で圧縮された後の多孔質体２００によれば、一端２０１側から他端２０３側にかけて厚みは基本的には同一である。
【００７２】
圧縮後の多孔質体２００によれば、一端２０１側は圧縮率が高く、他端２０３側は圧縮率が低く設定されている。この結果、圧縮後の多孔質体２００によれば、一端２０１側の密度は高くなり、他端２０３側の密度は低くなる。従って、一端２０１側における平均細孔径及び気孔率は相対的に小さく設定されていると共に、他端２０３側における平均細孔径及び気孔率は相対的に大きく設定されている。
【００７３】
図１に示す例に係る酸化剤極用のガス流路形成部材３に製造例１に係る多孔質体２００を適用する場合には、圧縮後の多孔質体２００のうち平均細孔径及び気孔率が小さく設定されているため密度が相対的に高い一端２０１側を、酸化剤極用のガス流路形成部材３の下流側領域９３に設定することができる。また、平均細孔径及び気孔率が大きく設定されているため密度が相対的に低い他端２０３側を、酸化剤極用のガス流路形成部材３の上流側領域９１に設定することができる。
【００７４】
また図６に示す実施例に係る酸化剤極用のガス流路形成部材３に製造例１に係る多孔質体２００を適用する場合には、圧縮後の多孔質体２００のうち平均細孔径及び気孔率が相対的に小さく設定されているため密度が相対的に高い一端２０１側を、酸化剤極用のガス流路形成部材３の上流側領域９１に設定することができる。また、平均細孔径及び気孔率が相対的に大きく設定されているため密度が相対的に低い他端２０３側を、酸化剤極用のガス流路形成部材３の下流側領域９３に設定することができる。なお、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２についても同様にできる。
【００７５】
（製造例２）
図１３及び図１４は、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３となり得る製造例２に係る多孔質体３００の断面を模式的に示す。製造例２によれば、第１工程において、図１３に示すように、一端３０１側から他端３０３側にかけて厚みが基本的に同一の多孔質体３００を製造する。多孔質体３００は多数の細孔を有する。この多孔質体３００において、平均細孔径及び気孔率は、これの一端３０１側では小さく設定されており、他端３０３側では大きく設定されている。
【００７６】
次に第２工程において、図１４に示すように、プレス型１００によるプレス加圧に基づいて、多孔質体３００をこれの厚み方向に圧縮させる。圧縮後の多孔質体３００によれば、一端３０１側における平均細孔径及び気孔率は小さく設定されていると共に、他端３０３側における平均細孔径及び気孔率は大きく設定されている。
【００７７】
図１に示す参考例に係る酸化剤極用のガス流路形成部材３に製造例２に係る多孔質体３００を適用する場合には、圧縮後の多孔質体３００のうち平均細孔径及び気孔率が小さく設定されている一端３０１側を、酸化剤極用のガス流路形成部材３の下流側領域９３に設定することができる。また、平均細孔径及び気孔率が大きく設定されている他端３０３側を酸化剤極用のガス流路形成部材３の上流側領域９１に設定することができる。
【００７８】
また図６に示す実施例に係る酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂに製造例２に係る多孔質体３００を適用する場合には、圧縮後の多孔質体３００のうち平均細孔径及び気孔率が相対的に小さく設定されている一端３０１側を酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂの下流側領域９３に設定することができる。また、平均細孔径及び気孔率が相対的に大きく設定されている他端３０３側を酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂの上流側領域９１に設定することができる。なお、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２についても同様にできる。
【００７９】
（製造例３）
酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３となり得る多孔質体は、次のようにも形成できる。気化可能な昇華物質、消失可能な焼失物質等の適度なサイズの消失物質を用い、消失物質を埋設した母体を形成する母体形成工程と、昇華、焼失等により消失物質を母体から消失させて多孔質体を形成する多孔化工程とを順に実施して形成することができる。母体において消失物質の消失跡が細孔となる。母体形成工程において、母体に埋設される消失物質のサイズ及び埋設量のうちのうちの少なくとも一方を母体の一端から他端にかけて変化させることにより、多孔質体における細孔径及び気孔率のうちの少なくとも一方を変化させることができる。
【００８０】
（その他）第１触媒層１７、第２触媒層１４は高分子電解質膜１１の表裏に積層されていても良い。その他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【００８１】
上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）イオン伝導性をもつ高分子電解質膜と、高分子電解質膜の片側に設けられ燃料が供給される燃料極と、高分子電解質膜の他の片側に設けられ酸化剤含有ガスが供給される酸化剤極と、燃料極の外側に設けられた燃料極用のガス流路形成部材と、酸化剤極の外側に設けられた酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材と、酸化剤極用のガス流路形成部材の外側に水が流れる通水路を形成する通水路形成部材と、水を通水路に圧送させて通水路に水を流す通水部とを具備する固体高分子型燃料電池であって、
多孔質の前記酸化剤極用のガス流路形成部材において、酸化剤ガスが流れる下流を下流側領域と定義すると共に、前記酸化剤ガスが流れる上流を上流側領域と定義するとき、撥水剤の割合は、下流側領域よりも上流側領域で小さく設定されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【００８２】
撥水剤の割合が多いと、水の出し入れは容易でなくなる。撥水剤の割合は、下流側領域で相対的に大きく設定され、上流側領域で相対的に小さく設定されている。このため通水路の水をＭＥＡ側に透過させるのに有利となり、ＭＥＡの上流側領域での過剰乾燥の抑制に貢献できる。
（付記項２）イオン伝導性をもつ高分子電解質膜と、高分子電解質膜の片側に設けられ燃料が供給される燃料極と、高分子電解質膜の他の片側に設けられ酸化剤含有ガスが供給される酸化剤極と、燃料極の外側に設けられた燃料極用のガス流路形成部材と、酸化剤極の外側に設けられた酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材と、酸化剤極用のガス流路形成部材の外側に水が流れる通水路を形成する通水路形成部材と、通水路の水を吸引させて前記通水路に水を流す通水部とを具備する固体高分子型燃料電池であって、
酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、酸化剤ガスが流れる下流を下流側領域と定義すると共に、前記酸化剤ガスが流れる上流を上流側領域と定義するとき、撥水剤の割合は、下流側領域よりも上流側領域で大きく設定されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。撥水剤の割合が多いと、水の出し入れは容易でなくなる。撥水剤の割合は、上流側領域で相対的に多く設定され、下流側領域で相対的に少なく設定されている。このためＭＥＡの下流側領域における余剰水を通水路に吸引させるのに有利となり、下流側領域での余剰水の滞留を抑えるのに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】第１参考例に係る燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図２】第１参考例に係る細孔径及び気孔率の変化を模式的に示すグラフである。
【図３】第２参考例に係る細孔径及び気孔率の変化を模式的に示すグラフである。
【図４】第３参考例に係る燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図５】第４参考例に係る燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図６】第１実施例に係る燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図７】第１実施例に係る細孔径及び気孔率の変化を模式的に示すグラフである。
【図８】第２実施例に係る細孔径及び気孔率の変化を模式的に示すグラフである。
【図９】第３実施例に係る燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図１０】第４実施例に係る燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図１１】ガス流路形成部材の製造例１に係り、最終的に圧縮する前の状態のガス流路形成部材の概念を模式的に示す断面図である。
【図１２】ガス流路形成部材の製造例１に係り、最終的に圧縮した後の状態のガス流路形成部材の概念を模式的に示す断面図である。
【図１３】ガス流路形成部材の製造例２に係り、最終的に圧縮する前の状態のガス流路形成部材の概念を模式的に示す断面図である。
【図１４】ガス流路形成部材の製造例２に係り、最終的に圧縮した後の状態のガス流路形成部材の概念を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
図中、１はＭＥＡ、１１は高分子電解質膜、１２は燃料極、１５は酸化剤極、２は燃料極用のガス流路形成部材、３は酸化剤極用のガス流路形成部材、４１は第１通水路、４２は第２通水路、４９は通水部、５１は通水路形成部材、９１は上流側領域、９３は下流側領域、８は撥水剤を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン伝導性をもつ高分子電解質膜を有する固体高分子型燃料電池に関し、殊に、酸化剤極用のガス流路形成部材を多孔質とした固体高分子型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、エネルギや環境等において有利であるため、近年、開発が進められている。固体高分子型燃料電池は、イオン伝導性をもつ高分子電解質膜と、高分子電解質膜の片側に設けられ燃料が供給される燃料極と、高分子電解質膜の他の片側に設けられたる酸化剤極とをもつ。高分子電解質膜は、過剰に乾燥していると、イオン伝導性が低下するため、発電性能が充分に得られない。
【０００３】
そこで、従来、燃料電池に供給される前の酸化剤含有ガス、燃料含有ガスに水分を与え、水分を含む酸化剤含有ガス、燃料含有ガスを燃料電池に供給する方式が採用されている。
【０００４】
また、別の方式として、従来、燃料極及び酸化剤極のうちの少なくとも一方の外側に設けられているセパレータとも呼ばれるガス流路形成部材を多孔質とし、多孔質のガス流路形成部材の細孔を介して水、水蒸気を高分子電解質膜に供給する方式が採用されている（特許文献１〜特許文献３）。この方式によれば、多孔質のガス流路形成部材は多数の細孔を有しており、この細孔は、水、水蒸気を透過させ得るようにガス流路形成部材の厚み方向に連通する連通孔とされている。
【特許文献１】特開平６−３３８３３８号公報
【特許文献２】特許公報第２９２２１３２号
【特許文献３】特開平１−３０９２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した後者の方式を採用している固体高分子型燃料電池によれば、前述したように、セパレータとも呼ばれる多孔質のガス流路形成部材は多数の細孔を有している。この細孔は、水、水蒸気を透過させ得るようにガス流路形成部材の厚み方向に連通する連通孔とされている。ここで、細孔の径及び気孔率は、ガス流路形成部材の各部位において基本的には一様とされている。即ち、通水路と前記酸化剤極との間における水分透過性は、ガス流路形成部材の各部位において基本的には一様とされている。産業界では、上記した固体高分子型燃料電池の発電性能の更なる向上が要請されている。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、酸化剤極のうち下流側領域における余剰な水を通水路の側に効果的に吸引させることができ、故に酸化剤極のうち下流側領域における余剰水の滞留を抑制することができ、従って酸化剤極のガス流路が水で閉鎖されるフラッディング現象を抑制することができ、発電性能の更なる向上を図るのに有利な固体高分子型燃料電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る固体高分子型燃料電池は、イオン伝導性をもつ高分子電解質膜と、高分子電解質膜の片側に設けられ燃料が供給される燃料極と、高分子電解質膜の他の片側に設けられ酸化剤含有ガスが供給される酸化剤極と、燃料極の外側に設けられ燃料極用のガス流路形成部材と、酸化剤極の外側に設けられ連通孔となりうる細孔をもつ酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材と、酸化剤極用のガス流路形成部材の外側に水が流れる通水路を形成する通水路形成部材と、通水路の水を吸引させて通水路に水を流す通水部とを具備する固体高分子型燃料電池であって、
酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、
酸化剤ガスが流れる下流を下流側領域と定義すると共に、酸化剤ガスが流れる上流を上流側領域と定義するとき、
酸化剤極と通水路との間において液相状態の水および水蒸気のうちの少なくとも一つが透過する水分透過性は、上流側領域よりも下流側領域で大きく設定されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る固体高分子型燃料電池によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、通水路と酸化剤極との間における前記水分透過性は、下流側領域では上流側領域よりも大きく設定されている。このため酸化剤極のうち下流側領域における余剰な水を、通水路の側に効果的に吸引させることができる。故に酸化剤極のうち下流側領域における余剰水の滞留を抑制することができる。従って酸化剤極のガス流路が水で閉鎖されるフラッディング現象を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る固体高分子型燃料電池によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、通水路と酸化剤極との間における水分透過性は、下流側領域では上流側領域よりも、大きく設定されている。このため酸化剤極のうち下流側領域における余剰な水を通水路の側に効果的に吸引させることができる。故に酸化剤極のうち下流側領域における余剰水の滞留を抑制することができる。従って酸化剤極のガス流路が水で閉鎖されるフラッディング現象を抑制することができ、発電性能の向上に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る固体高分子型燃料電池の好ましい形態によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、平均細孔径及び気孔率のうちの少なくとも一方は、上流側領域よりも下流側領域では、大きく設定されている形態を採用することができる。これにより通水路と酸化剤極との間における水分透過性は、下流側領域では相対的に大きく設定され、上流側領域では相対的に小さく設定されている。この場合、酸化剤極の下流側領域に滞留している余剰水を、酸化剤極から通水路に向けて効果的に吸引させることができる。故に酸化剤極の下流側領域におけるフラッディング現象を抑制することができる。
【００１１】
好ましくは、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、平均細孔径及び気孔率のうちの少なくとも一方は、上流側領域において相対的に小さく設定されており、下流側領域において相対的に大きく設定されており、上流側領域から下流側領域にかけて、次第に大きくなるように設定されている形態を例示できる。
【００１２】
本発明に係る固体高分子型燃料電池によれば、水分透過性とは、液相状態の水、水蒸気のうちのうちの少なくとも一つの透過性を意味する。平均細孔径が相対的に大きいとは、多孔質のガス流路形成部材における全部の細孔のなかで細孔径が相対的に大きいことを意味し、平均細孔径１０〜１０００μｍの範囲内を例示できる。平均細孔径が相対的に小さいとは、多孔質のガス流路形成部材における全部の細孔のなかで細孔径が相対的に小さいことを意味し、平均細孔径０．１〜１０μｍ未満の範囲内を例示できる。なお細孔の大部分は連通孔であり、ガス流路形成部材に水分透過性を与える。
【００１３】
気孔率が相対的に大きいとは、多孔質のガス流路形成部材において気孔率が相対的に大きいことを意味し、気孔率４０〜９５％の範囲内を例示できる。気孔率が相対的に小さいとは、多孔質のガス流路形成部材において気孔率が相対的に小さいことを意味し、気孔率０．１〜４０％未満の範囲内を例示できる。但し、平均細孔径及び気孔率としては、上記した範囲に限定されるものではない。
【００１４】
本発明に係る固体高分子型燃料電池によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、単位体積当たりにおける撥水剤の割合は、下流側領域よりも上流側領域で大きく設定されている形態を採用することができる。撥水剤の割合が多いと、水の出し入れは容易でなくなる。上記の形態では、撥水剤の割合は、上流側領域で相対的に多く設定され、下流側領域で相対的に少なく設定されている。このためＭＥＡの下流側領域における余剰水を通水路に吸引させるのに有利となり、下流側領域での余剰水の滞留を抑制するのに一層貢献することができる。撥水剤としては、多孔質のガス流路形成部材の表面及び／または細孔内に設けることができる。
【実施例】
【００１５】
まず、実施例の説明に先立って、第１参考例から説明する。
【００１６】
以下、本発明の本参考例の概念について図１及び図２を参照して説明する。図１は本参考例に係る固体高分子型燃料電池の概念を模式化して示す。本参考例に係る固体高分子型燃料電池は、第１通水路４１に水を圧送させる方式を採用している。ＭＥＡ１（膜・電極接合体）は、プロトン伝導性をもつ高分子電解質材料で形成された高分子電解質膜１１と、高分子電解質膜１１の厚み方向の片側に設けられ燃料が供給される燃料極１２と、高分子電解質膜１１の厚み方向の他の片側に設けられ酸化剤含有ガス（一般的には空気）が供給される多孔質でありガス透過性をもつ酸化剤極１５とを有する。
【００１７】
酸化剤極１５は、多孔質でありガス透過性及び導電性をもつようにカーボン繊維などのカーボン材料で形成された第１ガス拡散層１６と、高分子電解質膜１１側に形成された第１触媒層１７とで形成されている。燃料極１２は、多孔質でありガス透過性及び導電性をもつようにカーボン繊維などのカーボン材料で形成された第２ガス拡散層１３と、高分子電解質膜１１側に形成された第２触媒層１４とで形成されている。第１触媒層１７及び第２触媒層１４は、白金等の触媒金属を担持したカーボン微粒子の集合体と、プロトン伝導性をもつ電解質ポリマーとを主要成分として形成されている。
【００１８】
そして図１に示すように、燃料極１２の厚み方向の外側には、燃料極用のガス流路形成部材２が設けられている。燃料極用のガス流路形成部材２は、セパレータとも呼ばれるものであり、緻密体で形成されている。燃料極用のガス流路形成部材２は、耐食性及び導電性を有する材料（一般的にはカーボン材料）で形成されており、燃料極１２の第２ガス拡散層１３に供給される燃料ガスが流れる溝状のガス流路２１をもつ。
【００１９】
酸化剤極１５の厚み方向の外側には、連通孔となり得る多数の細孔をもつ酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３が設けられている。図１に示すガス流路形成部材３では細孔は○として模式化されている。ガス流路形成部材３では細孔は連通しており、ガス流路形成部材３の厚み方向に水分透過性を有する。酸化剤極用のガス流路形成部材３は、セパレータとも呼ばれるものであり、耐食性及び導電性を有する材料（一般的にはカーボン材料）で形成されており、酸化剤極１５の第１ガス拡散層１６に供給される酸化剤含有ガス（一般的には空気）が流れる溝状のガス流路３１をもつ。図１に示すように、燃料極１２と酸化剤極１５とは、導電経路６０及び負荷６１を経て電気的に接続されている。
【００２０】
酸化剤極用のガス流路形成部材３において、酸化剤含有ガスが流れる上流側を上流側領域９１と定義すると共に、酸化剤含有ガスが流れる下流側を下流側領域９３と定義する。酸化剤極用のガス流路形成部材３の厚み方向の外側には、給水源４０から供給された冷却用及び加湿用の水が流れる第１通水路４１を形成する仕切板状の第１通水路形成部材５１が設けられている。第１通水路４１は給水口４３と吐水口４４とをもつ。
【００２１】
更に、給水源４０からの水を第１通水路４１に圧送させて通水させる通水部４９が設けられている。通水部４９は例えばポンプで形成できる。通水部４９は、第１通水路４１の給水口４３の上流側に設けられており、第１通水路４１に水を圧送させ、第１通水路４１の給水口４３から吐水口４４に向けて通水させる。第１通水路４１における水の圧力Ｐｍは絶対圧で１ａｔｍを越えており、酸化剤含有ガス（一般的には空気）が流れる溝状のガス流路３１における圧力Ｐ１よりも大きく設定されている（Ｐｍ＞Ｐ１）。基本的にはＰｍとＰ１との差圧により、第１通水路４１の水をＭＥＡ１の酸化剤極１５の側に矢印Ｍ１方向に向けて補給することができる。
【００２２】
さて本参考例によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３の平均細孔径及び気孔率については、酸化剤含有ガス（一般的には空気）が流れる方向に沿って変化するように設定されている。即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３において、平均細孔径及び気孔率の双方は、上流側領域９１では下流側領域９３よりも大きく設定されている。
【００２３】
具体的には、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３において、平均細孔径及び気孔率の双方は、上流側領域９１において相対的に大きく設定されており、下流側領域９３において相対的に小さく設定されている。即ち、図２において特性線Ａ１は細孔径を示し、特性線Ａ２は気孔率を示す。図２の特性線Ａ１,Ａ２に示すように、上流側領域９１から下流側領域９３にかけて次第に連続的に且つ傾斜的に小さくなるように設定されている。上記した結果、第１通水路４１と酸化剤極１５との間における水分透過性は、上流側領域９１で相対的に大きく、下流側領域９３で相対的に小さくされている。
【００２４】
なお、平均細孔径が相対的に大きいとは、平均細孔径１０〜１０００μｍの範囲内を例示できる。平均細孔径が相対的に小さいとは、平均細孔径０．１〜１０μｍの範囲内を例示できる。気孔率が相対的に大きいとは、気孔率４０〜９５％の範囲内を例示できる。気孔率が相対的に小さいとは、気孔率０．１〜４０％未満の範囲内を例示できる。但し、細孔径及び気孔率としては上記した値に限定されるものではない。
【００２５】
燃料電池を運転する際には、酸化剤含有ガス（一般的には空気）が搬送源６８により酸化剤極用のガス流路形成部材３の溝状のガス流路３１に供給される。この酸化剤含有ガスは溝状のガス流路３１から酸化剤極１５の第１ガス拡散層１６，第１触媒層１７に流入する。更に、燃料ガス（水素含有ガス）が搬送源６９により燃料極用のガス流路形成部材２の溝状のガス流路２１に供給される。燃料ガスは、ガス流路２１から燃料極１２の第２ガス拡散層１３及び第２触媒層１４に流入する。そして、第２触媒層１４の触媒作用により、燃料ガスの水素からプロトン（水素イオン）と電子（ｅ−）とが生成される。生成されたプロトンは、高分子電解質膜１１を厚み方向に透過して酸化剤極１５に至る。電子は導電経路６０を流れ、導電経路６０の負荷６１で電気的仕事を行った後に、酸化剤極１５に至る。そして酸化剤極１５では、酸化剤極１５の第１触媒層１７の触媒作用により、酸化剤極１５に供給された酸化剤含有ガス（一般的に空気）とプロトンと電子とが反応して水が生成される。このような発電反応により熱が発生するが、給水源４０からの水が通水部４９により第１通水路４１に通水されるため、燃料電池は冷却される。
【００２６】
上記した発電反応が発現されるＭＥＡ１では、酸化剤含有ガスの上流側領域９１よりも下流側領域９３の方が生成水が相対的に多くなる傾向となる。従ってこのようなＭＥＡ１では、一般的には、相対湿度は上流側領域９１では相対的に低くなり、下流側領域９３では相対的に高くなる。上記したＭＥＡ１では、上流側領域９１では乾燥が生じることがあり、下流側領域９３では余剰水が滞留することがある。
【００２７】
この点本参考例によれば、第１通水路４１と酸化剤極１５との間における水分透過性は、上流側領域９１では相対的に大きく設定されていると共に、下流側領域９３では相対的に小さく設定されている。即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３における平均細孔径及び気孔率の双方は、上流側領域９１では相対的に大きく設定されていると共に、下流側領域９３では相対的に小さく設定されている。このため第１通水路４１に水が圧送されて通水されるとき、第１通水路４１の水は、平均細孔径及び気孔率が大きな上流側領域９１では、下流側領域９３よりもＭＥＡ１の酸化剤極１５側に相対的に矢印Ｍ１方向に向けて透過し易くなる。この結果、乾燥しがちの上流側領域９１において、酸化剤極１５に対する加湿量を相対的に大きくすることができ、ひいては乾燥しがちの上流側領域９１における過剰乾燥を抑制できる。
【００２８】
これに対して、上記した発電反応に基づいて水分が余剰になりがちな下流側領域９３では、ＭＥＡ１の高分子電解質膜１１に対する加湿量を上流側領域９１よりも相対的に小さくすることができる。これにより水分が余剰になりがちな下流側領域９３におけるフラッディング現象を抑制することができる。この結果、固体高分子型燃料電池の発電性能を向上させるのに貢献できる。フラッディング現象とは、ガスが通過するガス流路が余剰の水で閉鎖され、ガス流路の流路面積が低下することを意味する。フラッディング現象が発生すると、充分な発電性能を得るには不利となる。
【００２９】
（第２参考例）
第２参考例は第１参考例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、第１参考例と相違する部分を中心として説明する。本参考例によれば、図３の特性線Ａ１，Ａ２に示すように、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３において、平均細孔径及び気孔率の双方は、上流側領域９１において相対的に大きく設定されており、且つ、下流側領域９３において相対的に小さく設定されている。ここで、図３の特性線Ａ１，Ａ２に示すように、平均細孔径及び気孔率の双方は、上流側領域９１から下流側領域９３にかけて不連続的に変化している。
【００３０】
（第３参考例）
図４は第３参考例の概念を模式的に示す。第３参考例は第１参考例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、第１参考例と相違する部分を中心として説明する。本参考例によれば、図４に示すように、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｂにおいて各細孔の平均細孔径は、基本的にはほぼ同一とされており、約５〜１０μｍを例示することができる。
【００３１】
酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂにおける気孔率については、酸化剤含有ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｂにおける気孔率は、上流側領域９１では下流側領域９３よりも大きく設定されている。
【００３２】
この結果、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｂにおいて、第１通水路４１と酸化剤極１５との間における水分透過性は、上流側領域９１において相対的に大きく設定されており、且つ、下流側領域９３において相対的に小さく設定されている。
【００３３】
本参考例によれば、燃料極用のガス流路形成部材２Ｂは緻密体ではなく、多数の細孔をもつ多孔質体で形成されている。燃料極用のガス流路形成部材２Ｂにおいて、燃料ガスが流れる上流側を上流側領域９１Ｘと定義すると共に、燃料ガスが流れる下流側を下流側領域９３Ｘと定義する。
【００３４】
図４に示すガス流路形成部材３Ｂ及びガス流路形成部材２Ｂでは、細孔は○として模式化されている。ガス流路形成部材３Ｂ及びガス流路形成部材２Ｂでは細孔は連通しており、ガス流路形成部材３Ｂ及びガス流路形成部材２Ｂはそれぞれ厚み方向に水分透過性を有する。
【００３５】
図４に示すように、燃料極用のガス流路形成部材２Ｂの外側には、第２通水路４２を形成する第２通水路形成部材５２が設けられている。第２通水路４２は給水口４３，吐水口４４をもつ。第２通水路４２には、第１通水路４１と同様に、給水源４０からの水が通水部４９の作動により圧送されて流れる。
【００３６】
燃料極用のガス流路形成部材２Ｂにおける気孔率については、燃料ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。即ち、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｂにおける気孔率は、上流側領域９１Ｘでは下流側領域９３Ｘよりも大きく設定されている。具体的には、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｂにおける気孔率は、上流側領域９１Ｘにおいて相対的に大きく設定されており、下流側領域９３Ｘにおいて相対的に小さく設定されている。従って第２通水路４２と燃料極１２との間における水分透過性は、上流側領域９１Ｘでは相対的に大きく、下流側領域９３Ｘでは相対的に小さく設定されている。
【００３７】
以上説明したように本参考例によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｂについては、気孔率は、上流側領域９１では相対的に大きく設定されていると共に、下流側領域９３では相対的に小さく設定されている。同様に、燃料極用のガス流路形成部材２Ｂについては、気孔率は、上流側領域９１Ｘでは相対的に大きく設定されていると共に、下流側領域９３Ｘでは相対的に小さく設定されている。
【００３８】
このため第１通水路４１及び第２通水路４２に水が圧送されて通水されるとき、第１通水路４１及び第２通水路４２の水は、気孔率が大きな上流側領域９１，９１Ｘでは、下流側領域９３，９３ＸよりもＭＥＡ１側に矢印Ｍ１方向に向けて相対的に透過し易くなる。この結果、乾燥しがちの上流側領域９１,９１Ｘにおいて、ＭＥＡ１に対する加湿量を相対的に大きくすることができる。更に、水が余剰になりがちの下流側領域９３,９３Ｘにおいて、ＭＥＡ１に対する加湿量を相対的に小さくすることができる。
【００３９】
（第４参考例）
図５は第４参考例の概念を模式的に示す。第４参考例は、図４に示す第３参考例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、図４に示す第３参考例と相違する部分を中心として説明する。図５に示すガス流路形成部材３Ｂ及びガス流路形成部材２Ｂでは、細孔は○として模式化されている。ガス流路形成部材３Ｂ及びガス流路形成部材２Ｂでは細孔は連通しており、ガス流路形成部材３Ｂ及びガス流路形成部材２Ｂはそれぞれ厚み方向に透過性を有する。
【００４０】
本参考例によれば、酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂの表面及び細孔の表面には、撥水剤８が付設されている。図５は撥水剤８の強さを模式化して図示しており、撥水剤８の厚みを示すものではない。撥水剤８としては、パーフルオロカーボン、フルオロカーボン等を例示できる。酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂにおいて、単位体積当たりの撥水剤８の割合が多いと、水がはじかれるため、ＭＥＡ１に対する水の出し入れがしにくくになる。また、撥水剤８の割合が少ないか、あるいは撥水剤８が存在しなければ、撥水剤８の割合が多い場合に比較して、ＭＥＡ１に対する水の出し入れが容易となる。
【００４１】
本参考例によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｂにおける撥水剤８の割合については、酸化剤ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｂにおける撥水剤８の割合としては、上流側領域９１では無しか下流側領域９３よりも少なく設定されている。具体的には、酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂにおける撥水剤８の割合は、上流側領域９１において相対的に小さく設定されており（撥水剤が無しを含む）、且つ、下流側領域９３において相対的に大きく設定されている。このため、第１通水路４１と酸化剤極１５との間における水分透過性は、酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂにおいて、上流側領域９１では相対的に大きく設定されており、且つ、下流側領域９３では相対的に小さく設定されている。
【００４２】
また図５に示すように、燃料極用のガス流路形成部材２Ｂの表面には、撥水剤８が付設されている。多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｂにおける撥水剤８の割合については、燃料ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。即ち、燃料極用の多孔質のガス流路形成部材２Ｂにおける撥水剤８の割合としては、上流側領域９１Ｘでは無しか下流側領域９３Ｘよりも少なく設定されている。具体的には、酸化剤極用のガス流路形成部材２Ｂにおける撥水剤８の割合は、上流側領域９１Ｘにおいて相対的に小さく設定されており、且つ、下流側領域９３Ｘにおいて相対的に大きく設定されている。このため、第２通水路４２と燃料極１２との間における水分透過性は、燃料極用のガス流路形成部材２Ｂにおいて、上流側領域９１Ｘでは相対的に大きく設定されており、且つ、下流側領域９３Ｘでは相対的に小さく設定されている。
【００４３】
このような本参考例によれば、通水部４９の作動により第１通水路４１及び第２通水路４２に水が圧送されて通水されるとき、第１通水路４１及び第２通水路４２の水は、撥水剤８の割合が無しか相対的に少ない上流側領域９１,９１Ｘでは、撥水剤８の割合が相対的に多い下流側領域９３,９３Ｘよりも、ＭＥＡ１に向けて矢印Ｍ１方向に相対的に透過し易くなる。この結果、上流側領域９１,９１Ｘにおける加湿量を大きくでき、上流側領域９１,９１Ｘにおける過剰乾燥を抑制できる。
【００４４】
上記したように酸化剤含有ガス、燃料ガスが流れる方向に沿って撥水剤８の割合を変化させるにあたり、例えば、撥水剤８を酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂ、燃料極用のガス流路形成部材２Ｂの表面に付設させる際に、ガス流路形成部材３Ｂ、ガス流路形成部材２Ｂをマスキング部材で覆い、マスキング部材を相対移動させることにより、マスキング時間を可変とさせることにより行い得る。
【００４５】
なお場合によっては、図５に示す実施例において、ガス流路形成部材３Ｂに付設される撥水剤８、ガス流路形成部材２Ｂに付設される撥水剤８のいずれかを廃止することもできる。
【００４６】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例の概念について図６を参照して説明する。本実施例に係る固体高分子型燃料電池は、第１通水路４１の水を吸引させることにより第１通水路４１に水を流す方式である。本実施例に係るＭＥＡ１は、プロトン伝導性をもつ高分子材料で形成された高分子電解質膜１１と、高分子電解質膜１１の厚み方向の片側に設けられ燃料が供給される燃料極１２と、高分子電解質膜１１の厚み方向の他の片側に設けられ酸化剤含有ガス（一般的には空気）が供給される多孔質でありガス透過性をもつ酸化剤極１５とを有する。
【００４７】
酸化剤極１５は、多孔質でありガス透過性をもつようにカーボン材料で形成された第１ガス拡散層１６と、高分子電解質膜１１側に形成された第１触媒層１７とで形成されている。燃料極１２は、多孔質でありガス透過性をもつようにカーボン材料で形成された第２ガス拡散層１３と、高分子電解質膜１１側に形成された第２触媒層１４とで形成されている。
【００４８】
そして、第１参考例と同様に、燃料極１２の厚み方向の外側には、燃料極用のガス流路形成部材２が設けられている。燃料極用のガス流路形成部材２はセパレータとも呼ばれるものであり、多孔質体ではなく、緻密体で形成されている。燃料極用のガス流路形成部材２は、耐食性及び導電性を有する材料（一般的にはカーボン材料）で形成されており、燃料極１２の第２ガス拡散層１３に供給される燃料ガスが流れる溝状のガス流路２１をもつ。
【００４９】
図６に示すように、酸化剤極１５の厚み方向の外側には、多数の細孔をもつ酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅが設けられている。図６に示すガス流路形成部材３Ｅでは細孔は○として模式化されている。ガス流路形成部材３Ｅでは細孔は連通しており、ガス流路形成部材３Ｅは厚み方向に透過性を有する。
【００５０】
酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｅは、セパレータとも呼ばれるものであり、耐食性及び導電性を有する材料（一般的にはカーボン材料）で形成されており、酸化剤極１５の第１ガス拡散層１６に供給される酸化剤含有ガス（一般的には空気）が流れる溝状のガス流路３１をもつ。酸化剤極１５と燃料極１２とは、導電経路６０及び負荷６１を経て電気的に接続されている。
【００５１】
図６に示すように、酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｅの厚み方向の外側には、冷却用及び加湿用の水が流れる第１通水路４１を形成する仕切板状の第１通水路形成部材５１が設けられている。
【００５２】
更に、第１通水路４１に水を通水させる通水部４９Ｅが設けられている。通水部４９Ｅは、第１通水路４１の下流側に設けられており、第１通水路４１の水を矢印Ｗ２方向に吸引させることにより、第１通水路４１の給水口４３から吐水口４４に向けて通水させる。通水部４９Ｅは吸引ポンプで形成できる。第１通水路４１における水の圧力Ｐｍは絶対圧で１ａｔｍ未満であり、酸化剤含有ガス（一般的には空気）が流れる溝状のガス流路３１における圧力Ｐ１よりも小さく設定されている（Ｐｍ＜Ｐ１）。基本的にはＰｍとＰ１との差圧により、ＭＥＡ１の酸化剤極１５に滞留している余剰の水を第１通水路４１に矢印Ｍ２方向に吸引することができる。
【００５３】
さて本実施例によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅにおける平均細孔径及び気孔率については、酸化剤含有ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅにおける平均細孔径及び気孔率の双方は、下流側領域９３では上流側領域９１よりも大きく設定されている。具体的には、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅにおける平均細孔径及び気孔率の双方は、下流側領域９３において相対的に大きく設定されており、上流側領域９１において相対的に小さく設定されており、そして、図７の特性線Ｅ１，Ｅ２に示すように、上流側領域９１から下流側領域９３にかけて次第に連続的に且つ傾斜的に大きくなるように設定されている。図７において特性線Ｅ１は細孔径を示し、特性線Ｅ２は気孔率を示す。
【００５４】
この結果、第１通水路４１と酸化剤極１５との間における水分透過性は、下流側領域９３において相対的に大きく設定されており、上流側領域９１において相対的に小さく設定されている。
【００５５】
燃料電池を運転する際には、第１実施例と同様に、燃料ガス（水素含有ガス）が搬送源６９により溝状のガス流路２１に供給されると共に、酸化剤含有ガス（一般的には空気）が搬送源６８により溝状のガス流路３１に供給される。燃料ガスは溝状のガス流路２１から燃料極１２の第２ガス拡散層１３に至り、更に燃料極１２に含有されている第２触媒層１４の触媒作用により、燃料ガスに含まれている水素からプロトン（水素イオン）と電子（ｅ−）とが生成される。プロトンは高分子電解質膜１１を厚み方向に透過して酸化剤極１５に至る。電子は導電経路６０を流れる。電子は導電経路６０の負荷６１で電気的仕事を行った後に、酸化剤極１５に至る。そして酸化剤極１５では、酸化剤極１５の第１触媒層１７の触媒作用により、酸化剤極１５に供給された酸化剤含有ガス（一般的に空気）とプロトンと電子とが反応して水が生成される。このような発電反応が発現されるＭＥＡ１では、酸化剤含有ガスの上流側領域９１よりも下流側領域９３の方が生成水が相対的に多くなる。従ってこのようなＭＥＡ１では、相対湿度は上流側領域９１では相対的に低くなり、下流側領域９３では相対的に高くなる。
【００５６】
この点本実施例によれば、前述したように、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅについては、平均細孔径及び気孔率の双方は、上流側領域９１では相対的に小さく設定されていると共に、下流側領域９３では相対的に大きく設定されている。即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅにおいて、平均細孔径及び気孔率の双方は下流側領域９３において相対的に大きく設定されており、上流側領域９１において相対的に小さく設定されており、図７の特性線Ｅ１，Ｅ２に示すように、上流側領域９１から下流側領域９３にかけて次第に連続的に且つ傾斜的に大きくなるように設定されている。
【００５７】
このため本実施例によれば、図６から理解できるように、給水源４０から供給された水が第１通水路４１において矢印Ｗ２方向へ吸引されるとき、酸化剤極１５の下流側領域９３に溜まっている余剰の水は、上流側領域９１よりも相対的に第１通水路４１側に矢印Ｍ２方向に吸引され易くなる。これにより水分が余剰になりがちな下流側領域９３における余剰水が吸引除去され、ひいては下流側領域９３におけるフラッディング現象を抑制することができる。この結果、固体高分子型燃料電池の発電性能を向上させるのに貢献できる。
【００５８】
（第２実施例）
図８は第２実施例の概念を模式的に示す。本実施例は、図６に示す第１実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、図６に示す実施例と相違する部分を中心として説明する。本実施例によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｅにおいて、気孔率は下流側領域９３では相対的に大きく設定されており、上流側領域９１では相対的に小さく設定されている。そして、図８の特性線Ｅ１に示すように、細孔径は、上流側領域９１から下流側領域９３にかけて不連続的に大きくなるように設定されている。また図８の特性線Ｅ２に示すように、気孔率は、上流側領域９１から下流側領域９３にかけて不連続的に大きくなるように設定されている。
【００５９】
（第３実施例）
図９は第３実施例の概念を模式的に示す。本実施例は図６に示す実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、図６に示す実施例と相違する部分を中心として説明する。図９に示すガス流路形成部材３Ｆ,２Ｆでは細孔は○として模式化されている。ガス流路形成部材３Ｆ,２Ｆでは細孔は連通しており、ガス流路形成部材３Ｆ,２Ｆは厚み方向に水分透過性を有する。本実施例によれば、図９に示すように、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｆにおいて平均細孔径は基本的には均一とされている。但し、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｆにおける第１通水路４１と酸化剤極１５との間における水分透過性、具体的には気孔率としては、下流側領域９３では相対的に大きく設定されており、上流側領域９１では相対的に小さく設定されている。
【００６０】
本実施例によれば、図９から明らかなように、燃料極用のガス流路形成部材２Ｆは緻密体ではなく、多数の細孔を有する多孔質体で形成されている。この燃料極用のガス流路形成部材２Ｆにおける第１通水路４１と燃料極１２との間における水分透過性、即ち、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｆにおける気孔率は、下流側領域９３Ｘでは上流側領域９１Ｘよりも大きく設定されている。
【００６１】
具体的には、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｆにおいて、気孔率は上流側領域９１Ｘにおいて相対的に小さく設定されており、下流側領域９３Ｘにおいて相対的に大きく設定されている。即ち、燃料極用のガス流路形成部材２Ｆの気孔率は、上流側領域９１Ｘから下流側領域９３Ｘにかけて次第に連続的に且つ傾斜的に大きくなるように設定されている。
【００６２】
燃料極用のガス流路形成部材２Ｆの外側には、第２通水路４２を形成する第２通水路形成部材５２が設けられている。第２通水路４２は給水口４３及び吐水口４４わ有する。通水部４９Ｆの吸引作動により、第１通水路４１と同様に、第２通水路４２には給水源４０からの冷却用の水が吸引されて流れる。
【００６３】
本実施例によれば、図９に示すように、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｆについては、気孔率は、上流側領域９１では相対的に小さく設定されていると共に、下流側領域９３では相対的に大きく設定されている。同様に、燃料極用のガス流路形成部材２Ｆについては、気孔率は、上流側領域９１Ｘでは相対的に小さく設定されていると共に、下流側領域９３Ｘでは相対的に大きく設定されている。
【００６４】
このため、第２通水部４９Ｆの吸引作動により、給水源４０からの水が第１通水路４１及び第２通水路４２に吸引されて流れるとき、ＭＥＡ１側に滞留していた余剰の水は、平均細孔径及び気孔率が大きな下流側領域９３,９３Ｘでは上流側領域９１,９１Ｘよりも、第１通水路４１及び第２通水路４２の側に矢印Ｍ２方向に吸引され易くなる。この結果、余剰水が滞留しがちの下流側領域９３,９３Ｘにおいて、余剰水の吸引除去量を相対的に大きくすることができ、下流側領域９３,９３Ｘにおけるフラッディング現象を抑制するのに貢献できる。
【００６５】
（第４実施例）
図１０は第４実施例の概念を模式的に示す。本実施例は図９に示す実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、図９に示す実施例と相違する部分を中心として説明する。図１０に示すガス流路形成部材３Ｆ,２Ｆでは細孔は○として模式化されている。ガス流路形成部材３Ｆ,２Ｆでは細孔は連通しており、ガス流路形成部材３Ｆ,２Ｆは厚み方向に水分透過性を有する。
【００６６】
本実施例によれば、図１０に示すように、酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｆの表面及び細孔の内壁面には撥水剤８が付設されている。燃料極用のガス流路形成部材２Ｆの表面及び細孔の内壁面にも撥水剤８が付設されている。図１０は撥水剤８の強さを模式化して図示しており、撥水剤８の厚みを示すものではない。酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｆ及び燃料極用のガス流路形成部材２Ｆの単位体積当たりにおいて、撥水剤８の割合が多いと、水がはじかれるため、ＭＥＡ１に対する水の出し入れがしにくくになる。また、撥水剤８の割合が少ないか、あるいは撥水剤が存在しなければ、撥水剤８の割合が多い場合に比較して、ＭＥＡ１に対する水の出し入れが容易となる。
【００６７】
本実施例によれば、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｆにおける撥水剤８の割合については、酸化剤含有ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。同様に、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｆにおける撥水剤８の割合については、燃料ガスが流れる方向に沿って変化するように設定されている。
【００６８】
即ち、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３Ｆにおける撥水剤８の割合としては、下流側領域９３では無しか上流側領域９１よりも相対的に少なく設定されている。また多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２Ｆにおける撥水剤８の割合としては、下流側領域９３Ｘでは無しか上流側領域９１Ｘよりも相対的に少なく設定されている。
【００６９】
このため、通水部４９Ｆの吸引作動により、給水源４０からの水が第１通水路４１及び第２通水路４２に吸引されて通水されるとき、ＭＥＡ１側に滞留していた余剰の水は、撥水剤８の割合が相対的に少ない下流側領域９３,９３Ｘでは、第１通水路４１及び第２通水路４２に向けて矢印Ｍ２方向に吸い出されやすくなる。故に、下流側領域９３,９３Ｘにおける余剰水の滞留を抑制することができる。これにより余剰水が滞留しがちな下流側領域９３．９３Ｘにおけるフラッディング現象を抑制することができる。この結果、固体高分子型燃料電池の発電性能を向上させるのに貢献できる。
【００７０】
（製造例１）
図１１及び図１２は、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３となり得る製造例１に係る多孔質体２００の断面を模式的に示す。製造例１によれば、第１工程において、図１１に示すように、一端２０１側を厚肉で他端２０３側を薄肉とした多孔質体２００を製造する。多孔質体２００は多数の細孔を有する。細孔は、気化可能な昇華物質、消失可能な焼失物質等の適度なサイズの消失物質を用い、消失物質を埋設した後に、昇華、焼失等により消失物質を消失させることにより形成できる。第１工程を経た多質体２００において、平均細孔径及び気孔率は、これの一端２０１側から他端２０３側にかけて基本的には同一である。
【００７１】
次に第２工程において、プレス型１００によるプレス加圧に基づいて、多孔質体２００をこれの厚み方向に圧縮させる。図１２に示すように、プレス型１００で圧縮された後の多孔質体２００によれば、一端２０１側から他端２０３側にかけて厚みは基本的には同一である。
【００７２】
圧縮後の多孔質体２００によれば、一端２０１側は圧縮率が高く、他端２０３側は圧縮率が低く設定されている。この結果、圧縮後の多孔質体２００によれば、一端２０１側の密度は高くなり、他端２０３側の密度は低くなる。従って、一端２０１側における平均細孔径及び気孔率は相対的に小さく設定されていると共に、他端２０３側における平均細孔径及び気孔率は相対的に大きく設定されている。
【００７３】
図１に示す例に係る酸化剤極用のガス流路形成部材３に製造例１に係る多孔質体２００を適用する場合には、圧縮後の多孔質体２００のうち平均細孔径及び気孔率が小さく設定されているため密度が相対的に高い一端２０１側を、酸化剤極用のガス流路形成部材３の下流側領域９３に設定することができる。また、平均細孔径及び気孔率が大きく設定されているため密度が相対的に低い他端２０３側を、酸化剤極用のガス流路形成部材３の上流側領域９１に設定することができる。
【００７４】
また図６に示す実施例に係る酸化剤極用のガス流路形成部材３に製造例１に係る多孔質体２００を適用する場合には、圧縮後の多孔質体２００のうち平均細孔径及び気孔率が相対的に小さく設定されているため密度が相対的に高い一端２０１側を、酸化剤極用のガス流路形成部材３の上流側領域９１に設定することができる。また、平均細孔径及び気孔率が相対的に大きく設定されているため密度が相対的に低い他端２０３側を、酸化剤極用のガス流路形成部材３の下流側領域９３に設定することができる。なお、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２についても同様にできる。
【００７５】
（製造例２）
図１３及び図１４は、酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３となり得る製造例２に係る多孔質体３００の断面を模式的に示す。製造例２によれば、第１工程において、図１３に示すように、一端３０１側から他端３０３側にかけて厚みが基本的に同一の多孔質体３００を製造する。多孔質体３００は多数の細孔を有する。この多孔質体３００において、平均細孔径及び気孔率は、これの一端３０１側では小さく設定されており、他端３０３側では大きく設定されている。
【００７６】
次に第２工程において、図１４に示すように、プレス型１００によるプレス加圧に基づいて、多孔質体３００をこれの厚み方向に圧縮させる。圧縮後の多孔質体３００によれば、一端３０１側における平均細孔径及び気孔率は小さく設定されていると共に、他端３０３側における平均細孔径及び気孔率は大きく設定されている。
【００７７】
図１に示す参考例に係る酸化剤極用のガス流路形成部材３に製造例２に係る多孔質体３００を適用する場合には、圧縮後の多孔質体３００のうち平均細孔径及び気孔率が小さく設定されている一端３０１側を、酸化剤極用のガス流路形成部材３の下流側領域９３に設定することができる。また、平均細孔径及び気孔率が大きく設定されている他端３０３側を酸化剤極用のガス流路形成部材３の上流側領域９１に設定することができる。
【００７８】
また図６に示す実施例に係る酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂに製造例２に係る多孔質体３００を適用する場合には、圧縮後の多孔質体３００のうち平均細孔径及び気孔率が相対的に小さく設定されている一端３０１側を酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂの下流側領域９３に設定することができる。また、平均細孔径及び気孔率が相対的に大きく設定されている他端３０３側を酸化剤極用のガス流路形成部材３Ｂの上流側領域９１に設定することができる。なお、多孔質の燃料極用のガス流路形成部材２についても同様にできる。
【００７９】
（製造例３）
酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材３となり得る多孔質体は、次のようにも形成できる。気化可能な昇華物質、消失可能な焼失物質等の適度なサイズの消失物質を用い、消失物質を埋設した母体を形成する母体形成工程と、昇華、焼失等により消失物質を母体から消失させて多孔質体を形成する多孔化工程とを順に実施して形成することができる。母体において消失物質の消失跡が細孔となる。母体形成工程において、母体に埋設される消失物質のサイズ及び埋設量のうちのうちの少なくとも一方を母体の一端から他端にかけて変化させることにより、多孔質体における細孔径及び気孔率のうちの少なくとも一方を変化させることができる。
【００８０】
（その他）第１触媒層１７、第２触媒層１４は高分子電解質膜１１の表裏に積層されていても良い。その他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【００８１】
上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）イオン伝導性をもつ高分子電解質膜と、高分子電解質膜の片側に設けられ燃料が供給される燃料極と、高分子電解質膜の他の片側に設けられ酸化剤含有ガスが供給される酸化剤極と、燃料極の外側に設けられた燃料極用のガス流路形成部材と、酸化剤極の外側に設けられた酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材と、酸化剤極用のガス流路形成部材の外側に水が流れる通水路を形成する通水路形成部材と、水を通水路に圧送させて通水路に水を流す通水部とを具備する固体高分子型燃料電池であって、
多孔質の前記酸化剤極用のガス流路形成部材において、酸化剤ガスが流れる下流を下流側領域と定義すると共に、前記酸化剤ガスが流れる上流を上流側領域と定義するとき、撥水剤の割合は、下流側領域よりも上流側領域で小さく設定されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【００８２】
撥水剤の割合が多いと、水の出し入れは容易でなくなる。撥水剤の割合は、下流側領域で相対的に大きく設定され、上流側領域で相対的に小さく設定されている。このため通水路の水をＭＥＡ側に透過させるのに有利となり、ＭＥＡの上流側領域での過剰乾燥の抑制に貢献できる。
（付記項２）イオン伝導性をもつ高分子電解質膜と、高分子電解質膜の片側に設けられ燃料が供給される燃料極と、高分子電解質膜の他の片側に設けられ酸化剤含有ガスが供給される酸化剤極と、燃料極の外側に設けられた燃料極用のガス流路形成部材と、酸化剤極の外側に設けられた酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材と、酸化剤極用のガス流路形成部材の外側に水が流れる通水路を形成する通水路形成部材と、通水路の水を吸引させて前記通水路に水を流す通水部とを具備する固体高分子型燃料電池であって、
酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、酸化剤ガスが流れる下流を下流側領域と定義すると共に、前記酸化剤ガスが流れる上流を上流側領域と定義するとき、撥水剤の割合は、下流側領域よりも上流側領域で大きく設定されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。撥水剤の割合が多いと、水の出し入れは容易でなくなる。撥水剤の割合は、上流側領域で相対的に多く設定され、下流側領域で相対的に少なく設定されている。このためＭＥＡの下流側領域における余剰水を通水路に吸引させるのに有利となり、下流側領域での余剰水の滞留を抑えるのに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】第１参考例に係る燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図２】第１参考例に係る細孔径及び気孔率の変化を模式的に示すグラフである。
【図３】第２参考例に係る細孔径及び気孔率の変化を模式的に示すグラフである。
【図４】第３参考例に係る燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図５】第４参考例に係る燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図６】第１実施例に係る燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図７】第１実施例に係る細孔径及び気孔率の変化を模式的に示すグラフである。
【図８】第２実施例に係る細孔径及び気孔率の変化を模式的に示すグラフである。
【図９】第３実施例に係る燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図１０】第４実施例に係る燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図１１】ガス流路形成部材の製造例１に係り、最終的に圧縮する前の状態のガス流路形成部材の概念を模式的に示す断面図である。
【図１２】ガス流路形成部材の製造例１に係り、最終的に圧縮した後の状態のガス流路形成部材の概念を模式的に示す断面図である。
【図１３】ガス流路形成部材の製造例２に係り、最終的に圧縮する前の状態のガス流路形成部材の概念を模式的に示す断面図である。
【図１４】ガス流路形成部材の製造例２に係り、最終的に圧縮した後の状態のガス流路形成部材の概念を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
図中、１はＭＥＡ、１１は高分子電解質膜、１２は燃料極、１５は酸化剤極、２は燃料極用のガス流路形成部材、３は酸化剤極用のガス流路形成部材、４１は第１通水路、４２は第２通水路、４９は通水部、５１は通水路形成部材、９１は上流側領域、９３は下流側領域、８は撥水剤を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン伝導性をもつ高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の片側に設けられ燃料が供給される燃料極と、前記高分子電解質膜の他の片側に設けられ酸化剤含有ガスが供給される酸化剤極と、前記燃料極の外側に設けられ燃料極用のガス流路形成部材と、酸化剤極の外側に設けられ連通孔となりうる細孔をもつ酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材と、前記酸化剤極用の前記ガス流路形成部材の外側に水が流れる通水路を形成する通水路形成部材と、前記通水路の水を吸引させて前記通水路に水を流す通水部とを具備する固体高分子型燃料電池であって、
前記酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、
前記酸化剤ガスが流れる下流を下流側領域と定義すると共に、前記酸化剤ガスが流れる上流を上流側領域と定義するとき、
前記酸化剤極と前記通水路との間において液相状態の水および水蒸気のうちの少なくとも一つが透過する水分透過性は、前記上流側領域よりも前記下流側領域で大きく設定されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
請求項１において、多孔質の前記酸化剤極用のガス流路形成部材において、平均細孔径及び気孔率のうちの少なくとも一方は、
前記上流側領域よりも前記下流側領域で大きく設定されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、多孔質の前記酸化剤極用のガス流路形成部材において、平均細孔径及び気孔率のうちの少なくとも一方は、
前記下流側領域において相対的に大きく設定されており、前記上流側領域において相対的に小さく設定されており、前記上流側領域から前記下流側領域にかけて次第に大きくなるように設定されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記酸化剤極用の多孔質の前記ガス流路形成部材において、単位体積当たりの撥水剤の割合は、下流側領域よりも上流側領域で大きく設定されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項１】
イオン伝導性をもつ高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の片側に設けられ燃料が供給される燃料極と、前記高分子電解質膜の他の片側に設けられ酸化剤含有ガスが供給される酸化剤極と、前記燃料極の外側に設けられ燃料極用のガス流路形成部材と、酸化剤極の外側に設けられ連通孔となりうる細孔をもつ酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材と、前記酸化剤極用の前記ガス流路形成部材の外側に水が流れる通水路を形成する通水路形成部材と、前記通水路の水を吸引させて前記通水路に水を流す通水部とを具備する固体高分子型燃料電池であって、
前記酸化剤極用の多孔質のガス流路形成部材において、
前記酸化剤ガスが流れる下流を下流側領域と定義すると共に、前記酸化剤ガスが流れる上流を上流側領域と定義するとき、
前記酸化剤極と前記通水路との間において液相状態の水および水蒸気のうちの少なくとも一つが透過する水分透過性は、前記上流側領域よりも前記下流側領域で大きく設定されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
請求項１において、多孔質の前記酸化剤極用のガス流路形成部材において、平均細孔径及び気孔率のうちの少なくとも一方は、
前記上流側領域よりも前記下流側領域で大きく設定されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、多孔質の前記酸化剤極用のガス流路形成部材において、平均細孔径及び気孔率のうちの少なくとも一方は、
前記下流側領域において相対的に大きく設定されており、前記上流側領域において相対的に小さく設定されており、前記上流側領域から前記下流側領域にかけて次第に大きくなるように設定されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記酸化剤極用の多孔質の前記ガス流路形成部材において、単位体積当たりの撥水剤の割合は、下流側領域よりも上流側領域で大きく設定されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−１１７７８６（Ｐ２００８−１１７７８６Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３１７５０（Ｐ２００７−３３１７５０）
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【分割の表示】特願２００２−３１１１２０（Ｐ２００２−３１１１２０）の分割
【原出願日】平成１４年１０月２５日（２００２．１０．２５）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【分割の表示】特願２００２−３１１１２０（Ｐ２００２−３１１１２０）の分割
【原出願日】平成１４年１０月２５日（２００２．１０．２５）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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