CN103430365A - 燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料电池，其包括：膜电极接合体；夹持膜电极接合体的一对气体扩散层；以及夹持膜电极接合体和一对气体扩散层的一对隔板。隔板在与气体扩散层相对的面上具有肋部，该肋部用于形成作为气体通路的槽。与气体扩散层相对的面上的槽的占有面积比S_C（-）与气体扩散层的厚度t（μm）满足下述式（1）所表示的关系。0.9＞S_C≥55（t－103）²/1000000＋0.3…（1）。

Description

燃料电池

技术领域

本发明涉及一种燃料电池。更详细而言，本发明涉及一种使氧输送阻力及电阻这两者降低且能够体现较高性能的燃料电池。

背景技术

以往，以提高燃料电池的扩散层的导电性，使性能提高为目的，对包括基底区域和金属制的气体扩散区域的燃料电池用扩散层进行了研究和开发，该基底区域包含碳而成且能够与燃料电池的电极邻接配置。具体而言，提出了如下的燃料电池用扩散层，即，在气体扩散区域和基底区域之间设置由与气体扩散区域和基底区域不同的材料形成的导电区域（参照专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-32628号公报

但是，即使是使用上述专利文献1中记载的燃料电池用扩散层的燃料电池，虽然提高了燃料电池用扩散层的导电性，但存在未预料氧输送阻力的提高，因此不能充分提高电池输出的情况。

发明内容

发明要解决的问题

本发明是鉴于这种以往技术所存在的问题而完成的。而且，本发明的目的在于，提供一种使氧输送阻力及电阻这两者降低且能够体现较高性能的燃料电池。

用于解决问题的方案

本发明的发明人为了达成上述目的而反复专心研究。而且，其结果，发现通过使燃料电池的与气体扩散层相对的面上的作为气体通路的槽的占有面积比S_C（-）和气体扩散层的厚度t（μm）成预定的关系等，能够达成上述目的，进而完成本发明。

即，本发明的燃料电池包括：膜电极接合体；夹持膜电极接合体的一对气体扩散层；以及夹持膜电极接合体和一对气体扩散层的一对隔板。一对隔板各自在与气体扩散层相对的面上具有肋部，该肋部用于形成作为气体通路的槽。而且，与气体扩散层相对的面上的槽的占有面积比S_C（-）与气体扩散层的厚度t（μm）满足下述式（1）表示的关系，

0.9＞S_C≥55（t－103）²/1000000＋0.3…（1）。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的燃料电池的图，其中，（A）是概略地表示该燃料电池的剖视图，（B）是用于说明该燃料电池的隔板的特定部位的长度的定义的图。

图2是概略地表示图1的燃料电池的气体扩散层的其他例子的放大剖视图。

图3是表示图1的燃料电池的气体扩散层的另一其他例子的电导率的特性的图表。

图4是概略地表示本发明的第2实施方式的燃料电池的剖视图。

图5是概略地表示本发明的第3实施方式的燃料电池的剖视图。

图6是概略地表示本发明的第4实施方式的燃料电池的剖视图。

图7是表示本发明的第5实施方式的燃料电池的立体图。

图8是沿图7中的VIII-VIII线的截面的概略图。

图9是表示本发明的第6实施方式的燃料电池的立体图。

图10是沿图9中的X-X线的截面的概略图。

图11是说明本发明的第6实施方式的燃料电池中的肋部宽度W_Rcg及槽宽度W_Ccg的规定的做法的图。

图12是说明本发明的第6实施方式的燃料电池的其他例子中的肋部宽度W_Rcg及槽宽度W_Ccg的规定的做法的图。

图13是表示等氧输送阻力曲线的图表。

图14是表示氧输送阻力与以车辆额定电压将车辆额定电流的电压标准化后的值之间的关系的图表。

图15是表示气体通路的占有面积比S_C（-）与以在理想状态下的阻力标准化后的阻力（-）之间的关系的图表。

图16是表示W_C/（W_C＋W_R）（-）和与用于确保预定的电压所必须的氧输送阻力TR_req的差（S/m）之间的关系的图表。

图17是表示肋部宽度W_R（mm）与W_C/（W_C＋W_R）的上限（-）之间的关系的图表。

图18是表示在肋部宽度为1.0（mm）时使电导率改变的情况下的、W_C/（W_C＋W_R）（-）和与用于确保预定的电压所必须的氧输送阻力TR_req的差（S/m）之间的关系的图表。

图19是表示在肋部宽度为0.7mm时使电导率改变的情况下的、W_C/（W_C＋W_R）（-）和与用于确保预定的电压所必须的氧输送阻力TR_req的差（S/m）之间的关系的图表。

图20是表示各电导率的W_C/（W_C＋W_R）的上限（-）的图表。

图21是表示各电导率和W_C/（W_C＋W_R）的上限的斜率之间的关系的图表。

图22是表示各例的性能评价的结果的图表。

具体实施方式

参照附图对本发明的一实施方式的燃料电池进行详细说明。另外，为了方便说明，在以下的实施方式中引用的附图的尺寸比例被夸张，有时与实际的比例不同。

图1是表示本发明的第1实施方式的燃料电池的图，其中，（A）是概略地表示该燃料电池的剖视图、（B）是用于说明该燃料电池的隔板中的特定部位长度的定义的图。

如图1所示，第1实施方式的燃料电池100包括：膜电极接合体10；夹持膜电极接合体10的一对气体扩散层20a、20c；以及夹持该膜电极接合体10和该一对气体扩散层20a、20c的一对隔板30。一对隔板30各自在与该气体扩散层20a、20c相对的面上具有肋部31，该肋部31用于形成作为气体通路的槽Ca、Cc。

而且，与该气体扩散层20a、20c相对的面上的槽的占有面积比S_C（-）与该气体扩散层的厚度t（μm）满足下述式（1）表示的关系。

另外，在本例中，由于槽形成为多个彼此平行的直线状，因此槽的占有面积比S_C能够使用槽的宽度W_C（mm）和肋部的宽度W_R（mm）以S_C＝W_C/（W_C＋W_R）进行定义而计算出。此外，在槽不是平行的直线状的情况下，槽的占有面积比S_C根据各自的情况能够通过具体地测量而计算出。

0.9＞S_C≥55（t-103）²/1000000＋0.3…（1）

以下，对各结构进行更详细地说明。

（膜电极接合体）

膜电极接合体10具有由一对催化剂层13a、13c夹持电解质膜11的结构。对于电解质膜、催化剂层，能够使用用于燃料电池的以往公知的材料。以下，具体进行说明。

（电解质膜）

电解质膜11例如由固体高分子电解质膜构成。该固体高分子电解质膜具有在固体高分子型燃料电池工作时使在正极侧的催化剂层生成的质子沿膜厚方向选择性地向负极侧的催化剂层透过的功能。此外，固体高分子电解质膜还具有用于使供给至正极侧的燃料气体和供给至负极侧的氧化剂气体不进行混合的隔壁的功能。

电解质膜因作为构成材料的离子交换树脂的种类不同而大致分为氟类高分子电解质膜和烃类高分子电解质膜。作为构成氟类高分子电解质膜的离子交换树脂，例如能够举出Nafion（注册商标，杜邦公司制）、Aciplex（注册商标，旭化成股份公司制）、フレミオン（注册商标，旭硝子股份公司制）等的全氟化碳磺酸类聚合物、全氟化碳膦酸类聚合物、三氟苯乙烯磺酸类聚合物、乙烯-四氟乙烯-g-苯乙烯磺酸类聚合物、乙烯-四氟乙烯共聚合物、聚偏二氯乙烯-全氟化碳磺酸类聚合物等。从提高耐热性、化学稳定性等发电性能这一观点出发，优选使用上述氟类高分子电解质膜，特别是优选由全氟化碳磺酸类聚合物构成的氟类高分子电解质膜。

作为烃类电解质，具体而言，能够举出磺化聚醚砜（S-PES）、磺化聚芳醚酮、烷基磺化聚苯并咪唑、烷基膦化聚苯并咪唑、磺化聚苯乙烯、磺化聚醚醚酮（S-PEEK）、磺化聚苯撑（S-PPP）等。从原料便宜、制造工序简单且材料的选择性较大这一制造上的观点出发，优选使用上述烃类高分子电解质膜。另外，上述的离子交换树脂可以仅一种单独使用，也可以两种以上并用。此外，并不仅限于上述材料，也可以使用其他的材料。

对于电解质膜的厚度，考虑获得的燃料电池的特性而适当决定即可，并不特别限定。电解质膜的厚度通常为5μm～300μm左右。当电解质膜的厚度为这样的范围内的值时，就能够恰当地控制制膜时的强度、使用时的耐久性及使用时的输出特性的平衡。

（催化剂层）

催化剂层13a、13c例如包含催化剂成分、用于负载催化剂成分的导电性的催化剂载体及电解质。以下，将在催化剂载体上负载有催化剂成分而成的复合体也称作“电极催化剂”。该催化剂层（正极侧的催化剂层、负极侧的催化剂层）实际上是进行电池反应的层。具体而言，在正极催化剂层进行氢的氧化反应，在负极催化剂层进行氧的还原反应。

正极侧的催化剂层所使用的催化剂成分只要是对氢的氧化反应具有催化剂作用的物质即可，不必特别限定，同样能够使用以往公知的催化剂。此外，负极侧的催化剂层所使用的催化剂成分也只要是对氧的还原反应具有催化剂作用的物质即可，不必特别限定，同样能够使用以往公知的催化剂。具体而言，能够从如下物质中选择：铂（Pt）、钌（Ru）、铱（Ir）、铑（Rh）、钯（Pd）、锇（Os）、钨（W）、铅（Pb）、铁（Fe）、铬（Cr）、钴（Co）、镍（Ni）、锰（Mn）、钒（V）、钼（Mo）、镓（Ga）、铝（Al）等金属及其合金等。

其中，为了使催化剂活性、抗热性、对于一氧化碳等的抗失活性等提高，优选使用至少包含铂的物质。另外，虽然合金的组成也根据合金化的金属的种类而不同，但优选铂的含有量为30原子%～90原子%，与铂进行合金化的金属的含有量为10原子%～70原子%。另外，所谓合金，一般是指在金属元素中添加一种以上的金属元素或非金属元素而成的物质，是具有金属性质的物质的总称。在合金的组织中，具有成分元素成为各自结晶的所谓混合物的共晶合金、成分元素成为完全溶合的固溶体的物质、成分元素形成金属间化合物或者金属与非金属的化合物的物质等，在本发明中任一者皆可。此时，正极侧的催化剂层所使用的催化剂成分及负极侧的催化剂层所使用的催化剂成分能够从上述之中适当地选择。在本说明书中没有特别记载的情况下，对于正极侧的催化剂层用及负极侧的催化剂层用的催化剂成分的说明中，两者为相同的定义。因此，一概称作“催化剂成分”。但是，正极侧的催化剂层及负极侧的催化剂层的催化剂成分不必相同，能够进行适当地选择以便取得上述期望的作用。

催化剂成分的形状、大小不必特别限定，能够采用与以往公知的催化剂成分同样的形状和大小。只是，优选的是，催化剂成分的形状为颗粒状。优选的是，催化剂颗粒的平均颗粒径为1nm～30nm。当催化剂颗粒的平均颗粒径为该范围内的值时，能够恰当地控制与进行电化学反应的有效电极面积相关联的催化剂利用率和负载的简便度的平衡。另外，本发明的“催化剂颗粒的平均颗粒径”能够以如下方式进行测定：将由X射线衍射的催化剂成分的衍射峰值的半值宽度求得的微晶直径和由穿透式电子显微镜像检测的催化剂成分的颗粒径的平均值作为催化剂颗粒的平均颗粒径。

催化剂载体作为用于负载上述催化剂成分的载体及参与电子在催化剂成分和其他构件之间的电子授受的电子传导通道发挥作用。作为催化剂载体只要是具有用于使催化剂成分以期望的分散状态进行负载的比表面积，并具有充分的电导率的材料即可，优选其主要成分为碳。

具体而言，能够举出碳黑、活性碳、焦碳、天然石墨、人造石墨等组成的碳颗粒。另外，“主要成分为碳”是指，作为主要成分包含碳原子，其是包含仅由碳原子组成、实质由碳原子组成这两方面的概念。根据情况，为了使燃料电池的特性提高，也可以包含碳原子以外的元素。另外，“实质由碳原子组成”意味着能够允许混入2质量%～3质量%程度以下的杂质。

催化剂载体的BET比表面积为只要能够使催化剂成分高分散地被负载的、充分的比表面积即可，优选的是20m²/g～1600m²/g，更优选的是80m²/g～1200m²/g。当催化剂载体的比表面积为该范围内的值时，就能够恰当地控制催化剂载体上的催化剂成分的分散性和催化剂成分的有效利用率的平衡。

对于催化剂载体的尺寸没有特别限定，从以适当的范围控制负载的简便度、催化剂利用率、催化剂层的厚度等观点出发，平均颗粒径为5nm～200nm左右，优选的是10nm～100nm左右。

在催化剂载体中负载有催化剂成分而成的电极催化剂中，优选的是催化剂成分的负载量相对于电极催化剂的总量为10质量%～80质量%，更优选的是30质量%～70质量%。当催化剂成分的负载量为该范围内的值时，就能够恰当地控制催化剂载体上的催化剂成分的分散度和催化剂性能的平衡。另外，电极催化剂中的催化剂成分的负载量能够利用电感耦合等离子发光分光法（ICP）进行测定。

在催化剂层中，除了电极催化剂外，还含有离子传导性的高分子电解质。该高分子电解质并不特别限定，能够参照以往公知的知识。例如，构成上述高分子电解质层的离子交换树脂能够作为高分子电解质添加于催化剂层。

（气体扩散层）

气体扩散层（正极侧的气体扩散层20a、负极侧的气体扩散层20c）各自具有层叠气体扩散层基底层21a、21c和气体扩散层基材层23a、23c而成的结构。该气体扩散层具有如下功能：促进经由隔板的作为气体通路的槽供给来的气体（燃料气体或氧化剂气体）向催化剂层的扩散以及作为电子传导通道。

（气体扩散层基底层）

为了使防水性进一步提高，气体扩散层基底层21a、21c例如具有由包含碳和防水材料的碳颗粒的集合体组成的结构。这样的气体扩散层基底层被称作微孔层（MPL）。

碳并不特别限定，能够适当地使用碳黑、石墨、膨胀石墨等的以往公知的材料。其中，从电子传导性优异，比表面积较大而言，优选的是使用炉法碳黑、槽法碳黑、灯黑、热裂法碳黑、乙炔黑等碳黑。优选的是碳颗粒的平均颗粒径为10nm～100nm左右。由此，能够获得利用毛细管力产生的较高的排水性，并且还能够使与催化剂层的接触性提高。

防水材料只要能够进一步提高防水性从而抑制以至防止液泛现象等即可，并不特别限定。具体而言，能够举出聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVdF）、聚六氟丙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚合物等氟类的高分子材料、聚丙烯、聚乙烯等烯烃类的高分子材料。其中，从防水性、电极反应时的抗腐蚀性等优异性而言，优选的是使用氟类的高分子材料。

考虑防水性和电子传导性的平衡，优选的是气体扩散层基底层中的碳和防水材料的混合比的质量比为90：10～40：60（碳：防水材料）左右。另外，通过使用气相沉积碳、碳纤维、纳米碳管，来调整含有的碳的取向性等，能够使电传导性具有各向异性。此外，气体扩散层基底层的厚度见后述。

另外，气体扩散层基底层也可以含有碳和防水材料以外的材料，能够使用用于气体扩散层的以往公知的材料。

（气体扩散层基材层）

对于气体扩散层基材层23a、23c来说，并不对构成材料进行特别限定，能够使用以往公知的材料。例如，能够举出碳制的织物、纸状抄纸体、毛毡、无纺布这种具有导电性和多孔质性的碳制的物质以及发泡金属、膨胀合金、冲孔金属板、蚀刻板、精密冲压加工板、铁丝网、金属网、金属细线烧结体这样的具有导电性和多孔质性的金属制的物质（金属多孔体）。该物质可以一种单独使用，也可以两种以上并用。此外，上述金属多孔体还具有易于在制造过程中调整厚度、空隙率等的优点。气体扩散层基材层的厚度见后述。

本实施方式的燃料电池的气体扩散层基底层含有碳和防水材料，优选的是气体扩散层基材层含有金属多孔体。

通过采用这样的结构，能够获得可以进一步降低电阻的燃料电池。

另外，在本发明中，对于含有碳和防水材料的气体扩散层基底层来说，应解释为包括仅由碳和防水材料组成的气体扩散层基底层的意思。此外，在本发明中，对于含有金属多孔体的气体扩散层基材层来说，应解释为包括仅由金属多孔体组成的气体扩散层基材层的意思。

此外，图2是概略地表示气体扩散层的其他例子的放大剖视图。如图2所示，例如，气体扩散层20c也可以在作为气体扩散层基材层23c的空孔的部分中含有作为构成气体扩散层基底层21C的材料的碳、防水材料。如此，具有能够控制空孔内的表面形状等，能够使抗液泛性进一步提高这样的优点。

并且，图3是表示气体扩散层的另一其他例子的电导率的特性的图表。

气体扩散层在如图3中实线所示那样对于厚度方向的表面压力具有灵敏度的情况（例如，碳等）下，作为后述式（2）的气体扩散层的电导率σ，优选的是适用形成燃料电池后的状态下的电导率σ_pressure。形成燃料电池后的状态是指，在气体扩散层上施加有与电池组装时的表面压力相同的表面压力P_A的状态。作为式（2）的电导率σ而采用电导率σ_pressure，从而即使在使气体扩散层对于厚度方向的表面压力具有灵敏度的情况下，也能够获得使氧输送阻力和电阻进一步降低、能够体现更高性能的燃料电池。

另外，“对于表面压力具有灵敏度”是指，在施加于气体扩散层的表面压力改变的情况下，气体扩散层的电导率改变的意思。

另外，在图3中，单点划线表示对于表面压力而不具有灵敏度的气体扩散层（例如，金属多孔体等）的例子。毫无疑问的是，能够将这样的对于厚度方向的表面压力不具有灵敏度的气体扩散层应用于本发明的燃料电池。

（隔板）

隔板30夹持膜电极接合体10和一对气体扩散层20a、20c。此外，隔板30在与气体扩散层20a、20c相对的面上具有肋部31，该肋部31用于形成作为气体通路的槽Ca、Cc。

另外，隔板并不特别限定构成的材料，能够使用以往公知的材料。构成隔板的材料优选的是供给的气体难以穿过的材料，且优选的是电池反应中得到的电流易于流过的材料。具体而言，能够举出铁、钛、铝、上述合金等的金属材料，以及借助各种金属材料、碳材料等付与了导电性的高分子材料（导电性塑料）等。另外，铁合金中包含不锈钢。

本实施方式的燃料电池中，优选的是气体扩散层相对于膜电极接合体及隔板的任一者或两者接合或压接等。

通过采用这样的结构，能够降低界面的接触阻力，并能够获得使氧输送阻力及电阻进一步降低、能够体现更高性能的燃料电池。

在此，在接合、压接中，能够利用例如冷压、热压、熔敷、焊接、扩散接合等。可以单独使用上述方法中的一种，也可以两种以上的方法并用。

此外，图4是概略地表示本发明的第2实施方式的燃料电池的剖视图。另外，对于与第1实施方式中说明了的部分同等的部分，标注与上述同等的部分相同的附图标记并省略说明。

第2实施方式的燃料电池200中，作为一对气体扩散层20a、20c各自使用由单一的层组成的气体扩散层，除此以外，具有与上述第1实施方式的燃料电池同样的结构。当作为一对气体扩散层20a、20c各自使用由单一的层组成的气体扩散层时，具有能够使构造简单化，并能够实现低成本这一优点。另外，作为气体扩散层的构成材料，可以使用原有的气体扩散层基底层的构成材料和气体扩散层基材层的构成材料的任一者，也可以将气体扩散层基底层的构成材料和气体扩散层基材层的构成材料进行适当地组合。

此外，在气体扩散层的电导率存在各向异性的情况下，作为后述式（2）的气体扩散层的电导率σ，应用图4的箭头X所示肋部的宽度方向的电导率σ_inplane即可。作为式（2）的电导率σ采用电导率σ_inplane，从而即使在气体扩散层的电导率存在各向异性的情况下，也能够获得使氧输送阻力及电阻进一步降低、能够体现更高性能的燃料电池。

另外，在气体扩散层的电导率不存在各向异性、即电导率具有各向同性的情况下，可以应用任一方向的电导率。

并且，图5是概略地表示本发明的第3实施方式的燃料电池的剖视图。另外，对于与第1实施方式中说明了的部分同等的部分，标注与上述同等的部分相同的附图标记并省略说明。

第3实施方式的燃料电池300中，作为一对气体扩散层20a、20c各自使用由单一的层组成的气体扩散层、槽的与隔板的气体流动方向大致垂直的截面中的形状为非矩形形状（本实施方式中为梯形形状），除此之外，具有与第1实施方式的燃料电池同样的结构。在该情况下，作为后述式（2）的肋部宽度W_R，应用肋部的与隔板相接部分的宽度W_Rcontact即可。此外，作为槽宽度W_C，应用槽的与气体扩散层相对部分的宽度W_Ccontact即可。该槽宽度W_Ccontact相当于构成槽的非矩形状截面的边中的与气体扩散层相抵接的边的长度。

作为式（2）的肋部宽度W_R及槽宽度W_C应用肋部宽度W_Rcontact及槽宽度W_Ccontact，从而即使在槽的与隔板的气体流动方向大致垂直的截面中的形状不为矩形形状的情况下，也能够获得使氧输送阻力及电阻进一步降低、能够体现更高性能的燃料电池。

此外，图6是概略地表示本发明的第4实施方式的燃料电池的剖视图。另外，对于与第1实施方式中说明了的部分同等的部分，标注与上述同等的部分相同的附图标记并省略说明。

第4实施方式的燃料电池400中，作为一对气体扩散层20a、20c各自使用由n层组成的气体扩散层（具有在厚度方向上层叠的n层构造的气体扩散层），除此之外，具有与上述第1实施方式的燃料电池同样的结构。在该情况下，作为后述式（2）的气体扩散层的电导率σ，应用由下述式（3）计算出的电导率σ_layered即可。

（数学式1）

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{layered}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_i\frac{t_i}{t}\·\·\·\left(3\right)$

其中，σ_layered：具有ｎ层构造的气体扩散层的电导率（S/m）

      t：气体扩散层的厚度（μm）

      σ_i：第i层的气体扩散层的电导率（S/m）

      t_i：第i层的气体扩散层的厚度（μm）

作为式（2）的电导率σ采用电导率σ_layered，从而即使在气体扩散层具有在厚度方向上层叠的n层构造的情况下，也能够获得使氧输送阻力及电阻降低、能够体现更高性能的燃料电池。

另外，毫无疑问的是，本发明的燃料电池不限定于气体扩散层具有在厚度方向上层叠的n层构造的情况。此外，上述式（3）也能够扩展应用于由单一的层组成的气体扩散层。在该情况下，n为1以上的整数。通过由单一的层形成气体扩散层，例如能够使构造简单化，从低成本的观点出发为优选。

并且，图7是表示本发明的第5实施方式的燃料电池的立体图。此外，图8是沿图7中的VIII-VIII线的截面的概略图。另外，对于与第1实施方式中说明了的部分同等的部分，标注与上述同等的部分相同的附图标记并省略说明。

第5实施方式的燃料电池500中，作为一对气体扩散层20a、20c各自使用由单一的层组成的气体扩散层，一个隔板中的气体流动方向不为一个方向，除此之外，具有与上述第1实施方式的燃料电池同样的结构。

在本实施方式中，如图8所示，将槽形成为所谓蛇形通路，从而气体流动方向不为一个方向（气体流动方向存在三个方向（图中向上、向下及向右））。

在该情况下，将隔板的气体流动方向中的比例（存在比率）最大的方向规定为主流方向（图8的例中为箭头Y）。而且，作为后述式（2）的肋部宽度W_R，应用与上述主流方向大致垂直的截面的肋部的宽度W_Rmain，作为槽宽度W_C，应用与上述主流方向大致垂直的截面的槽的宽度W_Cmain即可。

作为式（2）的肋部宽度W_R及槽宽度W_C采用上述肋部宽度W_Rmain及槽宽度W_Cmain，从而即使在隔板的气体流动方向不为一个方向，例如形成蛇形通路的情况下，也能够获得使氧输送阻力及电阻降低、能够体现更高性能的燃料电池。

图9是表示本发明的第6实施方式的燃料电池的立体图。此外，图10是沿图9中的X-X线的截面的概略图。并且，图11是说明本发明的第6实施方式的燃料电池的肋部宽度W_Rcg及槽宽度W_Ccg的规定的做法的图。另外，对于与第1实施方式中说明了的部分同等的部分，标注与上述同等的部分相同的附图标记并省略说明。

在第6实施方式的燃料电池600中，作为一对气体扩散层20a、20c各自应用由单一的层组成的气体扩散层，将与肋部的厚度方向（肋部的高度方向、槽的深度方向）大致垂直的截面的肋部配置形状设为将相同的圆形肋部31均匀分散配置的点状配置形状，除此之外，具有与上述第1实施方式的燃料电池同样的结构。

在此，“点状配置形状”是指，多个肋部以该肋部的外形线形成槽的方式分散配置，且能够将该肋部形状视为点状。

“能够视为点状”是指如下配置形状：即使该肋部形状为圆形、椭圆形、扇形、三角形、四边形以上的多边形、甚至将上述形状适当地组合而形成的复合的形状，在将该肋部替换为与其外接的圆形的肋部时基本不对气体流动产生影响。另外，作为基本不对气体流动产生影响的配置形状，例如能够举出槽宽度相对于肋部宽度之比为五倍以上的配置形状。

另一方面，与肋部的厚度方向大致垂直的截面的肋部配置形状也可以为岛状配置形状。

“岛状配置形状”是指，多个肋部以该肋部的外形线形成槽的方式分散配置，且不能将该肋部形状视为点状。

“不能视为点状”是指如下配置形状：该肋部形状为圆形、椭圆形、扇形、三角形、四边形以上的多边形、甚至将上述形状适当地组合而形成的复合的形状，在将该肋部替换为与其外接的圆形的肋部时对气体流动产生影响。另外，作为对气体流动产生影响的配置形状，能够举出例如槽宽度相对于肋部宽度之比不满五倍的配置形状。

即使在与肋部的厚度方向大致垂直的截面的肋部配置形状为点状或岛状配置形状的情况下，通过如图11所示那样作图，作为后述式（2）的肋部宽度W_R及槽宽度W_C，能够规定肋部宽度W_Rcg及槽宽度W_Ccg。

首先，在图11的（a）中，计算出各肋部31的重心位置a。

接下来，在图11的（b）中，用线段连结各重心位置a，形成多个彼此不重叠的三角形。

并且，在图11的（c）中，计算出各三角形的重心位置b。

之后，在图11的（d）中，由肋部31的外形线将连结肋部31的重心位置a和以其重心位置a为顶点的三角形的重心位置b而成的线段两分，将被两分的线段中的靠重心位置a一侧的长度设为0.5W_Rcg，将靠重心位置b一侧的长度设为0.5W_Ccg。

这与将图11的（d）中连结肋部31的重心位置a及三角形的重心位置b而成的线段与肋部31的外形线的交点c和肋部的重心位置a之间的距离乘以二所得的值作为肋部宽度W_Rcg，将交点c和三角形的重心位置b之间的距离乘以二所得的值作为槽宽度W_Ccg意义相同。

作为式（2）的肋部宽度W_R及槽宽度W_C采用肋部宽度W_Rcg及槽宽度W_Ccg，从而即使在与肋部的厚度方向大致垂直的截面的肋部配置形状为点状或岛状配置形状的情况下，也能够获得使氧输送阻力及电阻进一步降低、能够体现更高性能的燃料电池。

并且，图12是说明本发明的第6实施方式的燃料电池的其他例子的肋部宽度W_Rcg及槽宽度W_Ccg的规定的做法的图。

另外，对于与第1实施方式中说明了的部分同等的部分，标注与上述同等的部分相同的附图标记并省略说明。

在本例的燃料电池中，作为一对气体扩散层20a、20c各自使用由单一的层组成的气体扩散层，将与肋部的厚度方向大致垂直的截面的肋部配置形状设为将彼此大小不同的圆形的肋部31不均匀地分散配置的点状配置形状，除此之外，具有与上述第1实施方式的燃料电池同样的结构。另外，与肋部的厚度方向大致垂直的截面的肋部配置形状也可以为将肋部不均匀地分散的岛状配置形状。

即使是在点状或岛状配置形状的肋部不均匀地分散配置的情况下，作为后述式（2）的肋部宽度W_R及槽宽度W_C，通过如图12所示那样作图，能够如上述那样规定肋部宽度W_Rcg及槽宽度W_Ccg。而且，优选的是，应用肋部宽度W_Rcg及槽宽度W_Ccg中的、W_Ccg/（W_Ccg＋W_Rcg）最小的肋部宽度W_Rcg及槽宽度W_Ccg。

首先，在图12的（a）中，计算出各肋部31的重心位置a。

接下来，在图12的（b）中，通过用线段连结各重心位置a，形成多个彼此不重叠的三角形。

并且，在图12的（c）中，计算出各三角形的重心位置b。

之后，在图12的（d）中，对一部分的三角形进行研究。由肋部31的外形线将连结肋部31的重心位置a和以其重心位置a为顶点的三角形的重心位置b而成的线段两分，将被两分的线段中的靠重心位置a一侧的长度设为0.5W_Rcg，将靠重心位置b一侧的长度设为0.5W_Ccg。对全部的肋部计算出0.5W_Ccg及0.5W_Rcg。

这与将图12的（d）中连结肋部31的重心位置a及三角形的重心位置b而成的线段与肋部31的外形线的交点c和肋部的重心位置a之间的距离乘以二所得的值作为肋部宽度W_Rcg，将交点c和三角形的重心位置b之间的距离乘以二所得的值作为槽宽度W_Ccg意义相同。

这样对全部的肋部计算出0.5W_Ccg及0.5W_Rcg。之后，在本实施方式中，应用计算出的W_Ccg及W_Rcg中的、W_Ccg/（W_Ccg＋W_Rcg）最小的W_Ccg及W_Rcg即可。

采用这样的肋部宽度W_Rcg及槽宽度W_Ccg，从而即使在与肋部的厚度方向大致垂直的截面的肋部配置形状为点状或岛状配置形状的情况且为不均匀地分散的情况下，也能够获得使氧输送阻力及电阻进一步降低、能够体现更高性能的燃料电池。

而且，在本发明的燃料电池中，如上所述与气体扩散层相对的面中的作为气体通路的槽的占有面积比S_C（-）和气体扩散层的厚度t（μm）满足下述式（1）表示的关系。

0.9＞S_C≥55（t－103）²/1000000＋0.3…（1）

上述式（1）能够如下这样计算出。

首先，在图1所示那样的构造的燃料电池中，实验证明使气体扩散层的厚度t（μm）和作为气体通路的槽的占有面积比S_C（-）改变的情况下的等氧输送阻力曲线为图13所示那样的曲线。也就是，实验证明在氧输送阻力相等时，能够将作为气体通路的槽的占有面积比S_C（-）表示为气体扩散层的厚度t（μm）的二次曲线。

即，取横轴为气体扩散层的厚度t（μm），取纵轴为作为气体通路的槽的占有面积比S_C（-），将在各条件下所得的氧输送阻力值画成曲线。此时，将氧输送阻力值相同的点之间连结起来的等氧输送阻力曲线通过最小二乘法能够近似为气体扩散层的厚度t（μm）与作为气体通路的槽的占有面积比S_C（-）的二次函数。

另外，氧输送阻力能够由极限电流密度法测量。氧输送阻力的定量能够通过测量极限电流计算出，基本的原理为，例如能够使用ECS Transaction，Vol.11（1），p529（2007）中所记载的方法。在此，将极限电流的大小与氧输送阻力的大小互换表达。

此外，在如图1所示那样的构造的燃料电池中，S_C能够由W_C/（W_R＋W_C）计算出。

但是，在燃料电池汽车中，为了用电动机驱动车辆，需要预定的电压（额定电压）和电流（额定电流）。将用于发挥上述电压的蓄电池组工作点称为车辆额定点。

因此，用后述实施例1、比较例1、比较例2的方法制作如图1所示那样的构造的燃料电池，取横轴为各方法的燃料电池中实际测量的氧输送阻力值，取纵轴为电压测量值，并画出曲线。具体而言，对于各方法的燃料电池，当在横轴上取由极限电流密度法测定的氧输送阻力值以及在纵轴上取由车辆额定电压标准化后的车辆额定电流的电压测量值，并画出曲线时，成为图14那样。另外，能够将车辆额定电流的电压由车辆额定电压标准化后的值例如利用电子负荷装置进行测量。

在此，作为用于车辆实际行驶的一个要素，需要燃料电池满足车辆额定点的条件。“满足车辆额定点的条件”是指，额定电流值中的燃料电池的实际电压超过额定电压，即由车辆额定电压标准化后的车辆额定电流的电压测量值为1以上。

由图14可知，为了满足车辆额定点的条件，即由车辆额定电压标准化后的值为1以上，需要使氧输送阻力值为0.375sec/m/kPa以下。

而且，为了使氧输送阻力值为0.375sec/m/kPa以下，需要作为气体通路的槽的占有面积比S_C为由图13中氧输送阻力值0.375sec/m/kPa的等氧输送阻力曲线计算出的槽的占有面积比S_C以上。在此，氧输送阻力值0.375sec/m/kPa的等氧输送阻力曲线使用气体扩散层的厚度t表示为S_C＝55（t－103）²/1000000＋0.3。

本实施方式的燃料电池满足上述式（1）的右侧的关系（S_C≥55（t－103）²/1000000＋0.3），从而使氧输送阻力值为0.375sec/m/kPa以下。

并且，当使用后述比较例2、比较例3、比较例4的方法制作如图1所示那样的构造的燃料电池，取横轴为各方法的燃料电池中实际测量的气体通路的占有面积比S_C（-），取纵轴为电池阻力值，并画出曲线时，能够表示为图15那样。在此，电池阻力值为例如将使用毫欧测试仪由交流四端子法测量的电池阻力值利用S_C为0的理想状态下的电阻值进行标准化后的值。另外，S_C为0的理想状态是指对于电子传导的理想状态，是隔板全部成为电子的通路的状态，具体而言，是指隔板中不存在作为气体通路的槽的状态。

由图15可知，S_C为0.9以上时阻力值急剧上升，输出降低。另外，理论上来说，S_C＝1.0时，阻力值为无限大。

如此，从图15能够决定上述式（1）的左侧的关系（0.9＞S_C）。

此外，在本实施方式的燃料电池中，例如，如上所述，优选的是满足下述式（2）所表示的关系。另外，下述式（2）的右边的意义在于，选择由（（0.0755ln（σ·t/8000）－0.1525）×W_R＋0.9611）计算出的值与0.9之中较小的一方。

[数学式2]

$\frac{W_C}{(W_C+W_R)}<\min ((0.0755\ln \left(\frac{\mathrm{\&sigma;}\&CenterDot;t}{8000}\right)-0.1525)W_R+\mathrm{0.9611,0.9})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

其中，W_C：槽宽度（mm）

      W_R：肋部宽度（mm）

      σ：气体扩散层的电导率（S/m）

      t：气体扩散层的厚度（μm）

通过设定为满足上述式（2）表示的关系的结构，能够获得使氧输送阻力及电阻进一步降低、能够体现更高性能的燃料电池。

上述式（2）能够如下那样的计算出。

通常，燃料电池（蓄电池组）为了使电动机、辅助机器等的系统运转而规定了最低限度必要的电压。

氧输送阻力与燃料电池的性能（电压-电流特性）具有相关关系，因此为了确保上述最低限度必要的电压而确定了必要的氧输送阻力TR_req的目标值。具体而言，在燃料电池（蓄电池组）中为了使电压保持为预定的电压以上，需要使氧输送阻力比图16中的0值的水平线小。如图16所示，氧输送阻力相对于槽的占有面积比的趋势（氧输送阻力相对于槽的占有面积比的值）因肋部宽度而改变。这里，“槽的占有面积比”定义为“槽宽度/（肋部宽度＋槽宽度）（＝W_C/（W_R＋W_C））”。另外，详细内容见后述。

此外，如图17所示，由图16所示的趋势能够针对各肋部宽度计算出为了将燃料电池（蓄电池组）的电压保持为预定电压以上而能够采用的槽的占有面积比W_C/（W_C＋W_R）的上限。

也就是说，要求槽的占有面积比W_C/（W_C＋W_R）满足下述式（4）。

W_C/（W_R＋W_C）＜-0.1605×W_R＋0.9611…（4）

另外，图17所示的线段为W_C/（W_R＋W_C）＝-0.1605×W_R＋0.9611。

并且，如图18及图19所示，氧输送阻力相对于槽的占有面积比的趋势在改变电子输送（电导率）的情况下也改变。而且，基于与求得图17的图表时相同的想法，如图20所示，能够针对各肋部宽度计算出为了将燃料电池（蓄电池组）的电压保持为预定电压以上而能够采用的槽的占有面积比W_C/（W_C＋W_R）的上限。此外，图20的图表上的各直线的斜率（绝对值）和电导率的倍数之间的关系成为如图21所示那样。

通过将这样获得的斜率的关系式反映至上述式（4），能够决定作为上述式（2）的关系式中的一方的下述式（5）。

（数学式3）

$\frac{W_C}{(W_C+W_R)}<(0.0755\ln \left(\frac{\mathrm{\&sigma;}\&CenterDot;t}{8000}\right)-0.1525)W_R+0.9611\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(5\right)$

其中，W_C：槽宽度（mm）

      W_R：肋部宽度（mm）

      σ：气体扩散层的电导率（S/m）

      t：气体扩散层的厚度（μm）

实施例

以下，借助实施例及比较例对本发明进行更详细地说明，但本发明并不限于上述实施例。

（实施例1）

首先，作为电解质膜，准备全氟磺酸类电解质膜，作为负极侧及正极侧的催化剂层形成用料浆，准备含有负载铂的碳的分散液。

使用喷涂装置将料浆涂敷于电解质膜，使用烧结炉，在空气环境中以350℃烧结30分钟，从而制作膜电极接合体。

接下来，作为负极侧及正极侧的气体扩散层基材层，准备空隙率为0.44的蚀刻板，作为气体扩散层基底层，准备由碳粉末和防水材料（例如聚四氟乙烯）组成的层，以预定的表面压力将上述层压接在一起而制作气体扩散层。

另外，气体扩散层的厚度为50μm。

并且，作为隔板，制作S_C＝0.67的不锈钢（SUS）制隔板。

使用上述部件制作如图1所示那样的燃料电池，得到本例的燃料电池。

（比较例1）

作为气体扩散层基材层，准备普通的碳纸，重复与实施例1相同的操作，制作气体扩散层。

另外，气体扩散层的厚度为210μm。

并且，作为隔板，制作S_C＝0.5的不锈钢（SUS）制隔板。

除了使用上述制作的气体扩散层及隔板之外，重复与实施例1相同的操作，制作图1所示那样的燃料电池，得到本例的燃料电池。

（比较例2）

作为气体扩散层基材层，准备普通的碳纸，重复与实施例1同样的操作，制作气体扩散层。

另外，气体扩散层的厚度为210μm。

并且，作为隔板，制作S_C＝0.67的不锈钢（SUS）制隔板。

除了使用上述制作的气体扩散层及隔板之外，重复与实施例1同样的操作，制作图1所示那样的燃料电池，得到本例的燃料电池。

（比较例3）

作为气体扩散层基材层，准备普通的碳纸，重复与实施例1相同的操作，制作气体扩散层。

另外，气体扩散层的厚度为210μm。

并且，作为隔板，制作S_C＝0.78的不锈钢（SUS）制隔板。

除了使用上述制作的气体扩散层及隔板之外，重复与实施例1相同的操作，制作图1所示那样的燃料电池，得到本例的燃料电池。

（比较例4）

作为气体扩散层基材层，准备普通的碳纸，重复与实施例1相同的操作，制作气体扩散层。

另外，气体扩散层的厚度为210μm。

并且，作为隔板，制作S_C＝0.83的不锈钢（SUS）制隔板。

除了使用上述制作的气体扩散层及隔板之外，重复与实施例1相同的操作，制作图1所示那样的燃料电池，得到本例的燃料电池。

（实施例2）

首先，作为电解质膜，准备全氟磺酸类电解质膜，作为负极侧及正极侧的催化剂层形成用料浆，准备含有负载铂的碳的分散液。

使用喷涂装置将料浆涂敷于电解质膜，使用烧结炉，在空气环境中以350℃烧结30分钟，从而制作膜电极接合体。

接下来，作为负极侧及正极侧的气体扩散层，准备由碳粉末和防水材料（例如聚四氟乙烯）组成的层（厚度80μm），以预定的表面压力将上述层压接在一起而制作气体扩散层。另外，在电池组装时表面压力下利用直流两端子法测定气体扩散层的电导率为100S/m。

并且，作为隔板，制作肋部宽度W_R为0.7mm、槽宽度W_C为0.7mm、S_C＝0.5的不锈钢（SUS）制隔板。

使用上述部件，制作如图4所示那样的燃料电池，得到本例的燃料电池。

（实施例3）

作为隔板，制作肋部宽度W_R为0.7mm、槽宽度W_C为1.8mm、S_C＝0.72的不锈钢（SUS）制隔板，使用该隔板，制作如图4所示那样的燃料电池，除此之外，重复与实施例2相同的操作，得到本例的燃料电池。

（实施例4）

作为隔板，制作肋部宽度W_R为0.5mm、槽宽度W_C为3.8mm、S_C＜0.9的不锈钢（SUS）制隔板，使用该隔板，制作如图4所示那样的燃料电池，除此之外，重复与实施例2相同的操作，得到本例的燃料电池。

（实施例5）

作为隔板，制作肋部宽度W_R为0.2mm、槽宽度W_C为1.7mm、S_C＜0.9的不锈钢（SUS）制隔板，使用该隔板，制作如图4所示那样的燃料电池，除此之外，重复与实施例2相同的操作，得到本例的燃料电池。

（性能评价）

使用上述各例的燃料电池，在下述条件下，对其性能进行评价。具体而言，使用电子负荷装置，测量车辆额定电流的电压，由车辆额定电压进行标准化。将所得到的结果示出在图14中。此外，使用毫欧测试仪测量阻力，由比较例1的阻力进行标准化。将所得到的结果示出在图22中。

＜评价条件＞

·气体成分：氢（正极侧）/空气（负极侧）

·电池温度：80℃

·R.H.（相对湿度）：100％RH

如图14所示，在属于本发明的范围的实施例1中，由车辆额定电压标准化后的车辆额定电流的电压值与本发明外的比较例1、比较例2的电压值相比而较高，为1以上。也就是说，由于实施例1满足S_C≥55（t－103）²/1000000＋0.3，因此额定电流的性能较高。另外，如图14所示，比较例1、比较例2不满足该条件。此外，如图22所示，实施例1中，由比较例1的阻力标准化后的阻力比1小，因此可知阻力降低。这是考虑到，为了确保向隔板的肋部下扩散氧，同时实现由薄层化引起的氧输送距离降低及电阻降低，且为了抑制由薄层化所引起的向肋部下的氧输送阻力增大的影响，通过进一步降低氧输送距离所引起的浓度极化降低及欧姆损耗降低，来提高性能。此外，实施例1中，由于作为基材而使用金属蚀刻板，因此导电性提高。并且，实施例1中，由于气体扩散层基底层形成用料浆的一部分进入金属蚀刻板的空孔，因此抗液泛性提高。并且，实施例1中，由于以预定的压力通过热压将气体扩散层、膜电极接合体及隔板压接在一起，因此使电阻降低，性能提高。

此外，由于属于本发明的范围的实施例2～实施例5也满足S_C≥55（t－103）²/1000000＋0.3，因此额定电流的性能较高。并且，如上述说明那样，由于是满足式（2）的结构，因此能够体现更高的性能。

另外，虽然气体扩散层的电导率具有各向同性，但即使具有各向异性，也如上述说明那样，在式（2）中应用作为气体扩散速度控制方向的肋部宽度方向的电导率σ_inplane，从而能够更可靠地体现较高性能。

此外，即使在隔板的与气体流动方向大致垂直的截面的槽形状不为矩形形状的情况下，如上述说明那样，在式（2）中应用作为气体扩散速度控制方向的肋部与气体扩散层相接部分的肋部宽度W_Rcontact，作为槽宽度W_C应用槽与气体扩散层相对的部分的槽宽度W_Ccontact，从而能够更可靠地体现较高性能。

并且，即使在气体扩散层具有在厚度方向上层叠的n层构造的情况下，也如上述说明那样，在式（2）中应用由式（3）计算出的电导率σ_layered，从而能够更可靠地体现较高性能。

此外，即使在气体扩散层对于厚度方向的表面压力具有灵敏度的情况下，如上述说明那样，在式（2）中应用形成燃料电池状态下的电导率σ_pressure，从而能够更可靠地体现较高性能。

并且，即使在上述隔板的气体流动方向不为一个方向的情况下，如上述说明那样，规定隔板中的气体流动方向中的比例最大的方向为主流方向，在式（2）中应用与主流方向大致垂直的截面的肋部宽度W_Rmain及槽宽度W_Rmain，从而能够更可靠地体现较高性能。

此外，即使在与肋部的厚度方向大致垂直的截面的肋部配置形状为点状或岛状配置形状的情况下，通过应用上述说明那样计算出的肋部宽度W_Rmain及槽宽度W_Rmain，能够更可靠地体现较高性能。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，上述实施方式只是为了容易理解本发明而记载的简单的例示，本发明并不限定于该实施方式。本发明的技术范围并不限于由上述实施方式等所公开的具体的技术特征，还包括由该技术特征所能够容易导出的各种变形、改变、替代技术等。

例如，在上述各实施方式中所记载的结构并不限定于各实施方式的描述，例如，能够改变隔板、气体扩散层的结构的细节部分，将各实施方式的结构以上述各实施方式以外的方式进行组合。

此外，例如，在实施例中，以将气体通路形成为平行直线状的隔板为例进行了说明，但并不限定于此。例如，即使是在蛇形的气体通路的情况下，通过如上所述那样恰当地应用用于计算S_C的式子，就能够适用本发明。

本申请基于2011年4月6日申请的日本特许愿第2011-084379号及2011年6月16日申请的日本特许愿第2011-134280号要求优先权，并以引用方式将上述申请的全部内容纳入本说明书。

产业上的可利用性

根据本发明，燃料电池的与气体扩散层相对的面中的作为气体通路的槽的占有面积比S_C（-）和气体扩散层的厚度t（μm）满足上述式（1）表示的关系。因此，能够提供氧输送阻力及电阻这两者降低、能够体现较高性能的燃料电池。

附图标记说明

100、200、300、400、500、600、燃料电池

10、膜电极接合体

11、电解质膜

13a、正极侧的催化剂层

13c、负极侧的催化剂层

20a、正极侧的气体扩散层

20c、负极侧的气体扩散层

21a、正极侧的气体扩散层基底层

21c、负极侧的气体扩散层基底层

23a、正极侧的气体扩散层基材层

23c、负极侧的气体扩散层基材层

30、隔板

31、肋部

Ca、正极侧的气体通路（槽）

Cc、负极侧的气体通路（槽）

Claims (10)

1.一种燃料电池，其特征在于，

该燃料电池包括：

膜电极接合体；

夹持上述膜电极接合体的一对气体扩散层；以及

夹持上述膜电极接合体及上述一对气体扩散层的一对隔板，

上述一对隔板各自在与上述气体扩散层相对的面上具有肋部，该肋部用于形成作为气体通路的槽，

与上述气体扩散层相对的面上的上述槽的占有面积比S_C（-）与上述一对气体扩散层各自的厚度t（μm）满足下述式（1）表示的关系，

0.9＞S_C≥55（t－103）²/1000000＋0.3…（1）。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，

上述槽的宽度W_C（mm）、上述肋部的宽度W_R（mm）、上述气体扩散层的电导率σ（S/m）及上述气体扩散层的厚度t（μm）满足由下述式（2）表示的关系，

（数学式1）

$\frac{W_C}{(W_C+W_R)}<\min ((0.0755\ln \left(\frac{\mathrm{\&sigma;}\&CenterDot;t}{8000}\right)-0.1525)W_R+\mathrm{0.9611,0.9})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right).$

3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，

在上述气体扩散层的电导率具有各向异性的情况下，作为上述式（2）的气体扩散层的电导率σ，应用上述肋部的宽度方向的电导率。

4.根据权利要求2或3所述的燃料电池，其特征在于，

在上述槽的与上述隔板的气体流动方向大致垂直的截面中的形状为梯形形状的情况下，作为上述式（2）的肋部宽度W_R，应用上述肋部的与上述气体扩散层相接的部分的宽度，作为槽宽度W_C，应用上述槽的与上述气体扩散层相对的部分的宽度。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的燃料电池，其特征在于，

在上述气体扩散层具有在厚度方向上层叠的n层构造的情况下，作为上述式（2）的气体扩散层的电导率σ，应用由下述式（3）计算出的电导率σ_layered，

（数学式2）

${\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{layered}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&sigma;}}_i\frac{t_i}{t}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

其中，σ_layered：具有n层构造的气体扩散层的电导率（S/m）

      t：气体扩散层的厚度（μm）

      σ_i：第i层的气体扩散层的电导率（S/m）

      t_i：第i层的气体扩散层的厚度（μm）。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的燃料电池，其特征在于，

在上述气体扩散层对于厚度方向的表面压力具有灵敏度的情况下，作为上述式（2）的气体扩散层的电导率σ，应用形成燃料电池状态下的电导率。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的燃料电池，其特征在于，

在上述隔板的气体流动方向不为一个方向的情况下，规定上述隔板的气体流动方向中的比例最大的方向为主流方向，作为上述式（2）的肋部宽度W_R，应用上述肋部的与上述主流方向大致垂直的截面中的宽度，作为上述式（2）的槽宽度W_C，应用上述槽的与上述主流方向大致垂直的截面中的宽度。

8.根据权利要求2至6中任一项所述的燃料电池，其特征在于，

在与上述肋部的厚度方向大致垂直的截面中的肋部配置形状为点状或岛状配置形状的情况下，

作为上述式（2）的肋部宽度W_R，计算出肋部的重心位置和连结该重心位置而形成的不重叠的三角形的重心位置，应用连结上述肋部的重心位置及上述三角形的重心位置而成的线段与该肋部的外形线的交点和该肋部的重心位置之间的距离乘以二所得的值，

作为上述式（2）的槽宽度WC，应用上述交点与上述三角形的重心位置之间的距离乘以二所得的值。

9.根据权利要求2至6中任一项所述的燃料电池，其特征在于，

在与上述肋部的厚度方向大致垂直的截面中的肋部配置形状为点状或岛状配置形状的情况下，

作为上述式（2）的肋部宽度W_R及槽宽度W_C，

计算出肋部的重心位置和通过连结该重心位置而形成的不重叠的三角形的重心位置，

连结上述肋部的重心位置及上述三角形的重心位置而成的线段与该肋部的外形线的交点和该肋部的重心位置之间的距离乘以二所得的肋部宽度W_Rcg以及上述交点与上述三角形的重心位置之间的距离乘以二所得的槽宽度W_Ccg中的、W_Ccg/（W_Ccg＋W_Rcg）最小的肋部宽度W_Rcg和槽宽度W_Ccg。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的燃料电池，其特征在于，

上述气体扩散层由位于上述膜电极接合体侧的气体扩散层基底层和位于上述隔板侧的气体扩散层基材层构成，

上述气体扩散层基底层含有碳和防水材料，

上述气体扩散层基材层含有金属多孔体。

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