CN104981929A - 燃料电池用气体扩散层、及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池用气体扩散层，由通过碳化物接合不连续碳纤维而得的多孔质碳纤维基材、和至少含有碳质粒子的多孔质层构成，多孔质层(A)以平均厚度t1为10～55μm的方式被配置于多孔质碳纤维基材的一个表面A，此外，多孔质层(J)渗入多孔质碳纤维基材的内部且其至少一部分还存在于相反侧的表面B，保持于多孔质碳纤维基材内部的空隙在厚度方向截面中所占的截面积的比例为5～40％，且多孔质层(A)及多孔质层(J)的孔隙率均为50～85％，且多孔质碳纤维基材的厚度为60～300μm，且多孔质碳纤维基材的松密度为0.20～0.45g/cm3。

Description

燃料电池用气体扩散层、及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种适用于燃料电池，特别是固体高分子型燃料电池的气体扩散层。更详细而言，涉及一种气体扩散层，为了提高发电性能，而在厚度方向上具有高的气体扩散性和高的排水性，并且为了能够在隔板的沟间防止气体的短路(short cut)，将从隔板供给的气体(氢气、氧气)均匀地供给至催化剂层，而平面方向的透气度低，并且机械特性、导电性、导热性优良。
背景技术
将含氢的燃料气体供给至阳极、将含氧的氧化气体供给至阴极，通过在两极发生的电化学反应而获得发电能力的固体高分子形燃料电池，一般而言具有如下构成：依次层叠有隔板、气体扩散层、催化剂层、电解质膜、催化剂层、气体扩散层、隔板。气体扩散层需要具有用于将从隔板所供给的气体扩散至催化剂的高的气体扩散性、用于将伴随电化学反应而生成的水排出至隔板的高的排水性、用于将产生的电流导出的高的导电性，且广泛使用由碳纤维等构成的气体扩散层(以下记载为气体扩散层)。
在燃料电池中，为了在宽泛的环境条件下提高其发电性能，需要在气体扩散层的厚度方向上提高气体扩散性和排水性。对于该要求，专利文献1中，提出了减小多孔质碳纤维基材的松密度的方法，专利文献2中，提出了将多孔质碳纤维基材变薄的方法。另一方面，为了将从隔板供给的气体(氢气、氧气)均匀地供给至催化剂层，且为了在隔板的沟间抑制气体的短路，需要减小在气体扩散层中平面方向的透气度(面内透气度)。对于此要求，专利文献3中提出了增大多孔质碳纤维基材的松密度的方法，专利文献4中提出了使多孔质层渗入多孔质碳纤维基材内的方法。但是，提高厚度方向的气体扩散性和排水性与减小平面方向的透气处于折中的关系，要以更高的层次使两者平衡而共存是困难的。另外，专利文献5中，为了改善厚度方向的气体扩散性，而提出了刻意地在多孔质层表面导入凹状结构的方法，但若反复进行发电，则有时在多孔质层的耐久性上产生问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-192379号公报
专利文献2：日本特开2005-149745号公报
专利文献3：日本特开2003-288906号公报
专利文献4：日本特开2008-27661号公报
专利文献5：日本特开2006-004787号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的课题鉴于相关现有技术的问题点，提供一种气体扩散层，通过提高厚度方向的气体扩散性和排水性而显示高的发电性能，且通过减小平面方向的透气度，而能够在隔板的沟间抑制气体的短路，进一步提供一种多孔质层表面的平滑性优良的气体扩散层。
用于解决课题的手段
本发明人等为了解决上述课题而进行了详尽研究，发现通过使用本发明的燃料电池用气体扩散层、及其制造方法，可解决上述课题。
为了解决所述课题，本发明的燃料电池用气体扩散层具有以下的构成。即，本发明的燃料电池用气体扩散层，由通过碳化物接合不连续碳纤维而得的多孔质碳纤维基材、和至少含有碳质粒子的多孔质层构成，多孔质层(A)以平均厚度t1为10～55μm的方式被配置于多孔质碳纤维基材的一个表面A，此外，多孔质层(J)渗入多孔质碳纤维基材的内部且其至少一部分还存在于相反侧的表面B，保持于多孔质碳纤维基材内部的空隙在厚度方向截面中所占的截面积的比例为5～40％，且多孔质层(A)及多孔质层(J)的孔隙率均为50～85％，且多孔质碳纤维基材的厚度为60～300μm，且多孔质碳纤维基材的松密度为0.20～0.45g/cm3。
根据本发明的优选的方式，所述多孔质层(A)和所述多孔质层(J)为不同的组成。
另外，根据本发明的另一优选的方式，所述多孔质层(A)和所述多孔质层(J)为同一组成。
另外，为了解决该课题，本发明的燃料电池用气体扩散层的制造方法具有下述构成。即，所述的燃料电池用气体扩散层的制造方法中，包含以下工序：浸渍工序(I)：使通过碳化物接合不连续碳纤维而得的多孔质碳纤维基材浸渍在至少含有碳质粒子和分散介质的分散液(1)中；以及配置工序(II)：在经历了浸渍工序(I)的多孔质碳纤维基材的一个表面A配置至少含有碳质粒子和分散介质的分散液(2)；将经历了配置工序(II)的多孔质碳纤维基材加热而烧结。
另外，在制造多孔质层(A)和多孔质层(J)为同一组成的本发明的另一优选的方式的燃料电池用气体扩散层的情况下，也可以采用以下的燃料电池用气体扩散层的制造方法，所述方法包含以下工序：配置浸渍工序(II-3)：在将至少含有碳质粒子和分散介质的分散液(2)配置于通过碳化物接合不连续碳纤维而得的多孔质碳纤维基材的一个表面A的同时，使其渗入到所述多孔质碳纤维基材的内部；将经历了配置浸渍工序(II-3)的多孔质碳纤维基材加热而烧结。
发明效果
根据本发明，可提供一种气体扩散层，通过提高厚度方向的气体扩散性和排水性而显示高的发电性能，且通过减小平面方向的透气度，可在隔板的沟间抑制气体的短路，并且多孔质层表面的平滑性优良。
附图说明
图1是本发明的燃料电池用气体扩散层的概略截面图，分别示出了(a)多孔质层(B)渗入多孔质碳纤维基材内部且至少其一部分还存在于相反侧的表面B的方式，(b)多孔质层(B)存在于多孔质碳纤维基材的相反侧的表面B的整个面的方式。
图2是在本发明中所使用的多孔质层的截面中，为识别空孔部分而进行利用二阶化的图像处理的示意图
图3是使用本发明的气体扩散层的膜电极接合体(MEA)的示意截面图。
具体实施方式
使用附图对本发明的燃料电池用气体扩散层进行说明。另外，本发明不受这些图所示的构成要素任何限制。
图1是本发明的燃料电池用气体扩散层的概略截面图。是一种燃料电池用气体扩散层(以下也简称为GDL)，由通过碳化物接合不连续碳纤维而得的多孔质碳纤维基材(以下也简称为CP)、和至少含有碳质粒子的多孔质层(以下也简称为MPL)构成，多孔质层(A)以平均厚度t1(μm)被配置于多孔质碳纤维基材的一个表面A，此外，多孔质层(J)渗入多孔质碳纤维基材的内部，且在该多孔质碳纤维基材的内部保持有空隙。以下，对各构成要素进行说明。
首先，对作为本发明的构成要素的多孔质碳纤维基材进行说明。
本发明中，多孔质碳纤维基材需要具有用于将从隔板供给的气体扩散至催化剂的高的气体扩散性、用于将伴随电化学反应而生成的水排出至隔板的高的排水性、用于将产生的电流导出的高的导电性。因此，优选使用具有导电性、平均细孔径为10～100nm的多孔质碳纤维基材。更具体而言，优选使用例如碳纤维织物、或碳纤维造纸物等碳纤维无纺布。其中，从吸收电解质膜的厚度方向的尺寸变化的特性、即“弹性”优良的方面出发，优选使用将碳纤维造纸物用碳化物接合而成的基材，即“碳纸”。本发明中，将碳纤维造纸物用碳化物接合而成的基材通常如后述，通过将树脂含浸于碳纤维的造纸物使其碳化而获得。
作为碳纤维，可列举聚丙烯睛(以下简称为PAN)系、沥青系、人造纤维系、气相成长系等碳纤维。其中，从机械强度优良的方面出发，在本发明中优选使用PAN系、沥青系碳纤维。
本发明中的碳纤维，优选单丝的平均直径在3～20μm的范围内，更优选为在5～10μm的范围内。若平均直径为3μm以上，则细孔径变大而排水性提高，可抑制溢流。另一方面，若平均直径为20μm以下，则水蒸气扩散性变小，可抑制干枯。另外，若使用具有不同的平均直径的两种以上的碳纤维，则可提高多孔质碳纤维基材的表面平滑性，故而优选。在此，碳纤维中的单纤维的平均直径，是用扫描式电子显微镜等显微镜，将碳纤维放大1000倍以上进行图像拍摄，随机选取不同的30根单纤维，测量其直径求得的其平均值。作为扫描式电子显微镜，可使用日立制作所(株)制S-4800，或与其同等的产品。
本发明中的碳纤维为不连续的，但具体而言，优选为单丝的平均长度在3～20mm的范围内，更优选为在5～15mm的范围内。若平均长度为3mm以上，则多孔质碳纤维基材的机械强度、导电性、热传导性优良，而优选。另一方面，若平均长度为20mm以下，则造纸时的碳纤维的分散性优良，可获得均质的多孔质碳纤维基材，故而优选。具有该平均长度的碳纤维可通过将连续的碳纤维裁切成希望的长度的方法等获得。
在此，碳纤维的平均长度，是以扫描式电子显微镜等显微镜，将碳纤维放大50倍以上进行图像拍摄，随机选取不同30根单纤维，测量其长度求得的其平均值。作为扫描式电子显微镜，可使用日立制作所(株)制S-4800，或与其同等的产品。另外，碳纤维中的单纤维的平均直径与平均长度，通常对于成为原料的碳纤维，直接观察其碳纤维而测定，但也可以观察多孔质碳纤维基材来进行测定。
在本发明中，多孔质碳纤维基材的细孔径优选为在20～80μm的范围内，更优选为在25～75μm的范围内，更优选为在30～70μm的范围内。若细孔径为20μm以上，则排水性提高，可抑制溢流。若细孔径在80μm以下，则导电性高，在高温、低温的任一情况中发电性也提高。
在此，多孔质碳纤维基材的细孔径，通过汞渗法求出在测定压力6kPa～414MPa(细孔径30nm～400μm)的范围内测定所获得的细孔径分布的峰值直径。另外，在出现多个峰值的情况下，采用最高的峰值的峰值直径。作为测定装置，可使用岛津制作所(株)制オートポア9520，或与其同等的产品。
本发明中，多孔质碳纤维基材优选含有碳质粒子。通过含有碳质粒子，可提高多孔质碳纤维基材本身的导电性。碳质粒子的平均粒径优选为0.01～10μm，更优选为1～8μm，进一步优选为3～6μm。另外，碳质粒子优选为石墨或碳黑的粉末，更优选为石墨粉末。碳质粒子的平均粒径可通过进行动态光散射测定，并由求得的粒径分布的数平均求得。
在本发明中，多孔质碳纤维基材的厚度为60～300μm，优选为70～250μm，更优选为80～200μm，且松密度为0.20～0.45/cm3，优选为0.22～0.43/cm3，更优选为0.24～0.40/cm3。若多孔质碳纤维基材的厚度为60μm以上，则机械强度变高而变得容易处理。由于厚度为300μm以下，从而多孔质碳纤维基材的截面积变小，由此，可抑制从流路到邻接流路的分流气体，流经流路的液体的气体量变多，因此，不仅容易抑制阻塞，而且用于排水的路径变短而改善溢流，低温下的发电性能提高。由于多孔质碳纤维基材的松密度为0.20g/cm3以上，从而机械强度变高而变得容易处理。由于松密度在0.45g/cm3以下，从而排水性及气体扩散性变高，故而优选。
另外，多孔质碳纤维基材的厚度以将多孔质碳纤维基材以面压0.15MPa加压时的厚度表示。具体而言，可通过下述方法获得：随机选取不同的20个以上的位置，并针对各位置，使用探针的截面为直径5mm的圆形的测微计，在片材的厚度方向上施加0.15MPa的面压而测定单独的厚度，并将测定的单独的厚度取平均。
另外，多孔质碳纤维基材的松密度可如下求得，通过使用电子天秤对从片材切出的10cm×10cm见方10片进行称量并求平均值，用求得的多孔质碳纤维基材的单位面积质量(每单位面积的质量)除以上述的多孔质碳纤维基材的厚度。
下面，对多孔质碳纤维基材为碳纸的情况进行更详细说明。
本发明中，将使树脂组合物含浸于含碳纤维的造纸物的物质记为“预浸体”。其中，控制预浸体中的碳纤维的单位面积质量、树脂成分相对于碳纤维的配合量，在制备适合本发明的多孔质碳纤维基材上是有效的。在此，通过减小预浸体中的碳纤维的单位面积质量，可获得低松密度的基材，且通过增大碳纤维的单位面积质量，可获得高松密度的基材。另外，通过减小树脂成分相对于碳纤维的配合量，可获得低松密度的基材，通过增加树脂成分的配合量，可获得高松密度的基材。另外，即使是同样程度的碳纤维的单位面积质量，也可以通过增大多孔质碳纤维基材的厚度而获得松密度低的基材，且通过减小厚度而可获得松密度高的基材。具有该松密度的多孔质碳纤维基材可以在后述的制造方法中，通过控制预浸体中的碳纤维的单位面积质量、树脂成分相对于碳纤维的配合量、及多孔质碳纤维基材的厚度而获得。
下面，对作为本发明构成要素的多孔质层进行说明。本发明中，对于多孔质层，分类为多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)。多孔质层通常相对于总量以质量分率计含有5～95％的碳质粒子。
多孔质层(A)是以有限的平均厚度t1配置于多孔质碳纤维基材的一个表面A的多孔质层，需要具有用于将从隔板供给的气体扩散至催化剂的高的气体扩散性、用于将伴随电化学反应而生成的水排出至隔板的高的排水性、用于将产生的电流导出的高的导电性，而且，需要具有促进水分向电解质膜的逆扩散的功能。因此，多孔质层(A)优选为具有导电性、平均细孔径为1～10nm的多孔质体，更具体而言，优选为例如将碳质粒子与疏水性树脂混合而形成的多孔质体。作为本发明中的碳质粒子，除了石墨、碳黑、石墨烯之外，还可举出单层纳米碳管、多层纳米碳管、气相成长碳纤维等碳纳米纤维、碳纤维研磨纤维等，其中，优选碳黑。碳质粒子的粒径优选为10～200nm。另外，碳质粒子的粒径是指通过透射电子显微镜所求得的粒径。进行测定倍率为50万倍且通过透射电子显微镜的观察，测定存在于该画面中的100个粒子的外径，并将其平均值作为粒状碳的粒径。在此，外径表示粒子的最大径(即表示粒子的长径、即粒子中的最长直径)。作为透射电子显微镜，可使用日本电子(株)制JEM-4000EX，或与其同等的产品。
本发明中，碳黑是指碳原子比例为80％以上，且一次粒径3～500nm左右的碳的微粒子。若使用碳原子比例为80％以上的碳黑，则多孔质层的导电性和耐腐蚀性会进一步提高。另一方面，若使用一次粒径为500nm以下的碳黑，则因单位质量的粒子密度的增加、结构的发展，从而多孔质层(A)的导电性、机械特性进一步提高。
本发明中，作为碳黑，可举出炉黑、槽黑、乙炔黑、热解碳黑等。其中，优选使用导电性高、且杂质含量少的乙炔黑。
就多孔质层(A)而言，为了提高导电性，也优选含有碳纳米纤维。由于含有碳纳米纤维，从而多孔质层(A)的孔隙率变大，导电性也变得良好。碳纳米纤维的纤维直径优选为1～1000nm，更优选为10～500nm。若使用纤维直径低于1nm的碳纳米纤维，则会有多孔质层(A)的孔隙率变小，排水性无法如预期那样提高的情况。另外，若使用纤维直径超过1000nm的碳纳米纤维，则会有多孔质层(A)的平滑性降低，阻塞性无法如预期那样提高的情况，还有接触电阻增加的情况。
本发明中，碳纳米纤维是指碳原子比例为90％以上，纵横比为10以上的纤维。因为碳纳米纤维的碳原子比例为90％以上、纵横比为10以上，所以如果使用该碳纳米纤维，则多孔质层的导电性、机械特性进一步提高。
另外，碳纳米纤维的纵横比是指通过透射电子显微镜求得的纤维直径和纤维长度之比。以50万倍的测定倍率通过透射电子显微镜进行观察，测定存在于该画面中的100个的纤维直径及长度，以平均纤维长度除以平均纤维直径而算出纵横比。作为透射电子显微镜，可使用日本电子(株)制JEM-4000EX，或与其同等的产品。
作为本发明中的碳纳米纤维，可列举单层纳米碳管、双层纳米碳管、多层纳米碳管、碳纳米角、碳纳米线圈、迭杯型纳米碳管、竹状纳米碳管、气相成长碳纤维、石墨纳米纤维。其中，从纵横比大，导电性、机械特性优良的观点来看，优选使用单层纳米碳管、双层纳米碳管、多层纳米碳管、气相成长碳纤维。气相成长碳纤维是通过催化剂使气相中的碳成长而得到的，可适宜地使用平均直径在5～200nm、平均纤维长度在1～20μm的范围的碳纤维。
多孔质层(A)中，为了施加疏水性树脂而提高排水性，除了上述碳黑及纳米碳纤等碳质粒子以外，可组合疏水性树脂组来使用。在此，作为疏水性树脂，可列举聚三氟氯乙烯树脂(PCTFE)、聚四氟乙烯树脂(PTFE)、聚偏氟乙烯树脂(PVDF)、四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物(FEP)、四氟乙烯和全氟丙基乙烯基醚的共聚物(PFA)、四氟乙烯和乙烯的共聚物(ETFE)等氟树脂。在此，氟树脂是指其结构中含有氟原子的具有疏水性的树脂。
在多孔质层(A)中配合疏水性树脂的情况下，其配合量相对于多孔质层(A)的碳质粒子100质量份，优选为1～70质量份，更优选为5～60质量份。若疏水性树脂的配合量为1质量份以上，则多孔质层(A)成为排水性和机械强度更优良的层，若疏水性树脂的配合量为70质量份以下，则多孔质层(A)成为导电性更优良的层。作为构成多孔质层(A)的碳质粒子，也可以为例如将乙炔黑等碳黑与碳纳米纤维混合而成的粒子。
多孔质层(A)的平均厚度t1在10～55μm的范围内是重要的，优选为在15～50μm，更优选为在20～45μm的范围内。若t1为10μm以上，则可防止多孔质碳纤维基材的碳单纤维刺入电解质膜，若t1为55μm以下，则可使多孔质层(A)的电阻变小，进而可使多孔质层(A)表面的裂缝存在频率成为1mm见方中为1处以下，所以优选。
在此，可通过从气体扩散层整体的平均厚度减去预先测定的配置有多孔质层(J)及多孔质层(B)的多孔质碳纤维基材的平均厚度来求得多孔质层(A)的平均厚度t1。另外，气体扩散层整体的厚度、以及配置有多孔质层(J)及多孔质层(B)的多孔质碳纤维基材的厚度可通过与上述多孔质碳纤维基材的厚度相同的方法来进行测定。
另外，多孔质层(A)表面的裂缝数通过光学显微镜等显微镜，在多孔质层(A)的表面上随机选取不同的5处，放大50～100倍左右进行图像拍摄，对存在于任意的1mm见方的区域中的独立裂缝数进行计数，并以计算各图像中的裂缝数的平均值的值来表示。作为光学显微镜，可使用(株)キーエンス制数字显微镜，或与其同等的产品。
多孔质层(J)是渗入多孔质碳纤维基材的内部的多孔质层，需要具有用于将从隔板所供给的气体扩散至催化剂的高的气体扩散性、用于将伴随电化学反应而生成的水排出至隔板的高的排水性、用于将产生的电流导出的高导电性，而且，为了要防止阻塞而使面内透气度下降，需要渗入多孔质碳纤维基材的内部。因此，多孔质层(J)优选为具有导电性、平均细孔径为1～10nm的多孔质体，更具体而言，可举出与多孔质层(A)同样的多孔质体，优选为例如将碳质粒子与疏水性树脂混合而形成的多孔质体。作为碳质粒子，可使用上述的材料。
多孔质层(J)可与多孔质层(A)为同一组成，也可以为不同组成，但在多孔质层(J)和多孔质层(A)所期望的功能不同的情况下，可以认为优选的方式为不同的组成。即，有时多孔质层(A)特别是为了实现高的气体扩散性而需要为疏松的结构，多孔质层(J)特别是为了实现高的导电性及保湿性而需要为紧密的结构。因此，如上述，调配成各自适合的不同的组成可说是较为适宜。
另外，为了进一步提高高度加湿运转时的排水性，可认为优选的方式是多孔质层(J)与多孔质层(A)为同一组成。该情况下，如后述，在形成多孔质层(A)及多孔质层(J)时，可仅使用一种分散液，也具有可有效率地制造气体扩散层的优点。
多孔质层(J)与多孔质层(A)同样，为了提高导电性，也优选包含碳纳米纤维。通过包含碳纳米纤维，多孔质层(J)的孔隙率变大，导电性也变得良好。碳纳米纤维的纤维直径优选为1～1000nm，更优选为10～500nm。若使用纤维直径低于1nm的碳纳米纤维，则多孔质层(J)的孔隙率变小，有时无法如期待那样提高排水性。另外，若使用纤维直径超过1000nm的碳纳米纤维，则多孔质层(J)向多孔质碳纤维基材的内部渗入的量减少，有时面内透气度无法如预期那样降低。
多孔质层(J)与多孔质层(A)同样，为了施加疏水性树脂而提高排水性，可将上述碳黑或碳纳米纤维和疏水性树脂组合使用。在此，作为疏水性树脂，可举出与上述同样的氟树脂。
多孔质层(J)中的疏水性树脂的配合量与多孔质层(A)同样，相对于多孔质层(J)的碳质粒子100质量份，优选为1～70质量份，更优选为5～60质量份。通过使疏水性树脂的配合量在该范围内，具有与描述关于多孔质层(A)的情况相同的优点。作为构成多孔质层(J)的碳质粒子，可举出与多孔质层(A)同样的材料，例如，也可以将乙炔黑等的碳黑与碳纳米纤维混合。
多孔质层(J)优选为孔隙率为50～85％，更优选为60～80％。若多孔质层(J)的孔隙率为50％以上，则从气体扩散层的排水性及气体扩散性更高，若多孔质层(J)的孔隙率为85％以下，则多孔质层(J)成为机械强度优良的层。可通过碳质粒子的配合比例及疏水性树脂的配合比例来进行孔隙率的调整。
多孔质层(J)渗入多孔质碳纤维基材的内部且其至少一部分还存在于相反侧的表面B。多孔质层(J)虽然渗入多孔质碳纤维基材的内部，但保持于多孔质碳纤维基材内部的空隙的厚度方向截面中所占的截面积的比例需要为5～40％。另外，以下将保持于多孔质碳纤维基材的内部的空隙的厚度方向截面中所占的截面积的比例称为空隙率。若空隙率为5％以上，则从气体扩散层的排水性及气体扩散性变高。另外，若空隙率为40％以下，则面内透气度下降，可防止阻塞。可通过调整由碳质粒子和分散介质构成的分散液(1)中的碳质粒子的浓度及疏水性树脂的浓度来控制空隙率。另外，由于多孔质层(J)至少一部分也存在于相反侧的表面B，从而能够降低气体扩散层与隔板的接触电阻，可提高发电效率。
要确认多孔质层(J)是否渗入多孔质碳纤维基材的内部，且其至少一部分还存在于相反侧的表面B，可通过利用扫描式电子显微镜等显微镜放大为400倍左右而观察气体扩散层截面进行确认。在此，多孔质层(J)渗入多孔质碳纤维基材的内部且其至少一部分还存在于相反侧的表面B是指，在多孔质碳纤维基材的截面以及相反侧的表面B的至少一部分可观察到多孔质层(J)。空隙率可通过从与气体扩散层的片材面垂直的截面随机选取不同的5个位置，用扫描式电子显微镜等以400倍左右放大进行图像拍摄，通过图像处理二阶化而计算多孔质碳纤维基材内部的个别的空隙率，并计算各图像中的单独的空隙率的平均值来求得。关于图像处理可以通过例如下述的方法进行。
·计算处理区域的面积(纵像素数×横像素数)，作为总面积。
·将图像进行9像素平均(纵像素数3×横像素数3)，作为去除像素单元的噪声的图像1。
·抽出图像1中、空隙以外的部分具有所检出的任意平均辉度值以上或平均辉度值以下的辉度的区域(多孔质层及碳纤维截面)，作为图像2。
·图像2中，仅保留面积100像素以上的岛，作为图像3。
·将图像3进行半径2.5像素的圆形封闭处理(填补小的孔)，作为图像4。
·求得图像4(＝非空隙的部分)的面积。
·用从总面积减去了图像4的面积的空隙面积除以总面积，算出单独的空隙率。
这样求得5个位置的单独的孔隙率，并计算其平均值，以作为孔隙率。另外，作为扫描式电子显微镜，可使用日立制作所(株)制S-4800，或与其同等的产品，作为图像处理软件，可使用MVTec社制“HALCON”(注册商标)9.0，或与其同等的产品。
另外，本发明中，优选多孔质层(A)的内部的裂缝的存在频率小于多孔质层(J)的裂缝的存在频率。由于多孔质层(J)存在于多孔质碳纤维基材中，所以在作为燃料电池使用时不易直接承受电解质膜的膨胀收缩所造成的负载，但多孔质层(A)容易直接承受该负载，从耐久性的观点来看，特别是多孔质层(A)优选为裂缝的存在频率较低。另一方面，从气体扩散性的观点来看，优选裂缝的存在频率较高。从以上两点来看，优选为处于多孔质层(A)内部的裂缝的存在频率小于多孔质层(J)的裂缝的存在频率的关系。多孔质层的裂缝的存在频率可从与气体扩散层的片材面垂直的多孔质层的截面随机选取不同的5个位置，用扫描式电子显微镜等，以400倍左右放大而进行图像拍摄，并对连续相连的裂缝长度为10μm以上的独立裂缝进行计数而求得。
多孔质层(B)是在多孔质碳纤维基材中根据需要配置于配置有多孔质层(A)的一个表面A的相反侧的表面B的多孔质层。若配置多孔质层(B)，则可更有效防止阻塞，特别是可更进一步降低与隔板的接触电阻。在配置多孔质层(B)的情况下，多孔质层(B)需要具有用于将从隔板供给的气体扩散至催化剂的高的气体扩散性、用于将伴随电化学反应生成的水排出至隔板的高的排水性、用于将产生的电流导出的高的导电性。因此，多孔质层(B)优选为具有导电性、平均细孔径为1～10nm的多孔质体。更具体而言，可举出与多孔质层(A)同样的多孔质体。
多孔质层(B)与多孔质层(A)同样，为提高导电性而也优选含有碳纳米纤维。因为含有碳纳米纤维，从而多孔质层(B)的孔隙率变大，导电性也良好。碳纳米纤维的纤维直径优选为1～1000nm，更优选为10～500nm。若使用纤维直径低于1nm的碳纳米纤维，则多孔质层(B)的孔隙率变小，有时不能如预期那样提高排水性。另外，若使用纤维直径超过1000nm的碳纳米纤维，则多孔质层(B)的平滑性降低，有时不能如预期那样提高阻塞性，还有时接触电阻增加。
多孔质层(B)中，与多孔质层(A)同样，为了赋予疏水性树脂而提高排水性，可将上述碳黑及碳纳米纤维与疏水性树脂组合而使用。在此，作为疏水性树脂，可举出与上述同样的氟树脂。
多孔质层(B)中的疏水性树脂的配合量与多孔质层(A)同样，相对于多孔质层(B)的碳质粒子100质量份，优选为1～70质量份，更优选为5～60质量份。通过使疏水性树脂的配合量在该范围内，具有与叙述多孔质层(A)相同的优点。作为构成多孔质层(B)的碳质粒子，可举出与多孔质层(A)同样的粒子，也可以将乙炔黑等碳黑与碳纳米纤维混合。
多孔质层(B)的平均厚度t2优选为在0～20μm的范围内，更优选为3～10μm。如图1(A)所示，如果多孔质层(J)渗入多孔质碳纤维基材的内部且其至少一部分还存在于相反侧的表面B，则多孔质层(B)的平均厚度实际上可为0μm，即也可以不配置多孔质层(B)。另外，如图1(b)所示，若厚度遍及相反侧的表面B的整面为3μm以上，则在将多孔质层(B)朝向隔板侧使用时，可降低隔板与气体扩散层的界面的间隙，不仅因面内透气度降低而带来的阻塞防止的效果进一步提高，而且如上述，能够进一步降低与隔板的接触电阻，可更进一步提高发电效率。另一方面，若多孔质层(B)的厚度t2超过20μm，则排水性比预期差，所以不优选，从排水性的观点来看，更优选为10μm以下。在此，多孔质层(B)的平均厚度t2可通过从气体扩散层整体的平均厚度减去多孔质碳纤维基材的厚度、及多孔质层(A)的平均厚度t1而求得。
多孔质层(B)更优选与上述多孔质层(J)为同一组成。若多孔质层(B)和多孔质层(J)为同一组成，则可省略涂布多孔质层(B)的工序。
多孔质层(A)及多孔质层(J)的孔隙率都需要为50～85％，优选为60～80％。由于孔隙率为50％以上，从而从气体扩散层的排水性及气体扩散性提高，由于孔隙率为85％以下，从而孔质层成为机械强度优良的层。另外，多孔质层(B)的孔隙率也优选在上述范围内。其中，还优选为多孔质层(A)的孔隙率大于多孔质层(B)或多孔质层(J)中任一者的孔隙率。在未配置多孔质层(B)的情况下，优选为多孔质层(A)的孔隙率大于多孔质层(J)的孔隙率。由于多孔质层(A)的孔隙率大于多孔质层(B)或多孔质层(J)中任一者的孔隙率，从而可充分确保气体扩散性，故而优选。孔隙率的调整可通过碳质粒子的配合比例及疏水性树脂的配合比例来进行。
另外，多孔质层(A)、多孔质层(B)、及多孔质层(J)各自的孔隙率可通过利用扫描式电子显微镜等显微镜，从与气体扩散层的片材面垂直的截面随机选取不同的5个位置，以20000倍左右放大而进行图像拍摄，通过图像处理二阶化，并使用经二阶化的图像测量单独的孔隙率，计算在各图像的单独孔隙率的平均值来求得。关于图像处理，可通过例如下述的方法进行。
·计算处理区域的面积(纵像素数×横像素数)，作为总面积。
·将图像进行9像素平均(纵像素数3×横像素数3)，作为去除像素单元的噪声的图像1。
·在图像1中，将空孔外的部分具有检出的任意的平均辉度值以上的辉度的区域(多孔质层截面)抽出，作为图像2。
·在图像2中，仅保留面积100像素以上的岛，作为图像3。
·对图像3进行半径2.5像素的圆形封闭处理(填埋小孔)，作为图像4。将拍摄图像4的一例示于图2。
·求得图像4(＝非空孔部分)的面积。
·用从总面积减去了图像4面积的空孔面积除以总面积，算出单独的孔隙率。
这样求得5个位置单独的孔隙率，并计算其平均值，作为孔隙率。另外，作为扫描式电子显微镜，可使用日立制作所(株)制S-4800，或与其同等的产品，作为图像处理软件，可使用MVTec社制“HALCON”(注册商标)9.0，或与其同等的产品。
下面，对适合得到本发明的气体扩散层的制造方法进行具体说明。
＜碳纤维无纺布＞
为了得到含碳纤维的无纺布，可使用使碳纤维分散于液体中来制造的湿式法、使其分散于空气中来制造的干式法等。其中优选使用可获得较薄的碳纤维无纺布的湿式造纸法。将通过湿式造纸法获得的碳纤维无纺布称为碳纤维造纸物。
出于降低面内透气度的目的，也优选在碳纤维中混入纸浆来造纸。作为纸浆，可使用木材纸浆、甘蔗渣纸浆、草类纸浆等天然纸浆、纤维化的聚乙烯纤维、维纶纤维、聚缩醛纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、人造丝纤维、丙烯酸系纤维、芳香酰胺纤维等合成纸浆。
就碳纤维无纺布而言，出于确保其面内的导电性、热传导性的目的，优选为碳纤维随机地分散于二维面内的片状。
无纺布中的细孔径分布虽然受到碳纤维的含有率及分散状态的影响，但大致可形成为20～100μm左右的大小。
无纺布优选为碳纤维的单位面积质量在10～60g/m2的范围内，更优选在20～50g/m2的范围内。若碳纤维的单位面积质量为10g/m2以上，则多孔质碳纤维基材成为机械强度优良的材料，若在60g/m2以下，则多孔质碳纤维基材成为气体扩散性与排水性更优良的材料。另外，在贴合多个无纺布的情况下，在贴合的后，优选碳纤维的单位面积质量在上述的范围内。
在此，就多孔质碳纤维基材中的碳纤维的单位面积质量而言，可将裁切成10cm见方的无纺布在氮气气氛下，在温度450℃的电炉内保持15分钟，将剩余的质量除以无纺布的面积(0.01m2)而求得。
＜预浸体的制造方法＞
将树脂组合物含浸于含碳纤维的无纺布而制作预浸体。作为将树脂组合物含浸于含碳纤维的无纺布的方法，可使用将无纺布浸渍于含树脂组合物的溶液中的方法、将含树脂组合物的溶液涂布于无纺布的方法、将由树脂组合物构成的薄膜重叠而转印于无纺布的方法等。其中，从生产性优良的观点来看，优选使用将无纺布浸渍于含树脂组合物的溶液中的方法。
在此，作为树脂组合物，使用在烧成时碳化而成为导电性的碳化物的组合物。由此，在烧成后，可成为用碳化物接合不连续的碳纤维的结构。树脂组合物是指根据需要而在树脂成分中添加了溶剂等的组合物。树脂成分为包含热固化性树脂等树脂，进而根据需要包含碳系填料、表面活性剂等添加物的成分。另外，优选树脂组合物中所含的树脂成分的碳化率为40质量％以上。若碳化率为40质量％以上，则多孔质碳纤维基材的机械特性、导电性、热传导性优良，故而优选。碳化率越高越好，但以现有的技术水准，通常为70质量％以下。
作为构成树脂成分的树脂，可举出酚醛树脂、环氧树脂，三聚氰胺树脂、呋喃树脂等热固性树脂。其中，从碳化收率高的观点来看，优选使用酚醛树脂。另外，作为树脂成分中根据需要添加的添加物，出于提高多孔质碳纤维基材的机械特性、导电性、热传导性的目的，可包含以上述碳质粒子为代表的碳系填料。在此，作为碳系填料，可使用碳黑、纳米碳管、碳纳米纤维、碳纤维的研磨纤维、石墨等。
树脂组合物可直接使用具有上述的构成的树脂成分，也可以根据需要出于提高对于造纸物的含浸性的目的，包含各种溶剂。在此，作为溶剂，可使用水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮等。
相对于碳纤维100质量份优选含浸树脂成分30～400质量份，更优选含浸50～300质量份。若树脂成分的含浸量为30质量份以上，则多孔质碳纤维基材成为机械特性、导电性、热传导性优良的基材，故而优选。另一方面，若树脂成分的含浸量在400质量份以下，则多孔质碳纤维基材成为气体扩散性优良的基材，故而优选。
＜贴合、热处理＞
可以在形成预浸体之后，在进行碳化前，进行预浸体的贴合及热处理。出于使多孔质碳纤维基材成为规定厚度的目的，可贴合多个预浸体。该情况下，可贴合多个具有相同性状的预浸体，也可以贴合多个具有不同的性状的预浸体。具体而言，也可以贴合多个碳纤维的平均直径、平均长度、造纸物的碳纤维单位面积质量、树脂成分的含浸量等不同的预浸体。
出于使树脂组合物增粘、部分地交联的目的，可对预浸体进行热处理。作为热处理的方法，可使用吹付热风的方法、被加压装置等热板夹持并加热的方法、被连续带夹持并加热的方法等。
＜碳化＞
将树脂组合物含浸于碳纤维无纺布之后，为了进行碳化，在惰性气体气氛下进行烧成。这样的烧成也可以使用间歇式的加热炉，也可以使用连续式的加热炉。另外，惰性气体气氛可通过在炉内流入氮气、氩气等惰性气体而获得。
烧成的最高温度优选在1300～3000℃的范围内，更优选在1700～2850℃的范围内，进一步优选在1900～2700℃的范围内。若最高温度为1300℃以上，则树脂成分的碳化进行，多孔质碳纤维基材成为导电性、热传导性优良的基材，故而优选。另一方面，若最高温度在3000℃以下，则加热炉的运转成本变低，所以优选。另外，本发明中，将在含碳纤维的无纺布中含浸树脂组合物后碳化的基材记载为“多孔质碳纤维基材”。
＜疏水加工＞
本发明中，出于提高排水性的目的，也可以对多孔质碳纤维基材实施疏水加工。疏水加工可通过对多孔质碳纤维基材施加疏水性树脂来进行。作为疏水性树脂，没有特别限定，但可例示例如上述那样的氟树脂。疏水性树脂的施加量相对于多孔质碳纤维基材100质量份优选为1～50质量份，更优选为3～40质量份。若疏水性树脂的施加量为1质量份以上，则多孔质碳纤维基材成为排水性更优良的基材，若为50质量份以下，则多孔质碳纤维基材成为导电性更优良的基材。
在此，疏水性树脂若在多孔质碳纤维基材中偏置配置于后述多孔质层(A)侧，则能够不使从催化剂层侧向隔板侧的排水性降低，而将高价的疏水性树脂的配合量控制在最小限度，故而优选。为了确认疏水性树脂在多孔质碳纤维基材的中是否偏置，将气体扩散层的截面用扫描式电子显微镜等显微镜放大为400倍左右，通过能量分散型X光分析装置、或电子束微量分析仪等来分析截面方向的氟的浓度分布即可。
下面，对本发明中适于在多孔质碳纤维基材中形成多孔质层的第一方法进行说明。
＜含浸工序(I)：多孔质层(J)的形成＞
多孔质层(J)通过使将碳质粒子分散于水或有机溶剂等分散介质中的分散液(1)渗入多孔质碳纤维基材的内部而形成。分散液(1)中通常混合与上述疏水加工中使用的材料同样的疏水性树脂。渗入的方法可使用浸渍法、口模涂机涂布、接触涂布、网版印刷、滚网印刷、喷涂喷雾、凹版印刷、照相凹版印刷、棒涂布、刮刀涂布等，但优选使用能够均匀地渗入内部的浸渍法。为了以使空隙率成为5～40％的方式进行含浸，可适当调制分散液的组成及固体成分的比例。
另外，分散液(1)及后述的分散液(2)、分散液(3)中，也可以含有表面活性剂等分散助剂。另外，作为分散液(1)及后述的分散液(2)、分散液(3)中所使用的分散介质，优选为水，而分散助剂更优选使用非离子性的表面活性剂。
＜挤压工序(I-2)＞
在工序(I)之后，也可以通过使用刮刀或挤压辊将附着于多孔质碳纤维基材表面的多余的分散液(1)去除而将空隙率调整为5～40％。刮刀可适当选择橡胶制、塑料制、金属制等。挤压辊也可以适当选择橡胶制、塑料制、金属制等，可适当选择夹持法、清除法等。
＜干燥工序(I’)：多孔质层(J)的干燥＞
经历了含浸工序(I)及根据需要的挤压工序(I-2)的多孔质碳纤维基材在投入下一工序之前，优选以80～200℃的温度加热而将分散液(1)中的分散介质去除(干燥)。
＜配置工序(II)：多孔质层(A)的形成＞
多孔质层(A)通过在多孔质碳纤维基材的一个表面A涂布将碳质粒子分散于水及有机溶剂等分散介质中的分散液(2)而形成。分散液(2)中通常混合与上述疏水加工中所使用的材料相同的疏水性树脂。涂布方法可使用口模涂机涂布、接触涂布、网版印刷、滚网印刷、喷涂喷雾、凹版印刷、照相凹版印刷、棒涂布、刮刀涂布等，但为了能够不受多孔质碳纤维基材的表面粗糙度的影响而实现涂布量的定量化，优选使用口模涂机涂布。
＜干燥工序(II’)：多孔质层(A)的干燥＞
经历了配置工序(II)的多孔质碳纤维基材在投入下一工序之前，优选以80～200℃的温度加热，而将分散液(2)中的分散介质去除(干燥)。
另外，在多孔质碳纤维基材上形成多孔质层时，在制造多孔质层(A)和多孔质层(J)为同一组成的本发明的优选的燃料电池用气体扩散层的情况下，可采用包含以下的配置含浸工序(II-3)的第二方法来代替上述工序。
＜配置含浸工序(II-3)＞
多孔质层(A)通过在多孔质碳纤维基材的一个表面A涂布将碳质粒子分散于水及有机溶剂等分散介质中的分散液(2)，并使分散液(2)的一部分残留于表面，同时使剩余的一部分的分散液(2)渗入多孔质碳纤维基材内部而形成。在分散液(2)中，通常混合与上述疏水加工中所使用的材料相同的疏水性树脂。涂布方法可使用口模涂机涂布、接触涂布、网版印刷、滚网印刷、喷涂喷雾、凹版印刷、照相凹版印刷、棒涂布、刮刀涂布等，但优选为使用不受多孔质碳纤维基材的表面粗糙度影响而能够精准控制涂布量，且容易控制对多孔质碳纤维基材内部的渗入程度的口模涂机涂布。为了控制使分散液(2)对多孔质碳纤维基材内部渗入的量，在使用口模涂机涂布的情况下，调整涂布速度、排出速度、排出口和多孔质碳纤维基材的清除及分散液粘度等即可。
＜干燥工序(II-3’)：多孔质层(A)的干燥＞
经历了配置含浸工序(II-3)的多孔质碳纤维基材在投入下一工序之前，优选以80～200℃的温度加热，将分散液(2)中的分散介质去除(干燥)。
＜相反侧的表面配置工序(II-2)：多孔质层(B)的形成＞
根据需要，在经历了配置工序(II)或配置含浸工序(II-3)的多孔质碳纤维基材上形成多孔质层(B)。多孔质层(B)通过在涂布有多孔质层(A)的多孔质碳纤维基材的一个表面A的相反侧的表面B涂布将碳质粒子分散于水及有机溶剂等分散介质中的分散液(3)而形成。分散液(3)中，通常混合与上述疏水加工中所使用的材料相同的疏水性树脂。涂布方法可使用口模涂机涂布、接触涂布、网版印刷、滚网印刷、喷涂喷雾、凹版印刷、照相凹版印刷、棒涂布、刮刀涂布等，但其中，由于接触涂布及网版印刷较其它方法易于进行在背面涂布时的涂布量的调整，所以优选在本发明中采用。
采用含浸工序(I)的方法的情况下，在形成多孔质层(J)时，还优选在多孔质碳纤维基材的至少一个表面形成与多孔质层(J)同一组成的多孔质层(B)。该情况下，可省略相反侧的表面配置工序(II-2)及干燥工序(II-2’)。
＜干燥工序(II-2’)：多孔质层(B)的干燥＞
经历了相反侧的表面配置工序(II-2)的多孔质碳纤维基材在投入下一工序的前，优选以80～200℃的温度加热，而将分散液(3)中的分散介质去除(干燥)。
＜烧结工序(III)：＞
使经历了配置工序(II)或配置含浸工序(II-3)的多孔质碳纤维基材在根据需要而经历干燥工序(II’)、相反侧的表面配置工序(II-2)、干燥工序(II-2’)、干燥工序(II-3’)等之后，投入或通过马弗炉、烧成炉或高温型的干燥机，在300～380℃加热1～30分钟而烧结。通过进行烧结，在使用疏水性树脂的情况下，将其溶融，成为碳质粒子彼此的粘合剂，形成多孔质层。
以上所示的涂布方法仅用于例示，并不必限定于它们。
下面，使用图3对使用本发明的气体扩散层的膜电极接合体(MEA)及燃料电池进行说明。
本发明中，能够通过将上述的气体扩散层接合于两面具有催化剂层9的固体高分子电解质膜8的至少一面，而构成膜电极接合体。此时，在催化剂层9侧配置多孔质层(A)1，即，优选为以多孔质层(A)1与催化剂层9相接的方式构成膜电极接合体。
通过在该膜电极接合体的两侧具有隔板(图中未显示)，构成燃料电池。通常，通过层叠多个在该膜电极接合体的两侧经由密合垫以隔板夹住的构造，构成固体高分子型燃料电池。催化剂层9由含有固体高分子电解质和担持催化剂的碳的层构成。通常使用铂作为催化剂。在向阳极侧供给含一氧化碳的改性气体的燃料电池中，优选为使用铂及钌作为阳极侧的催化剂。固体高分子电解质优选为使用质子传导性、耐氧化性、耐热性高的全氟磺酸系的高分子材料。该燃料电池单元及燃料电池的构成本身是人们熟知的。
实施例
下面，通过实施例更具体地说明本发明。以下表示实施例中所使用的各种特性的测定方法。
＜气体扩散层整体的厚度等的测定＞
多孔质碳纤维基材的厚度、气体扩散层整体的厚度、以及配置多孔质层(J)及多孔质层(B)的多孔质碳纤维基材的厚度如下求出。即，通过从要测定的片状的试片随机选取不同的20个位置，使用探针截面为直径5mm的圆形的ニコン(株)制测微计MF-501，在以面压0.15MPa加压的状态下，对各位置测定单独的厚度，并将测定的单独厚度取平均而求得基材的厚度。
＜多孔质层(A)的厚度t1的测定＞
多孔质层(A)的平均厚度t1通过从气体扩散层整体的平均厚度减去预先测定的配置有多孔质层(J)及多孔质层(B)的多孔质碳纤维基材的平均厚度而求得。
＜多孔质层(B)的厚度t2的测定＞
多孔质层(B)的平均厚度t2通过从气体扩散层整体的平均厚度减去多孔质碳纤维基材的厚度、及多孔质层(A)的平均厚度t1而求得。
＜多孔质碳纤维基材的松密度测定＞
多孔质碳纤维基材的松密度通过以使用电子天秤测量的多孔质碳纤维基材的单位面积质量除以多孔质碳纤维基材的厚度(每单位面积的质量)而求得。
＜空隙率＞
在与片材面垂直的面切断气体扩散层并进行前加工，然后将使用日本电子(株)制クロスクションポリッシャーSM-9010制作的截面当作观察试片。
接着，使用日立ハイテクノロジーズ(株)制的电场发射式扫描电子显微镜(FE-SEM)S-4800，放大为400倍，进行拍摄使气体扩散层的厚度方向全部进入图像，确认了多孔质层(A)配置于多孔质碳纤维基材的一个表面，进而多孔质层(J)渗入多孔质碳纤维基材的内部而其至少一部分还存在于相反侧的表面B，且多孔质碳纤维基材的内部保持有空隙。从截面随机选取不同的5个位置，对于各处，使用MVTec社制图像处理软件HALCON9.0，通过下述图像处理进行二阶化来求得个别的空隙率。
(图像处理)
·计算处理区域的面积(纵像素数x横像素数)，作为总面积。
·将图像进行9像素平均(纵像素数3×横像素数3)，作为去除像素单元噪声的图像1。
·在图像1中，抽出空隙外的部分具有所检出的任意平均辉度值以上或平均辉度值以下的辉度的区域(多孔质层以及碳纤维截面)，作为图像2。
·在图像2中，仅留下面积100像素以上的岛，作为图像3。
·对图像3进行半径2.5像素的圆形封闭处理(填埋小孔)，作为图像4。
·求得图像4(＝非空隙部分)的面积。
·从总面积减去图像4的面积的空隙面积除以总面积，算出单独的空隙率。
这样求得5个位置单独的空隙率，并计算其平均值，作为空隙率。
＜多孔质层的孔隙率＞
使用与空隙率相同的观察试片。
接着，从观察试片的多孔质层截面随机选取不同的5个位置，对于各处，使用利用日立ハイテクノロジーズ(株)的电场发射式扫描电子显微镜(FE-SEM)S-4800放大为20000倍的图像，并使用MVTec社制图像处理软件HALCON9.0，通过下述的图像处理二阶化求得。
(图像处理)
·计算处理区域的面积(纵像素数×横像素数)，作为总面积。
·将图像进行9像素平均(纵像素数3×横像素数3)，作为去除像素单元的噪声的图像l。
·在图像1中，抽出空孔外的部分具有检出的任意平均辉度值以上的辉度的区域(多孔质层截面)，作为图像2。
·在图像2中，仅留下面积100像素以上的岛，作为图像3。
·对图像3进行半径2.5像素的圆形封闭处理(填埋小孔)，作为图像4。
·求得图像4(＝非空孔部分)的面积。
·从总面积减去图像4的面积的空孔面积除以总面积，算出单独的孔隙率。
这样求得5个位置单独的孔隙率，计算其平均值，作为孔隙率。
＜多孔质层(A)及多孔质层(B)的表面的裂缝数＞
使用キーエンス(株)制数字显微镜，放大为50倍，计算存在于任意1mm见方区域的独立的裂缝数而求得。
＜固体高分子型燃料电池的发电性能评价＞
通过一次加入担持铂的碳(田中贵金属工业(株)制，铂担持量：50质量％)1.00g、精制水1.00g、“Nafion”(注册商标)溶液(Aldrich社制“Nafion”(注册商标)5.0质量％)8.00g、异丙醇(ナカライテスク社制)18.00g，制成催化剂液。
接着，将催化剂液通过喷涂涂布于裁切成7cm×7cm的“Naflon”(注册商标)PTFE带“TOMBO”(注册商标)No.9001(ニチアス(株)制)，使其在室温下干燥，制成铂量为0.3m/cm2的带催化剂层的PTFE片材。接着，用两片带催化剂层的PTFE片材夹住裁切成10cm×10cm的固体高分子电解质膜“Nafion”(注册商标)NRE-211cs(DuPont社制)，用平板加压机一边加压至5Mpa一边以130℃热压，将催化剂层转印于固体高分子电解质膜。加压后，将PTFE片材剥离，制成带催化剂层的固体高分子电解质膜。
接着，将该带催化剂层的固体高分子电解质膜用裁切成7cm×7cm的两片的气体扩散层夹住，用平板加压机一边加压至3MPa一边以130℃热压，制成膜电极接合体。另外，气体扩散层被配置为具有多孔质层(A)的面与催化剂层侧接触。
将所得的膜电极接合体组装于燃料电池评价用单电池，测定变化电流密度时的电压。在此，作为隔板，使用沟宽度为1.5mm、沟深度为1.0mm、肋宽度1.1mm的单一流路的蛇型隔板。另外，对阳极侧供给加压至210kPa的氢气，对阴极侧供给加压至140kpa的空气，进行评价。另外，氢、空气均通过设定为70℃的加湿器进行加湿。另外，分别将氢气、空气中的氧的利用率设为80％、67％。
首先，将运转温度维持在65℃，测定将电流密度设定为2.2A/cm2的情况下的输出电压，将其用作耐溢流性(低温性能)的指标。抗阻塞性通过观察在该电流密度2.2A/cm2下保持30分钟时的发电性能的瞬间降低频率来评价。即，计数30分钟内输出电压成为0.2V以下的次数，将7次以上设为C，次数在5～6次设为B，3-4次设为A，2次以下设为S。接着，将电流密度设定为1.2A/cm2，并将运转温度从80℃开始，保持5分钟，历时5分钟上升2℃，重复升温操作并测定输出电压，求得可发电的临界温度，将其用作耐干涸性(高温性能)的指标。
(实施例1)
将东丽(株)制聚丙烯睛系碳纤维“トレカ”(注册商标)T300(平均单纤维径：7μm)裁切成12mm的长度，经过以水作为抄造媒介连续抄造，进而浸渍于聚乙烯醇的10质量％水溶液中并干燥的造纸工序，得到碳纤维的单位面积质量为16g/m2的长条的碳纤维纸。相对于碳纤维100质量份，所添加的聚乙烯醇的附着量相当于20质量份。
准备以1:9:50的质量比混合有鳞片状石墨(平均粒径5μm)、酚醛树脂及甲醇的分散液。经过在90℃的温度下将上述分散液连续地含浸于上述碳纤维纸，以成为相对于100质量份碳纤维酚醛树脂为104质量份树脂含浸量的树脂含浸工序之后，得到树脂含浸碳纤维纸(预浸体)。作为酚醛树脂，使用以1:1的质量比混合了可溶酚醛树脂型酚醛树脂、酚醛清漆型酚醛树脂的树脂。
设置上下的热板使其在压合机上相互平行，并在热板温度170℃、面压0.8MPa下进行压缩处理，以将树脂含浸碳纤维纸加热加压。
将经压缩处理的碳纤维纸作为前体纤维片材，并导入保持于氮气气氛的最高温度为2400℃的加热炉，经过碳化工序，得到厚度100μm、单位面积质量24g/m2、松密度0.24g/cm3的多孔质碳纤维基材。
对于多孔质碳纤维基材95质量份，施加5质量份的PTFE树脂，并以100℃加热使其干燥，得到疏水处理基材。
＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞
将用于形成多孔质层(J)的分散液称为分散液(1)、用于形成多孔质层(A)的分散液称为分散液(2)，用于形成多孔质层(B)的分散液称为分散液(3)。
分散液(1)使用如下的分散液：使用乙炔黑作为碳黑，并使用PTFE树脂分散物、表面活性剂、精制水作为其它材料，以碳黑/PTFE树脂＝75质量份/25质量份的配合比将固体成分调整成相对于整体量为15质量％。将分散液(1)以B型粘度计进行粘度测定，为34mPa·s。
将分散液(1)置入不锈钢制盘，使多孔质碳纤维基材完全浸渍于分散液(1)，并用不锈钢制刮刀将附着于表面的液体刮落，在以120℃下加热干燥，得到以烧结后换算计含浸量为15/m2的含浸基材。
分散液(2)使用如下分散液：使用乙炔黑作为碳黑，并使用PTFE树脂分散液、表面活性剂、精制水作为其它材料，以碳黑/PTFE树脂＝75质量份/25质量份的配合比将固体成分调整成相对于总量为22质量％。
使用口模涂机将分散液(2)涂布于含浸基材上，并在120℃下加热干燥，得到涂布基材。
以380℃将加热干燥后的涂布基材加热，制作在多孔质碳纤维基材的内部具有多孔质层(J)，表面的一面上具有多孔质层(A)的气体扩散层。多孔质层(A)的平均厚度t1(μm)为40μm，多孔质层(A)的单位面积质量为20/m2。另外，在多孔质碳纤维基材的相反侧的表面B的一部分露出多孔质层(J)。将存在于该相反侧的表面B的多孔质层(J)作为平均厚度t2(μm)为0μm的多孔质层(B)。
计算所得的气体扩散层的空隙率，为31％，分别计算所得的气体扩散层的多孔质层(J)、及多孔质层(A)的孔隙率，多孔质层(J)为52％，多孔质层(A)为75％。
另外，对于所得的气体扩散层，求多孔质层(A)的表面的裂缝数，确认并无裂缝。
进而，使用所得的气体扩散层，评价发电性能的结果是，抗阻塞性极其良好。输出电压为0.38V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为91℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表1所记载，耐溢流性、耐干燥性均良好。
(实施例2)
除了在实施例1的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，变更为烧结后多孔质层(A)的平均厚度t1(μm)成为15μm、多孔质层(A)的单位面积质量成为8g/m2之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性良好。输出电压为0.37V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为90℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表1所记载，耐溢流性、耐干燥性均良好。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
(实施例3)
除了在实施例1的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，变更为烧结后多孔质层(A)的平均厚度t1(μm)成为52μm、多孔质层(A)的单位面积质量成为26/m2之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性极其良好。输出电压为0.36v(运转温度为65℃，加湿温度为70℃，电流密度为2.2A/m2)，临界温度为90℃(加湿温度为70℃，电流密度为1.2A/cm2)，如表1所记载，耐溢流性、耐干燥性均良好。多孔质层(A)表面的裂缝数为1。
(实施例4)
在实施例1的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，将分散液(1)置入不锈钢制盘，使多孔质碳纤维基材完全浸渍于分散液(1)，且不使用不锈钢制刮刀刮落附着于表面的液体，而以120℃加热干燥，在多孔质碳纤维基材的相反侧的表面(B)的整个面上形成平均厚度t2(μm)为10μm的多孔质层(B)，并且得到以烧结后换算计含浸量为22g/m2(多孔质层(J)15g/m2+多孔质层(B)7g/m2)的含浸基材，除此之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性极其良好。输出电压为0.33V(运转温度为65℃，加湿温度为70℃，电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为92℃(加湿温度为70℃，电流密度为1.2A/cm2)，如表1所记载，耐溢流性、耐干燥性均良好。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
(实施例5)
在实施例1的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，使用将配合比调整为碳黑/PTFE树脂＝75质量份/25质量份、固体成分为21％的材料作为分散液(1)。用B型粘度计对该分散液(1)进行粘度测定，为46mPa·s。将该分散液(1)置入不锈钢制盘，使多孔质碳纤维基材完全浸渍于该分散液(1)，并用不锈钢制刮刀刮落附着于表面的液体，以120℃加热干燥，得到以烧结后换算计含浸量为29g/m2的含浸基材，除此之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。该气体扩散层的空隙率为10％。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性极其良好。输出电压为0.33V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为92℃(加湿温度为70℃，电流密度为1.2A/cm2)，如表1所记载，耐溢流性、耐干燥性均良好。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
(实施例6)
在实施例1的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B))的形成＞中，使用将配合比调整为碳黑/PTFE树脂＝75质量份/25质量份、固体成分为7％的分散液作为分散液(1)。用B型粘度计对该分散液(1)进行粘度测定，为16mPa·s。将该分散液(1)置入不锈钢制盘，使多孔质碳纤维基材完全浸渍于该分散液(1)，并用不锈钢制刮刀刮落附着于表面的液体，以120℃加热干燥，得到以烧结后换算计含浸量为8g/m2的含浸基材，除此之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。该气体扩散层的空隙率为38％。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性良好。输出电压为0.38V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为90℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表1所记载，耐溢流性、耐干燥性均良好。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
(实施例7)
在实施例1的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，使用将配合比调整为碳黑/PTFE树脂/表面活性剂/精制水＝75质量份/25质量份、固体成分为22％的分散液作为分散液(2)，除此之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。使用该分散液(2)获得的多孔质层(A)的平均厚度t1(μm)为43μm、单位面积质量为20g/m2、孔隙率为80％。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性极其良好。输出电压0.39V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度90℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表1所记载，耐溢流性、耐干燥性均良好。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
(实施例8)
在实施例1的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，使用将配合比调整为碳黑/PTFE树脂/表面活性剂/精制水＝75质量份/25质量份、固体成分为23％的分散液作为分散液(2)，除此之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。使用该分散液(2)获得的多孔质层(A)的平均厚度t1(μm)为30μm、单位面积质量为20g/m2、孔隙率为52％。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性极其良好。输出电压为0.32V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为90℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表1所记载，耐溢流性、耐干燥性均良好。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
(实施例9)
除了将成形厚度设定为较薄之外，对于以与实施例1同样的方式得到的厚度75μm、单位面积质量24g/m2、松密度0.32g/cm3的多孔质碳纤维基材，以与实施例1同样的方式进行疏水处理，得到疏水处理基材。
使用该疏水处理基材，在＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，作为以烧结后换算计为孔质层(J)的含浸量为11g/m2的含浸基材，除此之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。该气体扩散层的空隙率为23％。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性极其良好。输出电压为0.39V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为90℃(加湿温度70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表1所记载，耐溢流性、耐干燥性均良好。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
(实施例10)
在实施例1中的碳纤维纸的造纸工序中，得到碳纤维的单位面积质量为32g/m2的碳纤维纸，以及在树脂含浸工序中，含浸为相对于碳纤维100质量份酚醛树脂为290质量份的树脂含浸量，除此之外，对于作为与实施例1相同的树脂含浸条件获得的厚度200μm、单位面积质量80g/m2、松密度0.40g/cm3的多孔质碳纤维基材，以与实施例1同样的方式进行疏水处理，得到疏水处理基材。
使用该疏水处理基材，在＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，作为以烧结后换算计多孔质层(J)的含浸量为28g/m2的含浸基材，除此之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。该气体扩散层的空隙率为37％。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性良好。输出电压为0.32V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为92℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表1所记载，其耐溢流性、耐干燥性均良好。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
(实施例11)
在实施例1中获得的疏水处理基材上，如下述＜多孔质层的形成＞形成多孔质层，得到气体扩散层。
＜多孔质层的形成＞
使用与实施例1相同的分散液作为分散液(2)，并使用口模涂机在上述疏水处理基材上进行涂布。此时，以使分散液(2)渗入多孔质碳纤维基材内部的方式将口模涂机的排出口接近该疏水处理基材，并调整CP中的空隙率成为与实施例1等同。涂布后，以120℃加热干燥，得到涂布基材。
将经加热干燥的涂布基材在380℃下加热，制作多孔质层(A)和多孔质层(J)为同一组成的气体扩散层。即，通过分散液(2)形成多孔质层(A)和多孔质层(J)。多孔质层(A)的平均厚度tl(μm)为19μm，多孔质层(A)的单位面积质量为20g/m2。另外，在多孔质碳纤维基材的相反侧的表面B的一部分露出多孔质层(J)。
计算获得的气体扩散层的空隙率，为31％，且分别计算获得的气体扩散层的多孔质层(A)、多孔质层(J)的孔隙率，均为75％。
评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性极其良好。输出电压为0.39V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为90℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表2所记载，耐溢流性、耐干燥性均良好。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
(实施例12)
除了将疏水处理基材变更为实施例9中获得到的疏水处理基材，并将涂布量调整成为CP中的空隙率与实施例9等同之外，以与实施例1l同样的方式得到气体扩散层。通过变更多孔质碳纤维基材，多孔质层(A)的平均厚度t1(μm)成为25μm。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性极其良好。输出电压为0.39V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为90℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表2所记载，耐溢流性、耐干燥性均良好。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
(实施例13)
除了对实施例10中获得的疏水处理基材，将涂布量调整为＜多孔质层的形成＞中的多孔质层(A)的单位面积质量为29g/m2，CP中的空隙率与实施例10等同之外，完全以与实施例11同样的方式得到气体扩散层。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性良好。输出电压为0.32V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为92℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表2所记载，耐溢流性、耐干燥性均良好。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
将实施例1～13的构成以及评价结果汇总于表1及表2。
[表1]
[表2]
(比较例1)
在实施例1中的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，未含浸分散液(1)，除此之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性大幅降低。输出电压为0.38V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为88℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表3所记载，虽然耐溢流性良好，但耐干燥性降低。高温性能低是因为多孔质碳纤维基材中未含浸多孔质层(J)，而使得水蒸气容易向隔板侧逃逸，电解质膜的干燥变得显著。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
(比较例2)
在实施例1中的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，变更分散液(2)的涂布量，以使多孔质层(A)的平均厚度t1(μm)为60μm、多孔质层(A)的单位面积质量为30g/m2，除此之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性极其良好。输出电压为0.29V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为86℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表3所记载，耐溢流性、耐干燥性均降低。低温性能低是因为通过将多孔质层(A)变厚而抑制水蒸气从催化剂层的排出，高温性能低是因为气体扩散层的面垂直气体扩散性低而不能充分向催化剂供给燃料。多孔质层(A)表面的裂缝数为6。
(比较例3)
在实施例1中的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，准备将配合比调整为碳黑/PTFE树脂＝75质量份/25质量份、固体成分成为24％的分散液作为分散液(3)。在实施例1的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，不含浸分散液(1)，在以与实施例1同样的方式将分散液(2)涂布于多孔质碳纤维基材的表面而得到涂布基材之后，使用口模涂机在其相反侧的表面B涂布分散液(3)、干燥，之后，以与实施例1同样的条件进行烧结，得到具有多孔质层(A)及多孔质层(B)的气体扩散层。多孔质层(B)的平均厚度t2(μm)为30μm、单位面积质量为15g/m2、孔隙率为66％。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性极其良好。耐溢流性评价中，未能导出输出电压(运转温度65℃、加湿温度70℃、电流密度2.2A/cm2)，临界温度90℃(加湿温度70℃、电流密度1.2A/cm2)，如表3所记载，耐溢流性大幅降低，耐干燥性良好。低温性能低是因为多孔质层(B)厚，所以抑制了水向隔板的排出。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
(比较例4)
在实施例1中的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，使用将配合比调整为碳黑/PTFE树脂＝75质量份/25质量份、固体成分为23％的分散液作为分散液(1)。用B型粘度计对该分散液(1)进行粘度测定，为50mPa·s。将该分散液(1)置入不锈钢制盘，将疏水处理基材完全浸渍于该分散液(1)，不使用不锈钢制刮刀刮落附着于表面的液体，而以120℃加热干燥10分钟，在多孔质碳纤维基材的相反侧的表面(B)的整个面上形成平均厚度t2(μm)为11μm的多孔质层(B)，并且得到以烧结后换算计含浸量为43g/m2(多孔质层(J)35g/m2+多孔质层(B)8g/m2)的含浸基材，除此之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性极其良好。该气体扩散层的空隙率为2％。输出电压为0.25V(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为89℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表3所记载，耐溢流性、耐干燥性均降低。低温性能低是因为多孔质碳纤维基材被致密的多孔质层(J)填充，故而抑制了水蒸气从催化剂层的排出，高温性能低是由于因为是紧密的多孔质层(J)所以气体扩散层的面垂直气体扩散性低，不能充分向催化剂供给燃料。多孔质层(A)表面的裂缝数为1。
(比较例5)
在实施例1中的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，使用将配合比调整为碳黑/PTFE树脂＝75质量份/25质量份、固体成分为23％的分散液作为分散液(2)，除此之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。使用该分散液(2)获得的多孔质层(A)的平均厚度t1(μm)为25μm、单位面积质量为20g/m2、孔隙率为45％。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性良好。在耐溢流性评价中，不能导出输出电压(运转温度为65℃、加湿温度为70℃、电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为88℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表3所记载，耐溢流性、耐干燥性均降低。低温性能低是因为多孔质层(A)的孔隙率低，抑制了水蒸气从催化剂层的排出，高温性能低是因为由于多孔质层(A)的孔隙率低，所以气体扩散层的面垂直气体扩散性低，不能充分向催化剂供给燃料。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
(比较例6)
在实施例1中的碳纤维纸的造纸工序中，得到28g/m2的碳纤维纸之后，在树脂含浸工序中，以成为相对于碳纤维100质量份酚醛树脂为403质量份的树脂含浸量的方式得到树脂含浸碳纤维纸，在压合工序中，重叠两张该树脂含浸碳纤维纸进行压缩处理，除此之外，以与实施例1同样的树脂含浸条件，得到厚度350μm、单位面积质量175g/m2、松密度0.50g/cm3的多孔质碳纤维基材。接着，以与实施例1同样的方式进行疏水处理，得到疏水处理基材。
通过使用该疏水处理基材，在实施例1的＜多孔质层(A)、多孔质层(J)、多孔质层(B)的形成＞中，作为以烧结后换算计多孔质层(J)的含浸量为38g/m2的含浸基材，除此之外，以与实施例1同样的方式得到气体扩散层。该气体扩散层的空隙率为30％。评价该气体扩散层的发电性能的结果是，抗阻塞性良好。在耐溢流性评价中，不能导出输出电压(运转温度为65℃、加湿温度为70℃为电流密度为2.2A/cm2)，临界温度为90℃(加湿温度为70℃、电流密度为1.2A/cm2)，如表3所记载，耐溢流性大幅降低，耐干燥性良好。低温性能低是因为由于多孔质碳纤维基材的厚度厚，且松密度高，所以抑制了水向隔板的排出。未确认到多孔质层(A)表面的裂缝。
将比较例1～6的构成及评价结果汇总于表3。
[表3]
附图标记说明
1 多孔质层(A)
2 多孔质层(J)
3 多孔质层(B)
4 碳纤维
5 空隙
6 空孔
7 炭质粒子(或疏水性树脂)
8 电解质膜
9 催化剂层

Claims (18)

1.一种燃料电池用气体扩散层，由通过碳化物接合不连续碳纤维而得的多孔质碳纤维基材、和至少含有碳质粒子的多孔质层构成，多孔质层(A)以平均厚度t1为10～55μm的方式被配置于多孔质碳纤维基材的一个表面A，此外，多孔质层(J)渗入多孔质碳纤维基材的内部且其至少一部分还存在于相反侧的表面B，保持于多孔质碳纤维基材内部的空隙在厚度方向截面中所占的截面积的比例为5～40％，且多孔质层(A)及多孔质层(J)的孔隙率均为50～85％，且多孔质碳纤维基材的厚度为60～300μm，且多孔质碳纤维基材的松密度为0.20～0.45g/cm3。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用气体扩散层，所述多孔质层(A)和所述多孔质层(J)为不同的组成。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用气体扩散层，所述多孔质层(A)和所述多孔质层(J)为同一组成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池用气体扩散层，在所述相反侧的表面B进一步配置有平均厚度t2＝0～20μm的多孔质层(B)。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池用气体扩散层，所述多孔质层(B)和所述多孔质层(J)为同一组成。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的燃料电池用气体扩散层，所述多孔质碳纤维基材和所述多孔质层还包含疏水性树脂。
7.根据权利要求6所述的燃料电池用气体扩散层，所述疏水性树脂在所述多孔质碳纤维基材中被配置为偏向所述多孔质层(A)侧。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的燃料电池用气体扩散层，所述多孔质层中包含的碳质粒子的质量分率为5～95％。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的燃料电池用气体扩散层，所述碳质粒子至少包含碳黑。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的燃料电池用气体扩散层，所述多孔质层(A)的孔隙率大于所述多孔质层(B)和所述多孔质层(J)中任一者的孔隙率。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的燃料电池用气体扩散层，所述多孔质层(A)内部的裂缝的存在频率小于所述多孔质层(J)内部的裂缝的存在频率。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的燃料电池用气体扩散层，所述多孔质层(A)的裂缝的存在频率为1mm见方中1处以下。
13.一种燃料电池用气体扩散层的制造方法，是权利要求1～12中任一项所述的燃料电池用气体扩散层的制造方法，包含以下工序：
浸渍工序(I)：使通过碳化物接合不连续碳纤维而得的多孔质碳纤维基材浸渍在至少含有碳质粒子和分散介质的分散液(1)中；
配置工序(II)：在经历了浸渍工序(I)的多孔质碳纤维基材的一个表面A配置至少含有碳质粒子和分散介质的分散液(2)；
将经历了配置工序(II)的多孔质碳纤维基材加热而烧结。
14.一种燃料电池用气体扩散层的制造方法，是权利要求3～12中任一项所述的燃料电池用气体扩散层的制造方法，包含以下工序：
配置浸渍工序(II-3)：在将至少含有碳质粒子和分散介质的分散液(2)配置于通过碳化物接合不连续碳纤维而得的多孔质碳纤维基材的一个表面A的同时，使其渗入到所述多孔质碳纤维基材的内部；
将经历了配置浸渍工序(II-3)的多孔质碳纤维基材加热而烧结。
15.根据权利要求13或14所述的燃料电池用气体扩散层的制造方法，所述分散液(1)、(2)中的至少一者中还包含疏水性树脂。
16.根据权利要求13～15中任一项所述的燃料电池用气体扩散层的制造方法，包含以下工序：
相反侧表面配置工序(II-2)：在经历了所述配置工序(II)或所述配置浸渍工序(II-3)的多孔质碳纤维基材的相反侧的表面B配置至少含有碳质粒子和分散介质的分散液(3)。
17.根据权利要求13～16中任一项所述的燃料电池用气体扩散层的制造方法，在所述各工序之后且进行下一工序之前，对多孔质碳纤维基材进行加热而将分散介质去除。
18.根据权利要求16或17所述的燃料电池用气体扩散层的制造方法，所述分散液(3)还包含疏水性树脂。
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