CN111886731B - 燃料电池用气体供给扩散层、燃料电池用隔板以及燃料电池电堆 - Google Patents

燃料电池用气体供给扩散层、燃料电池用隔板以及燃料电池电堆 Download PDF

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Abstract

燃料电池用气体供给扩散层42包括：多孔质体层40，其能够使气体穿透及扩散，并且呈具有导电性的片状；以及多个气体流路用槽55，在多孔质体层40的一个面上被形成为并列且是分别从气体的流入侧朝向流出侧的锯齿状或波状，其中，从平面上看，在一个气体流路用槽55所外接的第一矩形区域R1与邻接于一个气体流路用槽55的气体流路用槽55所外接的第二矩形区域R2沿着彼此相接的区域重叠，并且，无论多个气体流路用槽55的截面形状如何，第一矩形区域R1与第二矩形区域R2彼此重叠的重叠区域R3均存在于多个气体流路用槽55中的任意深度位置。根据本发明的燃料电池用气体供给扩散层42，能够比以往更为提高燃料电池的发电效率。

Description

燃料电池用气体供给扩散层、燃料电池用隔板以及燃料电池 电堆
技术领域
本发明涉及一种燃料电池用气体供给扩散层、燃料电池用隔板以及燃料电池电堆。
背景技术
在固体高分子燃料电池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)的技术领域中，有一种能够均匀地供给及扩散燃料电池用气体(阳极气体、阴极气体)的燃料电池电堆已被普遍知晓(例如参照专利文献1)。图26是示意性展示以往的燃料电池电堆920的正面图。图27以及图28是以往的燃料电池电堆920中的类型CA的隔板921的平面图。图27是从燃料电池用气体供给扩散层(阴极气体供给扩散层)942侧观看的平面图，图28是从燃料电池用气体供给扩散层(阳极气体供给扩散层)941侧观看的平面图。图29是沿着图27中的A-A线的截面图。
如图26～图29所示，以往的燃料电池电堆920具有叠层了多个隔板(类型CA的隔板921、类型A的隔板922、类型C的隔板923、类型AW的隔板924)的构造，所述多个隔板具有在金属板30的至少一个面上设置有由多孔质体层所构成的燃料电池用气体供给扩散层的构造。此外，类型CA的隔板921、类型A的隔板922以及类型AW的隔板924中的“A”代表燃料电池用气体供给扩散层(阳极气体供给扩散层)941，类型CA的隔板921以及类型C的隔板923中的“C”代表燃料电池用气体供给扩散层(阴极气体供给扩散层)942，类型AW的隔板924中的“W”代表冷却水供给扩散层。根据以往的燃料电池电堆920，由于在隔板自身上形成有由多孔质体层所构成的燃料电池用气体供给扩散层941、942，因此，就能够将燃料电池用气体均匀地扩散至燃料电池用气体供给扩散层的整个面上。这样一来，就能够将燃料电池用气体均匀地供给至膜电极接合体(MEA)81的整个面上，从而就能够比以往更提高燃料电池的发电效率。
【先行技术文献】
【专利文献1】国际公开第2015/072584号
然而，在燃料电池的技术领域中寻求着一种能够比以往更提高燃料电池的发电效率的技术，这在固体高分子燃料电池的技术领域中也同样如此。所以，本发明的目的是提供一种能够比以往更提高燃料电池的发电效率的燃料电池用气体供给扩散层、燃料电池用隔板以及燃料电池电堆。
发明内容
本发明的一实施方式所涉及的燃料电池用气体供给扩散层包括：多孔质体层，其能够使气体穿透及扩散，并且呈具有导电性的片状；以及多个气体流路用槽，在所述多孔质体层的一个面上被形成为并列且是分别从所述气体的流入侧朝向流出侧的锯齿状或波状，其中，从平面上看，在所述多个气体流路用槽中的各个气体流路用槽所外接的多个矩形区域R中的一个气体流路用槽所外接的第一矩形区域R1与邻接于所述一个气体流路用槽的气体流路用槽所外接的第二矩形区域R2沿着彼此相接的区域重叠，并且，无论所述多个气体流路用槽的截面形状如何，所述第一矩形区域R1与所述第二矩形区域R2彼此重叠的重叠区域R3都将存在于所述多个气体流路用槽中的任意深度位置。
本发明的一实施方式所涉及的燃料电池用隔板包括：气体遮蔽板；以及燃料电池用气体供给扩散层，其被配置在所述气体遮蔽板的至少一个面上，其中，所述燃料电池用气体供给扩散层就是本发明的燃料电池用气体供给扩散层，所述燃料电池用气体供给扩散层是相对于所述气体遮蔽板来进行配置的，从而使得所述多个气体流路用槽位于所述气体遮蔽板的一侧，并且通过所述气体流路用槽与所述气体遮蔽板来构成气体流路。
本发明的一实施方式所涉及的燃料电池电堆是由燃料电池用隔板与膜电极接合体叠层后构成，其中，所述燃料电池用隔板就是本发明的燃料电池用隔板，所述燃料电池用隔板与所述膜电极接合体按照：所述膜电极接合体位于所述燃料电池用气体供给扩散层的未形成有所述多个气体流路用槽的一侧的面上的位置关系来进行叠层。
发明效果
本发明的一实施方式所涉及的燃料电池用气体供给扩散层、燃料电池用隔板以及燃料电池电堆能够具有比以往更高的燃料电池的发电效率，并且具有比以往更优秀的排水性。
附图说明
图1是示意性展示实施方式所涉及的燃料电池电堆20的正面图。
图2是示意性展示实施方式所涉及的燃料电池电堆20的侧面图。
图3是为了说明膜电极接合体(MEA)81而展示的图。
图4是实施方式所涉及的燃料电池用隔板23的平面图。
图5是图4的截面图。
图6是气体流路用槽的平面构造图。
图7是气体流路用槽的平面构造及截面构造图。
图8是位于不同深度位置上的气体流路用槽的平面构造图。
图9是展示第一矩形区域R1、第二矩形区域R2及重叠区域R3之间关系的图。
图10是除燃料电池用隔板23以外的燃料电池用隔板(燃料电池用隔板21、22、24、25)的截面图。
图11是变形例一所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42a的平面图。
图12是变形例二所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b的平面图。
图13是变形例三所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42c的平面图。
图14是变形例四所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42d的平面图。
图15是变形例五所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42e的平面图。
图16是变形例六所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42f的平面图。
图17是变形例七所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42g的平面图。
图18是变形例八所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42h的平面图。
图19是变形例九所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42i的平面图。
图20是变形例十所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42j的平面图。
图21是变形例十一所涉及的燃料电池用隔板23k的平面图。
图22是变形例十二所涉及的燃料电池用隔板23L的平面图。
图23是变形例十三中的气体流路用槽的平面构造及截面构造图。
图24是在变形例十三中位于不同深度位置上的气体流路用槽的平面构造图。
图25是变形例十四所涉及的燃料电池用隔板23n的截面图。
图26是示意性展示以往的燃料电池电堆920的正面图。
图27是以往的燃料电池电堆920中的类型CA的燃料电池用隔板921的平面图。
图28是以往的燃料电池电堆920中的类型CA的燃料电池用隔板921的平面图。
图29是沿着图27中的A-A线的截面图。
具体实施方式
以下，将使用图示的实施方式来详细说明本发明的燃料电池用气体供给扩散层、燃料电池用隔板以及燃料电池电堆。
【实施方式】
图1是示意性展示实施方式所涉及的燃料电池电堆20的正面图。图2是示意性展示实施方式所涉及的燃料电池电堆20的侧面图。
实施方式所涉及的燃料电池电堆20是固体高分子燃料电池(PEFC:PolymerElectrolyte Fuel Cell)。燃料电池电堆20具有多个单电池。燃料电池电堆20中的各电池具有：膜电极接合体81；以及夹着膜电极接合体81的阴极侧构成要素与阳极侧构成要素。
在燃料电池用隔板21中，在作为气体遮蔽板的金属板30的一个面上形成有阴极气体供给扩散层C，在另一个面上形成有阳极气体供给扩散层A(类型CA的隔板)。在燃料电池用隔板22中，在金属板30的一个面上形成有阳极气体供给扩散层A(类型A的隔板)。在燃料电池用隔板23中，在金属板30的一个面上形成有阴极气体供给扩散层C(类型C的隔板)。在燃料电池用隔板24中，在金属板30的一个面上形成有阴极气体供给扩散层C，在另一个面上形成有冷却水供给扩散层W(类型CW的隔板)。
各电池按照使阴极侧与阳极侧成为交替的方式来进行配置。阴极气体供给扩散层C与阳极气体供给扩散层A被设置为夹着膜电极接合体(MEA)81的相向状态。在实施方式中，每当配置两个单电池，就会设置供给冷却水的冷却水供给扩散层W。此外，也可以每隔一个单电池就设置冷却水供给扩散层W，还可以每隔三个或每隔三个以上就设置冷却水供给扩散层W。在冷却水供给扩散层W中，组合并叠层有燃料电池用隔板21～24，使得金属板30(最好是类型A或类型C的隔板中的金属板30)成为相向的状态。
此外，虽然在图1及图2中未进行图示，但是本发明的燃料电池电堆也可以具备：在金属板30的一个面上形成有阳极气体供给扩散层A，在另一个面上形成有冷却水供给扩散层W的隔板(类型AW的隔板)。此外，也可以具备：在金属板30的一个面上形成有冷却水供给扩散层W的隔板(类型W的隔板)。还可以具备：在金属板的两面形成有冷却水供给扩散层W的隔板。对于各燃料电池用隔板的构成的详细情况会进行后述。
在被叠层的电池的两端部配置有集电板27A、27B。并且在集电板27A、27B的外侧经由绝缘片28A、28B而配置有端板(end plate)75、76。通过端板75、76来从两侧按压燃料电池用隔板21～24。对于位于燃料电池电堆20两端的且相接于集电板27A、27B的燃料电池用隔板，最好是将其金属板30(耐腐蚀层)设为向外。
在图1及图2中，为了易于理解，燃料电池用隔板21～24、膜电极接合体81、集电板27A、27B、绝缘片28A、28B以及端板75、76被分离描绘，但是实际上所述这些构件都是按照图示的排列顺序来相互紧密接合。而对于接合的方法则没有特别限定。例如，可以仅通过端板75、76从两侧按压各构件来进行接合，也可以是在利用粘合剂来粘合各构件的适当位置的基础上，通过端板75、76从两侧按压各构件来进行接合，还可以是通过其他的方法来进行接合。各燃料电池用隔板21～24、膜电极接合体81、集电板27A、27B、绝缘片28A、28B等的厚度是例如100μm～10mm。在本说明书的各实施方式中的各图将厚度放大显示。
在阳极侧的端板75的一个端部上分别设置有：阳极气体供给口71A；阴极气体排出口72B以及冷却水排出口73B。另一方面，在阴极侧的端板76的一个端部(与端板75的上述一个端部是相反侧)上设置有：阳极气体排出口71B；阴极气体供给口72A以及冷却水供给口73A(在图2中，将这些一起以虚线来进行展示)。在这些各供给口、各排出口中连接着各自对应的流体的供给管、排出管。
在各燃料电池用隔板21～24上分别设置有：连通于阳极气体供给口71A的阳极气体流入口61A；连通于阴极气体排出口72B的阴极气体(以及生成水)流出口62B；以及连通于冷却水排出口73B的冷却水流出口63B。此外，在各燃料电池用隔板21～24上分别设置有：连通于阳极气体排出口71B的阳极气体流出口61B；连通于阴极气体供给口72A的阴极气体流入口62A；以及连通于冷却水供给口73A的冷却水流入口63A。
通过阳极气体供给口71A、阴极气体供给口72A以及冷却水供给口73A供给阴极气体、阳极气体及冷却水。在实施方式中示例了：使用氢气体来作为阳极气体，使用空气来作为阴极气体的情况。
接着，将对膜电极接合体81进行说明。
图3是为了说明膜电极接合体(MEA)81而展示的图。其中，图3(a)是膜电极接合体81的平面图，图3(b)是膜电极接合体81的正面图，图3(c)是膜电极接合体的侧面图。
如图3所示，膜电极接合体81具有：电解质膜(PEM)82；被分别配置在电解质膜82的两面上的催化剂层(CL)85；以及被配置在各催化剂层85的外侧的面上的微孔层(MPL)83。在实施方式中，由电解质膜82与配置在其两侧的催化剂层85所构成的物质被称为催化剂涂层电解质膜(Catalyst Coated Membrame:CCM)。微孔层83具有直径比多孔质体层40更细微的气孔(细孔)。此外，也能够省略微孔层83。
接着，对燃料电池用隔板21～24及燃料电池用气体供给扩散层42进行说明。
图4是从类型C的燃料电池用隔板23的金属板30的一侧进行观看后的平面图。只是，在图4中为了易于理解地展示燃料电池用隔板23的流路图案，省略了金属板30的示图。图5是图4的截面图。图5(a)是图4中的A1-A4截面图(只是，省略A2-A3部分)，图5(b)是图4中的A2-A3截面图。在图5中为了展示燃料电池用隔板23与膜电极接合体81之间的位置关系，对接合了膜电极接合体81状态下的燃料电池用隔板23进行展示。此外，省略了膜电极接合体81的截面构造。
图6是气体流路用槽55的平面构造图。图7是气体流路用槽55的平面构造及截面构造图。图7(a)是平面图，图7(b)是图7(a)中的A-A截面图。图8是位于不同深度位置上的气体流路用槽55的平面构造图。图8(a)展示位于深度位置D1(位于多孔质体层40(或者气体流路用槽55)的表面上的深度位置)上的气体流路用槽55的平面构造，图8(b)展示位于深度位置D2(位于气体流路用槽55的深度的1/2的深度位置)上的气体流路用槽55的平面构造，图8(c)展示位于深度位置D3(位于气体流路用槽55的底部的深度位置)上的气体流路用槽55的平面构造。
在图6及图7中，符号55表示气体流路用槽，符号55A表示气体流路用槽55中的一个气体流路用槽，符号55B表示与一个气体流路用槽55A邻接的气体流路用槽。所以，由于一个气体流路用槽55A也是气体流路用槽55，因此其有时也被记为气体流路用槽55(55A)，并且由于与一个气体流路用槽55A邻接的气体流路用槽55B也是气体流路用槽55，因此其有时也被添加符号气体流路用槽55(55B)。此外，在图6中，被粗实线包围的区域为第一矩形区域R1，被其左右两侧的粗虚线包围的区域为第二矩形区域R2，第一矩形区域R1与第二矩形区域R2重叠后的区域为重叠区域R3，其以较浓的颜色来展示。此外，符号R表示多个气体流路用槽55中的各个气体流路用槽所外接的矩形区域，符号R1表示其中一个气体流路用槽55A所外接的第一矩形区域，符号R2表示邻接于一个气体流路用槽55A的气体流路用槽55B所外接的第二矩形区域，符号R3表示第一矩形区域R1与第二矩形区域R2相互重叠的重叠区域。所以，由于第一矩形区域R1也是矩形区域R，因此其有时也被记为第一矩形区域R(R1)，由于第二矩形区域R2也是矩形区域R，因此其有时也被记为第二矩形区域R(R2)。此外，在图7(a)中，符号L2表示气体流路用槽55的排列间距。
在图7及图8中，图示了阴极气体的流动。在图7(a)及图8中，气体流路用槽55内的箭头沿着气体流路用槽55流动，记述在多孔质体层40内的朝向纵向方向上的箭头是从气体流路用槽55被推出至多孔质体层40(气体扩散层43)中的阴极气体的流动(伏流气体流动)。此外，在图7(b)中，记述在多孔质体层40内的朝向横向方向及向下方向(朝向膜电极接合体侧的方向)的箭头展示了从气体流路用槽55被推出至多孔质体层40(气体扩散层43)中的阴极气体的流动。图9是展示第一矩形区域R1、第二矩形区域R2及重叠区域R3之间关系的图。
如图4及图5所示，燃料电池用隔板23具有在金属板30的一个面上形成有燃料电池用气体供给扩散层42的构造。在图5中，在金属板30中施加了代表截面的阴影线。金属板30最好是由：因科镍合金、镍、金、银及白金中的一种或多种组成的金属，或者是在奥氏体不锈钢板上的金属镀层或复合材料。通过使用这些金属就能够提高耐腐蚀性。
在燃料电池用隔板23中，在位于金属板30的纵向方向的一个端部(图4的下部)上按照图4中的右、中央、左的顺序来设置阴极气体流入口62A、冷却水流入口63A、阳极气体流出口61B。此外，在另一端部(图4的上部)上按照图4中的左、中央、右的顺序来设置阴极气体流出口62B、冷却水流出口63B、阳极气体流入口61A。
各流入口61A、62A、63A，各流出口61B、62B、63B，以及燃料电池用气体供给扩散层42的形成区域各自的周围被电子导电性或非电子导电性的致密框32包围。致密框32用于防止阳极气体、阴极气体及冷却水的泄露。在致密框32的外表面按照包围各流入口61A、62A、63A，各流出口61B、62B、63B，以及燃料电池用气体供给扩散层42的形成区域的方式而形成有沿着致密框32的槽33A(在图4中不进行图示)。在该槽33A内配置有垫圈(填料、O形环等密封材料)33。
在金属板30的两面上，除了设置有上述的各流入口61A、62A、63A以及各流出口61B、62B、63B的部分以外，在其整个面上还形成具有电子导电性的耐腐蚀层(在图5中未图示)。也可以在各流入口61A、62A、63A以及各流出口61B、62B、63B的内周面上形成耐腐蚀层。还可以在金属板30的侧面及端面上形成耐腐蚀层。耐腐蚀层最好是与致密框32相同组成的致密层，其具有抑制金属板30腐蚀的作用。在组合燃料电池用隔板来构成如图1或图2所示的燃料电池电堆的阶段中，垫圈33与被接合的其他燃料电池用隔板、膜电极接合体81或集电板27A、27B密接，从而来抑制液体的泄露。
燃料电池用隔板23是类型C的燃料电池用隔板，并且如图4及图5所示，在作为基板的长方形的金属板30的一个面的中央部上形成有用于供给·扩散阴极气体的燃料电池用气体供给扩散层42。燃料电池用气体供给扩散层42具有：多孔质体层40，其能够使气体穿透及扩散，并且呈具有导电性的片状；多个气体流路用槽55，在多孔质体层40的一个面上被形成为并列且是分别从气体的流入侧朝向流出侧的锯齿状或波状；以及气体扩散层43，其为多孔质体层40中除气体流路用槽55以外的部分(参照图4)。
并且，从平面上看，在多个气体流路用槽55中的各个气体流路用槽55所外接的多个矩形区域R中的一个气体流路用槽55所外接的第一矩形区域R1与邻接于一个气体流路用槽的气体流路用槽所外接的第二矩形区域R2沿着彼此相接的区域重叠(参照图6及图9)。此外，无论多个气体流路用槽55的截面形状如何，第一矩形区域R1与第二矩形区域R2彼此重叠的重叠区域R3都将存在于多个气体流路用槽55中的任意深度位置D1、D2、D3(参照图7及图8)。
此外，在本说明书中，虽然“矩形区域”是指：多个气体流路用槽中的各个气体流路用槽所外接的矩形区域R(参照图6及图7)，但是当在多孔质体层40上，按照与多个气体流路用槽交叉的方式在与从气体的流入侧朝向流出侧的方向正交的整个宽度方向上形成一个或多个气压均等化用槽时(例如参照后述的图12)，在被该气压均等化用槽所分割的区域中形成的各矩形区域R无论其宽度以及/或者长度的差异如何，都被包含在本发明的矩形区域中。在本说明书中，“伏流区域”是指：在矩形区域中除去气体流路用槽55后的区域，并且在该伏流区域中，较多的气体沿着最短距离的路径向流出侧流动。
另外，在本说明书中，“从气体的流入侧朝向流出侧”是指：“大致沿着气体的流动方向”，“从气体的流入侧朝向流出侧”方向是指：当从多孔质体层40整体看时，在多孔质体层40内的气体的流动方向。这是因为，在如实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42那样将阴极气体流入口62A与阴极气体流出口62B配设在位于金属板30的对角线上的位置时，气体流路无需沿着上述的对角线形成，如实施方式所述，“从气体的流入侧朝向流出侧”方向是“当从多孔质体层40整体看时，在多孔质体层40内的气体的流动方向是朝向图4纸面的由下至上的纵向方向”，并且如图4所示，只要沿着图4纸面的由下至上的纵向方向形成气体流路用槽即可，此外，也可以是沿着除此以外的方向来形成气体流路用槽。气压均等化用槽只要被配置为与“从气体的流入侧朝向流出侧”方向，即与当从多孔质体层40整体观看时的多孔质体层40内的气体的流动方向大致正交即可。
形成在被气体流入侧槽51、气体流出侧槽52或气压均等化用槽56夹住的部分中的、且被形成为与多孔质体层40端部、气体流入侧槽51、气体流出侧槽52、气压均等化用槽56中的任意两个相邻的多孔质体层40端部或槽连通(换言之，被形成在多个槽(51、52、56)及多孔质体层40端部中的任意两个相邻的多孔质体层40端部或槽(51、52、56)之间，并且与这些相邻的两个多孔质体层40端部或槽(51、52、56)连通)的被并列配置后的多个气体流路用槽55中的各个气体流路用槽55所外接的矩形区域被作为矩形区域R。所以，如上述般构成为“第一矩形区域R1与第二矩形区域R2沿着彼此相接的区域重叠”，即，如图9(a)所示，如果将气体流路用槽(矩形区域R)的排列间距L2与矩形区域R(第一矩形区域R1及第二矩形区域R2)的宽度L设为满足于L2<L的关系，相邻的锯齿状的气体流路用槽55一侧的谷侧与另一侧的山侧突出按照相互的流路不重叠的形态突出。此外，多孔质体层40端部包含多孔质体层40的端部附近。
在实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42中，理想的情况是重叠区域R3的宽度L1与矩形区域R(第一矩形区域R1及第二矩形区域R2)的宽度L满足于“L1≧0.1×L”的关系，较为理想的情况是满足于“L1≧0.2×L”的关系，更为理想的情况是满足“L1≧0.3×L”的关系(参照图7)。
作为阴极气体的空气(氧气体及氮气体)在多孔质体层40(气体扩散层43)内扩散。多孔质体层40包含导电材料(最好是碳系导电材料)与高分子树脂的混合物。通过将碳系导电材料混合于高分子树脂，就能够赋予高分子树脂高导电性，并且通过高分子树脂的粘结性能够提高碳材料的成型性。多孔质体层40的流体电阻依存于多孔质体层的气孔率与流体的流动面的面积。如果气孔率变大，流体电阻就会变小。如果流体所流动的面积变大，流体电阻也会变小。作为大致的标准，在(阴极气体用)燃料电池用气体供给扩散层42中，多孔质体层40的气孔率为50～85％。此外，在(阳极气体用)燃料电池用气体供给扩散层41中，多孔质体层40的气孔率为30～85％。
由于按照上述方式来构成多孔质体层40的气孔率，因此气体流路用槽55与多孔质体层40之间的阴极气体、水蒸气、冷凝水就可以经由气体流路用槽55的内表面来适当地流通，而其结果就是能够对膜电极接合体均匀地供给大量的燃料电池用气体，此外，还能够将未在发电时使用的阴极气体、在发电时生成的水蒸气与冷凝水高效地排出至气体流路用槽外。这样一来，也就无需在气体流路用槽55的内表面形成在由金属、陶瓷、树脂等构成的气体不穿透层上开口有多个细微的气体流通孔的气体穿透过滤器。
通过调整碳系导电材料的含有率，就能够调整燃料电池用气体供给扩散层42的气孔率，进而就能够调整燃料电池用气体供给扩散层42的移动电阻。特别是一旦提高碳系导电材料的含有率，移动电阻就会变小(气孔率变大)。与此相反，一旦降低碳系导电材料的含有率，移动电阻就会变大(气孔率变小)。耐腐蚀层及致密框32也是碳系导电材料与高分子树脂的混合物，并且最好是通过碳系导电材料的适度含有率来在确保导电性的同时被致密化。
作为碳系导电材料虽然没有特别限定，但是能够使用例如石墨、炭黑、被金刚石包覆的炭黑、碳化硅、碳化钛、碳纤维、碳纳米管等。作为高分子树脂能够使用热固性树脂及热塑性树脂中的任意一种。作为高分子树脂的示例，能够例举酚醛树脂、环氧树脂、密胺树脂、橡胶系树脂、呋喃树脂、偏二氟乙烯树脂等。
在阴极气体流入口62A与多孔质体层40所形成的区域之间，形成有流入通路57(参照图4)。在阴极气体流出口62B与多孔质体层40所形成的区域之间，形成有流出通路58。流入通路57及流出通路58用于支撑膜电极接合体81或其框架81A。所以，只要是能够顺畅地流动阴极气体，并能够支撑膜电极接合体81的构造即可。例如，可以是具有气孔率极大的多孔质层，也可以是排列了多个支柱的构造。在多孔质体层40中面向流入通路57的区域中，形成有沿着金属板30的宽度方向的细长的流入侧槽51。此外，在多孔质体层40中面向流出通路58的区域中，也形成有沿着金属板30的宽度方向的细长的流出侧槽52。然而，也可以省略流入侧槽51及流出侧槽52。
如图5所示，多孔质体层40、流入通路57以及流出通路58被形成为与致密框32是相同高度(厚度)。在燃料电池用气体供给扩散层42中相向于金属板30一侧的面上，设置有由空隙构成的多个气体流路用槽55，并且在这些多个气体流路用槽55与金属板30的空隙间形成有多个气体流路。按照规定的间隙形成多个气体流路用槽55。各气体流路用槽55在流入侧经由流入侧槽51而与流入通路57连通，并在流出侧经由流出侧槽52而与流出通路58连通。气体流路用槽55的数量及构造不受示图限定。
实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42在将其用于输送设备用燃料电池时，虽然也取决于输送设备的种类·大小，但是多孔质体层40的横宽为例如30mm～300mm。气体流路用槽55的宽度W是例如0.3mm～2mm。多孔质体层40的厚度是例如150～400μm，气体流路用槽55的深度是例如100～300μm，气体流路用槽的槽底与多孔质体层40的另一个面之间的距离(顶厚)是例如100～300μm。在将实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42用于输送设备以外的用途(例如安置用)燃料电池时，不限定于上述尺寸，能够根据需要的性能等来使用合适的尺寸。如图4所示，气体流路用槽55呈锯齿形。即，气体流路用槽55具有：直线部551；改变空气的流动方向的角部552。直线部551的长度与角部552的角度不受示图限定。例如，在图4中虽然角部552的角度基本上是直角，但是其也可以是锐角，还可以是钝角。此外，角部552可以被适当地倒角处理或圆角处理。
如图4所示，在实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42中，各直线部551的长度以及各角部552的形状均相等。并且，如上所述，从平面上看，在定义了多个气体流路用槽55中的各个气体流路用槽所外接的多个矩形区域(长方形区域)R后，其中一个气体流路用槽55所外接的第一矩形区域R1与邻接于一个气体流路用槽的气体流路用槽55所外接的第二矩形区域R2沿着彼此相接的区域重叠(参照图6)，并且，第一矩形区域R1与第二矩形区域R2彼此重叠的重叠区域R3都将存在于多个气体流路用槽55中的任意深度位置D1、D2、D3(参照图7及图8)。
在类型A的燃料电池用隔板22中，燃料电池用气体供给扩散层41也基本具有与燃料电池用气体供给扩散层42相同的构成。只是，由于供给至燃料电池用气体供给扩散层的气体是氢气体，因此，其气孔率比燃料电池用气体供给扩散层42更低，并且厚度也较薄(参照后述的图10(b))。
在类型CA的燃料电池用隔板21中，使用燃料电池用气体供给扩散层41及燃料电池用气体供给扩散层42来作为燃料电池用气体供给扩散层(参照后述的图10(a))。在类型C的燃料电池用隔板23的未形成有燃料电池用气体供给扩散层42的面上形成冷却水供给扩散层后形成类型CW的燃料电池用隔板24(参照后述的图10(c))。在类型A的燃料电池用隔板22的未形成有燃料电池用气体供给扩散层41的面上形成冷却水供给扩散层后构成类型AW的燃料电池用隔板25(参照后述的图10(d))。
如果运转燃料电池电堆20，就会在导入阳极气体(氢气体)的燃料极中生成质子(H+)。质子在膜电极接合体81中扩散后移动至氧电极侧，并在与氧反应后生成水。生成后的水被从氧电极侧排出。这时，在具备了具有上述构造的燃料电池用气体供给扩散层42的燃料电池用隔板23中，从阴极气体流入口62A流入的空气通过流入通路57及流入侧槽51来流入气体流路用槽55。流入至流入侧槽51内的一部分空气在进入气体流路用槽55后从气体流路用槽55进入多孔质体层40(气体扩散层43)内，另外一部分空气在从多孔质体层40(气体扩散层43)的端面直接进入多孔质体层40(气体扩散层43)后，在多孔质体层40(气体扩散层43)内扩散。
空气在多孔质体层40(气体扩散层43)内向平面方向扩散的同时也向厚度方向扩散，并被供给至相接设置于多孔质体层40(气体扩散层43)的膜电极接合体81，从而有助于发电反应。未在发电时使用的气体(未使用的氧气体及氮气体)以及在发电时生成后的水(水蒸气或冷凝水)经由多孔质体层40(气体扩散层43)、气体流路用槽55、流出侧槽52来流出至流出通路58。流出至流出通路58的氧气体、氮气体以及水最终从流出通路58通过阴极气体流出口62B及阴极气体排出口72B排出。这时，由于燃料电池用气体供给扩散层42的构造，并非所有的水都被排出，其中一部分的水滞留在多孔质体层40(气体扩散层43)内。
实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42由于具有上述特征，因此，就能够将发电时由膜电极接合体生成的水(水蒸气或冷凝水)经由多孔质体层40及气体流路用槽55来高效地排出至气体流路用槽外。此外，在伏流区域中，能够以被伏流气体流动推出的形式来将水高效地排出至气体流路用槽外。
【实施方式的效果】
根据实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42，由于在多孔质体层40的一个面上形成有多个气体流路用槽55，因此，就能够比以往更减少燃料电池用气体的移动电阻，并且能够对膜电极接合体供给被以往更多的燃料电池用气体。
此外，根据实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42，由于多个气体流路用槽55被形成在多孔质体层40的一个面上，因此，对配设在多孔质体层40的另一个面上的膜电极接合体81供给燃料电池用气体就必须经由多孔质体层40进行，所以，相比多个气体流路被从多孔质体层的一个面开口至另一面的情况，就能够对膜电极接合体更为均匀地供给燃料电池用气体。另外，根据实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42，由于多个气体流路用槽55在多孔质体层40的一个面上是被形成为从气体的流入侧朝向流出侧的锯齿状或波状，因此不仅会形成气体流路用槽中的气体流动，还会在短路上流侧流路与下流通路后形成伏流的气体流动(伏流气体流动)，所以，供给至多孔质体层的燃料电池用气体的供给路径就会向面内广泛分散，相比多个气体流路用槽被形成为从气体的流入侧朝向流出侧的直线状的情况，就能够对膜电极接合体更为均匀地供给燃料电池用气体。
根据实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42，由于在多个气体流路用槽55中的一个气体流路用槽55A所外接的第一矩形区域R1中，流通于所述一个气体流路用槽55A中的一部分燃料电池用气体进入多孔质体层40，即伏流区域被形成在第一矩形区域R1中，此外，流通于邻接上述一个气体流路用槽55A的气体流路用槽55B中的一部分燃料电池用气体进入多孔质体层40，即伏流区域被形成在第二矩形区域R2中，并且第一矩形区域R1与第二矩形区域R2沿着彼此相接的区域重叠(参照图6及图7)，因此供给至多孔质体层40的燃料电池用气体的供给路径就会向面内无间隙地分散，所以就能够对膜电极接合体81更为均匀地供给燃料电池用气体。
此外，根据实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42，由于第一矩形区域R1与第二矩形区域R2彼此重叠的重叠区域R3都将存在于多个气体流路用槽55中的任意深度位置D1、D2、D3(参照图7及图8)，因此即使供给至多孔质体层40的燃料电池用气体的供给路径是在气体流路用槽55中的任意深度位置D1、D2、D3上，也会向面内无间隙地分散，所以就能够对膜电极接合体更为均匀地供给燃料电池用气体。
根据上述结果，由于能够对膜电极接合体81均匀地供给比以往更多的燃料电池用气体，因此，实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42是一种能够比以往更为提高燃料电池的发电效率的燃料电池用气体供给扩散层。
此外，由于实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42具有上述特征，因此就能够将未在发电时使用的燃料电池用气体(在这种情况下是阴极气体(氧气体、氮气体))经由多孔质体层40以及气体流路用槽55来高效地排出至气体流路用槽55外，此外，在伏流区域中，由于能够以被伏流气体流动推出的形式来将未在发电时使用的燃料电池用气体(在这种情况下是阴极气体(氧气体、氮气体))高效地排出至气体流路用槽55外，因此，实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42是一种能够将燃料电池用气体的移动电阻保持得比以往更低，进而能够将反应气体浓度保持为较高的，且能够比以往更为提高燃料电池的发电效率的燃料电池用气体供给扩散层。
此外，由于实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42具有上述特征，因此就能够将发电时由膜电极接合体81生成的水蒸气或冷凝水经由多孔质体层40及气体流路用槽55来高效地排出至气体流路用槽55外，此外，由于在伏流区域中，能够以被伏流气体流动推出的形式来将水蒸气或冷凝水高效地排出至气体流路用槽55外，所以实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42是一种具有比以往更优秀的排水性的燃料电池用气体供给扩散层。
此外，根据实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42，由于重叠区域R3的宽度L1与矩形区域的宽度L满足于“L1≧0.1×L”的关系，因此，就能够增加重叠区域R3在燃料电池用气体供给扩散层42中所占的平面面积比例，并且能够对膜电极接合体81更为均匀地供给燃料电池用气体。
实施方式涉及的燃料电池用隔板23是一种具备：金属板30；以及被配设在金属板30的至少一个面上的燃料电池用气体供给扩散层的燃料电池用隔板，燃料电池用气体供给扩散层就是实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42，由于该燃料电池用气体供给扩散层42被相对于金属板30配置为使得多个气体流路用槽55位于金属板30的一侧，并且通过气体流路用槽55与金属板30来构成气体流路，因此实施方式涉及的燃料电池用隔板23是一种能够比以往更提高燃料电池的发电效率，且具有比以往更优秀的排水性的燃料电池用隔板。
实施方式涉及的燃料电池电堆20是一种由燃料电池用隔板与膜电极接合体叠层后构成的燃料电池电堆，燃料电池用隔板就是实施方式涉及的燃料电池用隔板23，由于该燃料电池用隔板23与膜电极接合体81按照：膜电极接合体81位于燃料电池用气体供给扩散层42的未形成有多个气体流路用槽55的一侧的面上的位置关系来进行叠层，因此，实施方式涉及的燃料电池电堆20是一种比以往更提高燃料电池的发电效率的且具有比以往更优秀的排水性的燃料电池电堆。
【燃料电池用隔板23的制造方法】
作为一个示例，通过各向同性加压来形成耐腐蚀层、致密框32、燃料电池用气体供给扩散层42等。例如，在使用热固性树脂(也可以是热塑性树脂)的情况下，将碳系导电材料粉末(以及视情况而定的碳纤维)、树脂粉末及挥发性溶剂混炼后制成糊状。该糊状的糊剂是预备用于耐腐蚀层以及致密框、流体供给扩散层等的多种类的糊剂。并且，在金属板30上通过印刷、压印、挤压等来依次形成耐腐蚀层、致密框32的图案、燃料电池用气体供给扩散层42的图案等。在每次形成各图案时，使溶剂挥发。将形成了上述所有图案后的金属板30整体放入于软质的较薄的橡胶袋中，并在真空脱气后将橡胶袋放入于耐压容器，并将加热流体导入于容器内，从而在以加热流体进行各向同性加压后使树脂固化。为了最终使致密框32、燃料电池用气体供给扩散层42的高度(厚度)为相同高度(厚度)，最好是根据树脂固化时的收缩程度，在图案制作时预先调整这些各框、壁、层等的高度(厚度)。
一方面，在金属板30上预先形成耐腐蚀层，另一方面，形成致密框32、燃料电池用气体供给扩散层42，并可以在最后热压接制造这些构件。这时，致密框32可以与金属板30上的耐腐蚀层同时制成。在第一阶段中，在金属板30上制成耐腐蚀层与致密框32，在这之后的第二阶段中，将燃料电池用气体供给扩散层42的糊剂依次印刷于金属板30的耐腐蚀层上，并在使其干燥后，通过辊压(热冲压)使其固化来制造。
此外，也能够使用如下制造方法。将碳纤维(CF)、少量的黑烟颗粒(GCB)及作为粘合剂的热塑性或热固性或形成纤维物的树脂混炼后形成为片状，并在固化前的生片状态下，将具有与流入通路57、流出通路58、流入侧槽51、流出侧槽52及气体流路用槽55对应的形状的突起的压模推向至片材后，形成流入通路57、流出通路58、流入侧槽51、流出侧槽52及气体流路用槽55。最后，对生片进行热处理，并将其粘合于形成有耐腐蚀层的金属板30上。
燃料电池用气体供给扩散层42的移动电阻(或流体电阻)依存于多孔质体层40的气孔率与正交于流体的流动方向的面的面积(各层的高度(厚度)与宽度)。如果气孔率变大，移动电阻就会变小。如果流体所流动的面积变大，移动电阻就会变小(单位面积的移动电阻为恒定)。作为大致的标准，燃料电池用气体供给扩散层的气孔率对于(阳极气体用)燃料电池用气体供给扩散层42来说是30～85％，而燃料电池用气体供给扩散层的气孔率对于(阴极气体用)燃料电池用气体供给扩散层41来说是50～85％。气孔率P由易于测定的P＝(多孔质体层中的气孔的体积)/(多孔质体层的体积)所决定。此处，气孔是包含不通向外部的气孔在内的真正的气孔。
此外，上述的制造方法也能够适用于：制造除燃料电池用隔板23以外的燃料电池用隔板(燃料电池用隔板21、燃料电池用隔板22、燃料电池用隔板24及燃料电池用隔板25)时。【除燃料电池用隔板23以外的燃料电池用隔板】
图10是除燃料电池用隔板23以外的燃料电池用隔板(燃料电池用隔板21、燃料电池用隔板22、燃料电池用隔板24及燃料电池用隔板25)的截面图。图10(a)是类型CA的燃料电池用隔板21的截面图，图10(b)是类型A的燃料电池用隔板22的截面图，图10(c)是类型CW的燃料电池用隔板24的截面图，图10(d)是类型AW的燃料电池用隔板25的截面图。
本发明的燃料电池用气体供给扩散层能够适用于燃料电池用隔板21的(阴极气体用)燃料电池用气体供给扩散层42以及/或者(阳极气体用)燃料电池用气体供给扩散层41(参照图10(a))。此外，本发明的燃料电池用气体供给扩散层也能够适用于燃料电池用隔板22的(阳极气体用)燃料电池用气体供给扩散层41(参照图10(b))。本发明的燃料电池用气体供给扩散层也能够适用于燃料电池用隔板24的(阴极气体用)燃料电池用气体供给扩散层42(参照图10(c))。本发明的燃料电池用气体供给扩散层也能够适用于燃料电池用隔板25的(阴极气体用)燃料电池用气体供给扩散层41(参照图10(b))。
即使是在这种将本发明的燃料电池用气体供给扩散层适用于上述的燃料电池用隔板21、22、24、25的燃料电池用气体供给扩散层的情况下，由于能够对膜电极接合体均匀地供给比以往更多的燃料电池用气体，因此，本发明的燃料电池用气体供给扩散层是一种能够比以往更为提高燃料电池的发电效率的燃料电池用气体供给扩散层。
【变形例一】
图11是用于说明变形例一所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42a的(从金属板30的一侧进行观看后的)平面构造而展示的图。只是，与图4的情况相同，为了将燃料电池用隔板23的流路图案表现地易于理解，省略了金属板30的示图。这在之后的图12～图21中也相同。虽然变形例一所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42a基本上具有与实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42相同的构成，但是其气体流路用槽55的构成却与实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42的情况有所不同。即，如图11所示，在变形例一所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42a中，气体流路用槽55的构成具有：气体流路用槽55的流入侧端部的宽度W1与气体流路用槽55的流出侧端部的宽度W2是满足于“W2<W1”的关系。根据变形例一所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42a，由于气体流路用槽中的气体流的线速度在流出端部侧变高，因此，流路间的多孔质中的气体的伏流比例变高，并且能够将更多的燃料电池用气体均等地送入多孔质体层，即使是在流出侧的区域中，也能够抑制所说的伏流区域中的燃料电池用气体浓度的降低。此外，还能够有效地排出作为反应生成物而产生的朝向下流增加的水蒸气或冷凝水。流路用槽55的宽度W从气体的流入侧朝着流出侧逐渐变窄。
【变形例二】
图12是用于说明变形例二所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b的平面构造而展示的图。在图12中，符号R4代表后述的“分割重叠区域”。虽然变形例二所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b基本上具有与实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42相同的构成，但是其在气体流路用槽以外，在形成气压均等化用槽这点上也与实施方式涉及的燃料电池用气体供给扩散层42的情况有所不同。即，如图12所示，在变形例二所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b中，在多孔质体层40上，按照与多个气体流路用槽55交叉的方式在与从气体的流入侧朝向流出侧的方向正交的整个宽度方向上形成一个气压均等化用槽56。此外，在将由该气压均等化用槽56所分割后的重叠区域定义为“分割重叠区域R4”时，分割重叠区域R4都将存在于多个气体流路用槽55中的任意深度位置。根据变形例二所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b，通过气压均等化用槽56的作用，就能够在与从气体的流入侧朝向流出侧的方向正交的整个宽度方向上将燃料电池用气体的供给量均等化。此外，由于分割重叠区域R4将存在于多个气体流路用槽中的任意深度位置，并且由于被供给至多孔质体层的燃料电池用气体的供给路径是无间隙地分散，因此就能够对膜电极接合体更为均匀地供给燃料电池用气体。
此外，在变形例二所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b中，气体流路用槽55的深度与气压均等化用槽56的深度相等。因此，由于能够以相同的制造工序且使用简单构造的模具来形成气体流路用槽55与气压均等化用槽56，所以也就具有能够抑制因形成气压均等化用槽所导致的制造成本上升的效果。
【变形例三】
图13是用于说明变形例三所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42c的平面构造而展示的图。虽然变形例三所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42c基本上具有与变形例二所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b相同的构成，但是其气体流路用槽55的构成却与变形例二所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b的情况有所不同。即，如图13所示，在变形例三所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42c中，气体流路用槽55的构成具有：气体流路用槽55的流入侧端部的宽度W1与气体流路用槽55的流出侧端部的宽度W2是满足于“W2<W1”的关系。根据变形例三所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42c，由于气体流路用槽中的气体流的线速度在流出端部侧变高，因此，流路间的多孔质中的气体的伏流比例变高，并且能够将大量的燃料电池用气体更为均等地送入多孔质体层的整个区域，即使是在流出侧的区域中，也能够抑制所说的伏流区域中的燃料电池用气体浓度的降低。此外，还能够有效地排出作为反应生成物而产生的朝向下流增加的水蒸气或冷凝水。虽然流路用槽55的宽度W是从气体的流入侧朝着流出侧逐渐变窄，但是其也可以是阶段性地变窄。
【变形例四】
图14是用于说明变形例四所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42d的平面构造而展示的图。虽然变形例四所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42d基本上具有与变形例二所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b相同的构成，但是其气体流路用槽55的平面构造却与变形例二所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b的情况有所不同。即，如图14所示，在变形例四所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42d中，流出侧端部中的气体流路用槽55的形成密度(每单位面积的形成数量)更高于流入侧端部中的气体流路用槽55的形成密度(每单位面积的形成数量)。根据变形例四所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42d，由于随着反应的进行，燃料电池用气体随着向下流流动而被消耗，因此，即使是在供给容易减少的流出侧，也能够抑制伏流区域中的燃料电池用气体浓度的降低，此外，还能够有效地排出作为反应生成物而产生的朝向下流增加的水蒸气或冷凝水。
【变形例五】
图15是用于说明变形例五所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42e的平面构造而展示的图。虽然变形例五所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42e基本上具有与变形例二所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b相同的构成，但是其气体流路用槽55的平面构造却与变形例二所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b的情况有所不同。即，如图15所示，变形例五所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42e与变形例四的情况相同，都是流出侧端部中的气体流路用槽55的形成密度(每单位面积的形成数量)更高于流入侧端部中的气体流路用槽55的形成密度(每单位面积的形成数量)。根据变形例五所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42e，由于随着反应的进行，燃料电池用气体随着向下流流动而被消耗，因此，即使是在供给容易减少的流出侧，也能够抑制伏流区域中的燃料电池用气体浓度的降低，此外，还能够有效地排出作为反应生成物而产生的朝向下流增加的水蒸气或冷凝水。在变形例五中，气体流路用槽55的纵向的锯齿间距比变形例四更短。
【变形例六】
图16是用于说明变形例六所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42f的平面构造而展示的图。虽然变形例六所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42f基本上具有与变形例二～五所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b～42e相同的构成，但是其气压均等化用槽56的形成数量却与变形例二～五所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42b～42e的情况有所不同。即，如图16所示，在变形例六所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42f中，气压均等化用槽56的形成数量为两个。在变形例六所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42f中，由于气压均等化用槽56的形成数量为两个，因此通过气压均等化用槽56的作用，就能够在与从气体的流入侧朝向流出侧的方向正交的整个宽度方向上将燃料电池用气体的供给量更为均等化。虽然流路用槽55的宽度W是从气体的流入侧朝着流出侧阶段性地变窄，但是其也可以是逐渐变窄。【变形例七】
图17是用于说明变形例七所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42g的平面构造而展示的图。虽然变形例七所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42g基本上具有与实施方式所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42相同的构成，但是其最位于流入侧的气体流路用槽的形成角度却与实施方式所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42的情况有所不同。即，如图17所示，在变形例七所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42g中，最位于流入侧的气体流路用槽55的形成角度为燃料电池用气体易于进入该气体流路用槽55的角度。根据变形例七所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42g，由于最位于流入侧的气体流路用槽55的形成角度为该燃料电池用气体易于进入气体流路用槽55的角度，因此，就能够减少燃料电池用气体的移动电阻，并且能够对膜电极接合体供给更多的燃料电池用气体。
【变形例八】
图18是用于说明变形例八所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42h的平面构造而展示的图。虽然变形例八所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42h基本上具有与实施方式所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42相同的构成，但是其气体流路用槽55的流入侧端部与流出侧端部的形成角度却与实施方式所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42的情况有所不同。即，如图18所示，在变形例八所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42h中，气体流路用槽55的流入侧端部与流出侧端部的形成角度均为与从气体的流入侧沿着流出侧的方向(金属板30的纵长方向)平行的角度。根据变形例八所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42h，由于气体流路用槽55的流入侧端部与流出侧端部的形成角度均为与从气体的流入侧沿着流出侧的方向(金属板30的纵长方向)平行的角度，因此，就能够减少在燃料电池用气体的流入时及流出时的移动电阻，并且能够对膜电极接合体供给更多的燃料电池用气体。
【变形例九】
图19是用于说明变形例九所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42i的平面构造而展示的图。虽然变形例九所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42i基本上具有与变形例八所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42h相同的构成，但是其气体流路用槽55的流入侧端部与流出侧端部的形成宽度却与变形例八所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42h的情况有所不同，即，如图19所示，在变形例九所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42i中，气体流路用槽55的流入侧端部与流出侧端部的形成宽度比变形例八所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42h更宽。此外，其是随着朝向端部而变宽的锥形。根据变形例九所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42i，由于气体流路用槽55的流入侧端部与流出侧端部的形成宽度比变形例八所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42h更宽，此外，由于其是随着朝向端部而变宽的锥形，因此，就能够更为减少在燃料电池用气体的流入时及流出时的移动电阻，并且能够对膜电极接合体供给更多的燃料电池用气体。
【变形例十】
图20是用于说明变形例十所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42j的平面构造而展示的图。虽然变形例十所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42j的基本上具有与实施方式所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42相同的构成，但是其气体流路用槽55的平面形状却与实施方式所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42的情况有所不同。即，如图20所示，在变形例十所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42j中，多个气体流路用槽55的平面形状为波形。根据变形例十所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42j，虽然其气体流路用槽55的平面形状与实施方式所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42的情况有所不同，但是由于是与实施方式所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42同样地使供给至多孔质体层的燃料电池用气体的供给路径向面内广泛分散，因此，相比多个气体流路用槽被形成为从气体的流入侧朝向流出侧的直线状的情况，就能够对膜电极接合体更为均匀地供给燃料电池用气体。
【变形例十一】
图21是用于说明变形例十一所涉及的燃料电池用隔板23k的平面构造而展示的图。变形例十一所涉及的燃料电池用隔板23k是C类型的燃料电池用隔板，并且虽然其基本上具有与实施方式所涉及的燃料电池用隔板23相同的构成，但是其包含阴极气体流入口62A及阴极气体流出口62B、阳极气体流入口61A及阳极气体流出口61B、以及包含冷却水流入口63A及冷却水流出口63B的平面构造却与实施方式所涉及的燃料电池用隔板23的情况有所不同。即，如图21所示，在变形例十一所涉及的燃料电池用隔板23k中，在金属板30的纵向方向两端部上仅分别形成阴极气体流入口62A及阴极气体流出口62B，并且阳极气体流入口61A及阳极气体流出口61B、以及冷却水流入口63A及冷却水流出口63B被分别形成于金属板30的横向方向两端部上。根据变形例十一所涉及的燃料电池用隔板23k，由于能够加宽用于流通比阳极气体更难在燃料电池用气体供给扩散层中进行扩散的阴极气体的阴极气体流入口62A及阴极气体流出口62B的形成宽度，因此就能够对膜电极接合体均匀地供给更多的阴极气体。此外，由于能够将未在发电时使用的氧气体及氮气体高效地排出于气体流路用槽外，因此就能够更为提高燃料电池的发电效率。此外，根据变形例十一所涉及的燃料电池用隔板23k，由于能够将在发电时由膜电极接合体生成的水蒸气或冷凝水高效地排出至气体流路用槽外，因此就具有更为优秀的排水性。
【变形例十二】
在上述的实施方式中，作为膜电极接合体，虽然使用的是具有与燃料电池用气体供给扩散层42、41大致相同面积的媒介层85的膜电极接合体81，但是本发明不受此限定。作为膜电极接合体，也可以使用具有比燃料电池用气体供给扩散层42、41更小面积的媒介层85的膜电极接合体。图22是变形例十二所涉及的燃料电池用隔板23L的平面图。在变形例十二所涉及的燃料电池用隔板23L中，作为膜电极接合体81，在使用具有比燃料电池用气体供给扩散层42、41更小面积的媒介层85的膜电极接合体的同时，按照膜电极接合体81的媒介层85是位于燃料电池用气体供给扩散层42、41的中央部分(向燃料电池用气体供给扩散层42、41的膜电极接合体81侧的表面均匀地供给阴极气体的部分)的方式叠层这些构件。根据变形例十二所涉及的燃料电池用隔板23L，能够均匀地供给燃料电池用气体，并且能够在发电效率较高的区域内进行发电，从而就能够更为提高燃料电池的发电效率。
【变形例十三】
在上述的实施方式中，作为气体流路用槽，虽然使用的是多孔质体层40(或气体流路用槽55)表面的气体流路用槽的宽度与气体流路用槽55底部的气体流路用槽的宽度相等且截面为长方形的气体流路用槽55(参照图5及图7)，但是本发明不受此限定。可以是槽的底部比表面更窄的三角形截面的气体流路用槽，也可以是槽的底部比表面更窄的半圆形截面的气体流路用槽，还可以是其他形状的气体流路用槽。图23及图24是用于说明变形例十三所涉及的气体流路用槽55的形成图案而展示的图。其中，图23是气体流路用槽55的构造图，图24是用于说明位于不同深度位置上的气体流路用槽55的平面构造而展示的图。图23(a)是平面图，图23(b)是图23(a)中的A-A截面图。图24(a)展示了位于深度位置D1(位于多孔质体层40(或气体流路用槽55)表面上的深度位置)上的气体流路用槽55的平面构造，图24(b)展示了位于深度位置D2(位于气体流路用槽55的深度的1/2的深度位置)上的气体流路用槽55的平面构造，图24(c)展示了位于深度位置D3(位于气体流路用槽55的底部的深度位置)上的气体流路用槽55的平面构造。在图23及图24中，展示了阴极气体的流动。在图23(a)及图24中，气体流路用槽55内的箭头沿着气体流路用槽55流动，记述在多孔质体层40内的朝向纵向方向上的箭头是从气体流路用槽55被推出至多孔质体层40(气体扩散层43)中的阴极气体的流动(伏流气体流动)。此外，在图24(b)中，记述在多孔质体层40内的朝向横向方向及向下方向(朝向膜电极接合体侧的方向)的箭头展示了从气体流路用槽55m朝着膜电极接合体侧被推出至多孔质体层40(气体扩散层43)中的阴极气体的流动。
如图23所示，作为气体流路用槽，也能够使用槽的底部比表面更窄的三角形截面的气体流路用槽55。在这种情况下，虽然位于深度位置D3上的矩形区域R的面积比位于深度位置D1上的矩形区域R的面积更小，并且对于将燃料电池用气体均匀地供给至膜电极接合体的观点来看是不利的，但是如图24所示，即使是在这种情况下，只要第一矩形区域R1与第二矩形区域R2彼此重叠的重叠区域R3存在于多个气体流路用槽55中的任意深度位置，也能够与实施方式所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42同样地对膜电极接合体更为均匀地供给燃料电池用气体。所以，在满足于重叠的重叠区域R3存在于多个气体流路用槽55中的任意深度位置的条件时，无论气体流路用槽55的截面形状如何，都将得到本发明的燃料电池用气体供给扩散层所具有的“能够对膜电极接合体更为均匀地供给燃料电池用气体”的效果。
【变形例十四】
在上述的实施方式中，作为燃料电池用气体供给扩散层，虽然使用的是具备在一个面上形成有气体流路用槽55的多孔质体层40的燃料电池用气体供给扩散层42(参照图5)，但是本发明不受此限定。图25是变形例十四所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42n的截面图。与图5的情况相同，其也展示了在接合了膜电极接合体81状态下的燃料电池用隔板23n。如图25所示，也可以是使用具备：在一个面上形成有气体流路用槽55的多孔质体层40；以及被配设在该多孔质体层40的另一个面上的微孔层44的燃料电池用气体供给扩散层。在利用这种构造时，能够使用不具备微孔层的膜电极接合体来构成燃料电池用隔板。
【变形例十五】
在上述的实施方式中，作为气体遮蔽板，虽然使用的是金属板30，但是本发明不受此限定。也能够使用由除金属板30以外的具有遮蔽气体的性质的材料构成的板(例如，陶瓷板、树脂板)。
此外，虽然上述各变形例将记载于各变形例的特征适用于实施方式所涉及的燃料电池用气体供给扩散层42、燃料电池用隔板23及燃料电池电堆20，但是记载于各变形例的特征不受此限定，其能够适用于本发明的燃料电池用气体供给扩散层、燃料电池用隔板及燃料电池电堆的整体。例如，记载于各变形例的特征也能够适用于具备了：类型CA的燃料电池用气体供给扩散层21；类型CW的燃料电池用气体供给扩散层24；类型A的燃料电池用气体供给扩散层22；类型AW的燃料电池用气体供给扩散层25的燃料电池用隔板及燃料电池电堆。
以上虽然是基于图示的实施方式来说明本发明的燃料电池用气体供给扩散层、燃料电池用隔板以及燃料电池电堆，但是本发明不受上述的各实施方式所限定，其能够在不脱离本发明的主旨的范围内实施各种变形。
符号说明
20…燃料电池电堆；21、22、23、23a～23k、23L、23m、23n、24、25…燃料电池用隔板；27A、27B…集电板；28A、28B…绝缘片；30…金属板；32…致密框；33…垫圈；33A…垫圈用槽；40…多孔质体层；41…燃料电池用气体供给扩散层(阳极气体供给扩散层)；42、42a～42k、42m、42n…燃料电池用气体供给扩散层(阴极气体供给扩散层)；43…气体扩散层；44…微孔层；45…冷却水供给扩散层；46…冷却水流路；51…流入侧槽；52…流出侧槽；55…气体流路用槽；55A…一个气体流路用槽；55B…与一个气体流路用槽55A邻接的气体流路用槽；56…气压均等化用槽；57…流入通路；58…流出通路；61A…阳极气体流入口；61B…阳极气体流出口；62A…阴极气体流入口；62B…阴极气体流出口；63A…冷却水流入口；63B…冷却水流出口；74…紧固·弹簧支撑；75、76…端板；80…电池构造体；81…膜电极接合体；81A…框架(框)；82…电解质膜；83…微孔层；85…媒介层；D1…位于多孔质体层40的表面(或气体流路用槽55的表面)上的深度位置；D2…位于气体流路用槽55的深度的1/2的深度位置；D3…位于气体流路用槽55的底部的深度位置；L…矩形区域的宽度；L1…重叠区域R3的宽度；L2…气体流路用槽55(矩形区域R)的排列间距；R…矩形区域；R1…第一矩形区域；R2…第二矩形区域；R3…重叠区域；R4…分割重叠区域；W…气体流路用槽55的宽度(沿着与气体流路用槽55内的气体的流动正交的方向的宽度)；W1…气体流路用槽55的流入侧端部的宽度；W2…气体流路用槽55的流出侧端部的宽度。

Claims (14)

1.一种燃料电池用气体供给扩散层，其特征在于，包括：
多孔质体层，其能够使气体穿透及扩散，并且呈具有导电性的片状；以及
多个气体流路用槽，在所述多孔质体层的一个面上被形成为并列且是分别从所述气体的流入侧朝向流出侧的锯齿状或波状，
其中，从平面上看，在所述多个气体流路用槽中的各个气体流路用槽所外接的多个矩形区域R中的一个气体流路用槽所外接的第一矩形区域R1与邻接于所述一个气体流路用槽的气体流路用槽所外接的第二矩形区域R2沿着彼此相接的区域重叠，并且，无论所述多个气体流路用槽的截面形状如何，所述第一矩形区域R1与所述第二矩形区域R2彼此重叠的重叠区域R3均存在于所述多个气体流路用槽中的任意深度位置，
在所述多孔质体层中，按照与所述多个气体流路用槽交叉的方式在与从所述气体的流入侧朝向流出侧的方向正交的整个宽度方向上形成一个或多个气压均等化用槽，
在将被所述气压均等化用槽分割后的所述重叠区域定义为“分割重叠区域R4”后，无论所述多个气体流路用槽的截面形状如何，所述分割重叠区域R4均存在于所述多个气体流路用槽中的任意深度位置。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用气体供给扩散层，其特征在于：
其中，所述气体流路用槽的深度与所述气压均等化用槽的深度相等。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用气体供给扩散层，其特征在于：
其中，所述燃料电池用气体供给扩散层为用于阴极气体的燃料电池用气体供给扩散层。
4.根据权利要求3所述的燃料电池用气体供给扩散层，其特征在于：
其中，所述阴极气体为空气。
5.根据权利要求3或4所述的燃料电池用气体供给扩散层，其特征在于：
其中，所述气体流路用槽的流入侧端部的宽度W1与所述气体流路用槽的流出侧端部的宽度W2满足于“W2<W1”的关系。
6.根据权利要求3或4所述的燃料电池用气体供给扩散层，其特征在于：
其中，位于流出侧端部的所述气体流路用槽的形成密度更高于位于流入侧端部的所述气体流路用槽的形成密度。
7.一种燃料电池用气体供给扩散层，其特征在于，包括：
多孔质体层，其能够使气体穿透及扩散，并且呈具有导电性的片状；以及
多个气体流路用槽，在所述多孔质体层的一个面上被形成为并列且是分别从所述气体的流入侧朝向流出侧的锯齿状或波状，
其中，从平面上看，在所述多个气体流路用槽中的各个气体流路用槽所外接的多个矩形区域R中的一个气体流路用槽所外接的第一矩形区域R1与邻接于所述一个气体流路用槽的气体流路用槽所外接的第二矩形区域R2沿着彼此相接的区域重叠，并且，无论所述多个气体流路用槽的截面形状如何，所述第一矩形区域R1与所述第二矩形区域R2彼此重叠的重叠区域R3均存在于所述多个气体流路用槽中的任意深度位置,
所述燃料电池用气体供给扩散层为用于阴极气体的燃料电池用气体供给扩散层,
所述气体流路用槽的流入侧端部的宽度W1与所述气体流路用槽的流出侧端部的宽度W2满足于“W2<W1”的关系。
8.根据权利要求7所述的燃料电池用气体供给扩散层，其特征在于：
其中，位于流出侧端部的所述气体流路用槽的形成密度更高于位于流入侧端部的所述气体流路用槽的形成密度。
9.一种燃料电池用气体供给扩散层，其特征在于，包括：
多孔质体层，其能够使气体穿透及扩散，并且呈具有导电性的片状；以及
多个气体流路用槽，在所述多孔质体层的一个面上被形成为并列且是分别从所述气体的流入侧朝向流出侧的锯齿状或波状，
其中，从平面上看，在所述多个气体流路用槽中的各个气体流路用槽所外接的多个矩形区域R中的一个气体流路用槽所外接的第一矩形区域R1与邻接于所述一个气体流路用槽的气体流路用槽所外接的第二矩形区域R2沿着彼此相接的区域重叠，并且，无论所述多个气体流路用槽的截面形状如何，所述第一矩形区域R1与所述第二矩形区域R2彼此重叠的重叠区域R3均存在于所述多个气体流路用槽中的任意深度位置,
所述燃料电池用气体供给扩散层为用于阴极气体的燃料电池用气体供给扩散层,
位于流出侧端部的所述气体流路用槽的形成密度更高于位于流入侧端部的所述气体流路用槽的形成密度。
10.根据权利要求7或9所述的燃料电池用气体供给扩散层，其特征在于：
其中，所述阴极气体为空气。
11.根据权利要求1、7、9中任意一项所述的燃料电池用气体供给扩散层，其特征在于：
其中，所述重叠区域R3的宽度L1与所述矩形区域的宽度L满足于“L1≧0.1×L”的关系。
12.根据权利要求1、7、9中的任意一项所述的燃料电池用气体供给扩散层，其特征在于，进一步包括：
微孔层，其被配设在所述多孔质体层的另一个面上。
13.一种燃料电池用隔板，其特征在于，包括：
气体遮蔽板；以及
燃料电池用气体供给扩散层，其被配设在所述气体遮蔽板的至少一个面上，其中，所述燃料电池用气体供给扩散层就是权利要求1至12中的任意一项所述的燃料电池用气体供给扩散层，
所述燃料电池用气体供给扩散层被相对于所述气体遮蔽板来进行配置，从而使得所述多个气体流路用槽位于所述气体遮蔽板的一侧，
通过所述气体流路用槽与所述气体遮蔽板来构成气体流路。
14.一种燃料电池电堆，由燃料电池用隔板与膜电极接合体叠层后构成，其特征在于：
其中，所述燃料电池用隔板为权利要求13所述的燃料电池用隔板，
所述燃料电池用隔板与所述膜电极接合体按照：所述膜电极接合体位于所述燃料电池用气体供给扩散层的未形成有所述多个气体流路用槽的一侧的面上的位置关系来进行叠层。
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