JP2002124270A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JP2002124270A JP2002124270A JP2000322568A JP2000322568A JP2002124270A JP 2002124270 A JP2002124270 A JP 2002124270A JP 2000322568 A JP2000322568 A JP 2000322568A JP 2000322568 A JP2000322568 A JP 2000322568A JP 2002124270 A JP2002124270 A JP 2002124270A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- layer
- gas diffusion
- rib
- region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0234—Carbonaceous material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/1023—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having only carbon, e.g. polyarylenes, polystyrenes or polybutadiene-styrenes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/1039—Polymeric electrolyte materials halogenated, e.g. sulfonated polyvinylidene fluorides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
- H01M8/248—Means for compression of the fuel cell stacks
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】固体高分子膜にアノード及びカソードを配して
なるセルを備えた燃料電池において、固体高分子膜及び
電極触媒層の湿潤性を均一化することよって、安定して
優れた特性で発電できるものを提供する。 【解決手段】 カソード触媒層２２とカソード側セパレ
ータ板６０とに挟まれたガス拡散層２４において、酸化
剤ガス（空気）の入口側から一定の範囲では、酸化剤チ
ャネル６５と対向する領域２４Ａでは、リブ６６と対向
する領域２４Ｂと比べて保水性が高くなるように調整さ
れている。このガス拡散層２４における保水性の調整
は、チャネル対向部２４Ａにおける単位面積当たりの撥
水性材料の含有量を、リブ対向部２４Ｂにおける単位面
積当たりの撥水性材料の含有量より小さく設定すること
によって行う。
なるセルを備えた燃料電池において、固体高分子膜及び
電極触媒層の湿潤性を均一化することよって、安定して
優れた特性で発電できるものを提供する。 【解決手段】 カソード触媒層２２とカソード側セパレ
ータ板６０とに挟まれたガス拡散層２４において、酸化
剤ガス（空気）の入口側から一定の範囲では、酸化剤チ
ャネル６５と対向する領域２４Ａでは、リブ６６と対向
する領域２４Ｂと比べて保水性が高くなるように調整さ
れている。このガス拡散層２４における保水性の調整
は、チャネル対向部２４Ａにおける単位面積当たりの撥
水性材料の含有量を、リブ対向部２４Ｂにおける単位面
積当たりの撥水性材料の含有量より小さく設定すること
によって行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質膜に固体高
分子膜を用いた燃料電池に関する。
分子膜を用いた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】この燃料電池としてはリン酸型、炭酸溶
融塩型など電解質の種類によって様々なものがあるが、
近年では、陽イオン交換型の固体高分子膜（proton ex
changemembrane）を電解質膜とし、比較的運転温度が低
温で且つ高性能で発電することができる燃料電池が積極
的に開発されている。
融塩型など電解質の種類によって様々なものがあるが、
近年では、陽イオン交換型の固体高分子膜（proton ex
changemembrane）を電解質膜とし、比較的運転温度が低
温で且つ高性能で発電することができる燃料電池が積極
的に開発されている。
【０００３】このタイプの燃料電池は、固体高分子膜の
一方の面にカソード、他方の面にアノードを配してなる
セルを、ガス流路及び当該流路間にリブが形成された一
対のプレートで挟持した基本構造を持ち、実用的な燃料
電池においては、このようなセルユニットが多数積層さ
れて高出力が得られるようになっている。そして、カソ
ード及びアノードの各々は一般的に、固体高分子膜上に
形成された電極触媒層とその上を覆って設けられたガス
拡散層とから構成されており、このガス拡散層は、電極
触媒層とガス流路との間に介在することによって、流路
を流通するガスを電極触媒層に行き渡らせると共に、電
極触媒層とプレートのリブとの間で導電性を確保する働
きをなす。
一方の面にカソード、他方の面にアノードを配してなる
セルを、ガス流路及び当該流路間にリブが形成された一
対のプレートで挟持した基本構造を持ち、実用的な燃料
電池においては、このようなセルユニットが多数積層さ
れて高出力が得られるようになっている。そして、カソ
ード及びアノードの各々は一般的に、固体高分子膜上に
形成された電極触媒層とその上を覆って設けられたガス
拡散層とから構成されており、このガス拡散層は、電極
触媒層とガス流路との間に介在することによって、流路
を流通するガスを電極触媒層に行き渡らせると共に、電
極触媒層とプレートのリブとの間で導電性を確保する働
きをなす。
【０００４】また、固体高分子膜や電極触媒層は、乾燥
状態ではイオン伝導性が低いので、一般的には燃料ガス
や酸化剤ガスを加湿してから燃料電池に供給することに
よって、固体高分子膜を湿潤させながら運転する方法が
とられているが、近年、燃料電池システムのコンパクト
化が要求されるのに伴って、酸化剤ガスとして空気を無
加湿で供給するタイプも出てきている。
状態ではイオン伝導性が低いので、一般的には燃料ガス
や酸化剤ガスを加湿してから燃料電池に供給することに
よって、固体高分子膜を湿潤させながら運転する方法が
とられているが、近年、燃料電池システムのコンパクト
化が要求されるのに伴って、酸化剤ガスとして空気を無
加湿で供給するタイプも出てきている。
【０００５】ところで、このタイプの燃料電池を高性能
で発電するためには、固体高分子膜や電極触媒層を全体
的に均一に湿潤させることが望ましい。それは、固体高
分子膜や電極触媒層の湿潤度が領域毎にばらついて湿潤
不足もしくは湿潤過剰となる領域が生じると、湿潤不足
の領域ではイオン導電性が悪くなり、湿潤過剰の領域で
は電極触媒層におけるガス拡散性が悪くなるため、優れ
た発電性能が得られないからである。
で発電するためには、固体高分子膜や電極触媒層を全体
的に均一に湿潤させることが望ましい。それは、固体高
分子膜や電極触媒層の湿潤度が領域毎にばらついて湿潤
不足もしくは湿潤過剰となる領域が生じると、湿潤不足
の領域ではイオン導電性が悪くなり、湿潤過剰の領域で
は電極触媒層におけるガス拡散性が悪くなるため、優れ
た発電性能が得られないからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際には、酸
化剤ガスの導入口付近（空気入口側）の領域において
は、出口側領域と比べて酸化剤ガス中に水分が蒸発しや
すいので、固体高分子膜や電極触媒層が湿潤不足となり
やすい傾向がある。また、酸化剤ガス流路に対向する領
域では、リブに対向する領域と比べて酸化剤ガス中に水
分が蒸発しやすいため、固体高分子膜や電極触媒層が湿
潤不足となりやすい傾向もある。
化剤ガスの導入口付近（空気入口側）の領域において
は、出口側領域と比べて酸化剤ガス中に水分が蒸発しや
すいので、固体高分子膜や電極触媒層が湿潤不足となり
やすい傾向がある。また、酸化剤ガス流路に対向する領
域では、リブに対向する領域と比べて酸化剤ガス中に水
分が蒸発しやすいため、固体高分子膜や電極触媒層が湿
潤不足となりやすい傾向もある。
【０００７】このため、無加湿の酸化剤ガス（空気）を
供給して発電する燃料電池の場合には、固体高分子膜及
び電極触媒層の湿潤性は不均一となりやすい。このよう
な問題に対して、例えば、特開平１１−１５４５２３号
公報には、カソードのガス拡散層および／またはアノー
ドのガス拡散層のガス供給口側に近い部分が、ガス排出
口側に近い部分よりも、ガス透過度が小さくなるように
構成した固体高分子電解質型燃料電池の単セルが提案さ
れている。
供給して発電する燃料電池の場合には、固体高分子膜及
び電極触媒層の湿潤性は不均一となりやすい。このよう
な問題に対して、例えば、特開平１１−１５４５２３号
公報には、カソードのガス拡散層および／またはアノー
ドのガス拡散層のガス供給口側に近い部分が、ガス排出
口側に近い部分よりも、ガス透過度が小さくなるように
構成した固体高分子電解質型燃料電池の単セルが提案さ
れている。
【０００８】この技術によれば、例えば図１１に示すよ
うに、固体高分子膜４０１にカソード４１０及びアノー
ド４２０が配されたセル４００において、カソード４１
０に沿って酸化剤ガス（白矢印４３１）が流れ、アノー
ド４２０に沿って燃料ガス（白矢印４３２）が流れるこ
とによって発電するようになっているが、上記カソード
４１０において、ガス供給口側に近い領域４１１のガス
拡散層が、ガス排出口側に近い領域４１２のガス拡散層
よりも、ガス拡散性が小さく調整されている。
うに、固体高分子膜４０１にカソード４１０及びアノー
ド４２０が配されたセル４００において、カソード４１
０に沿って酸化剤ガス（白矢印４３１）が流れ、アノー
ド４２０に沿って燃料ガス（白矢印４３２）が流れるこ
とによって発電するようになっているが、上記カソード
４１０において、ガス供給口側に近い領域４１１のガス
拡散層が、ガス排出口側に近い領域４１２のガス拡散層
よりも、ガス拡散性が小さく調整されている。
【０００９】ガス拡散性の調整は、具体的には、ガス拡
散層の厚さや気孔率を変えることによってなされてい
る。即ち、入口部４１１では、ガス拡散層の気孔率を小
さくしたり、厚さを大きくしてガス拡散性を小さくし、
出口部４１２では、気孔率を大きくしたり、厚さを小さ
くすることによって、ガス拡散性を大きくしている。こ
の技術によれば、酸化剤ガス入口側における固体高分子
膜４０１の乾燥を抑えて、酸化剤ガス入口側と出口側と
で湿潤性を均一化することが可能と考えられるが、酸化
剤ガス流路に対向する領域とリブに対向する領域とで湿
潤性が不均一となる問題は残るので、燃料電池の性能を
向上させるためには、この点を改良することが望まれ
る。
散層の厚さや気孔率を変えることによってなされてい
る。即ち、入口部４１１では、ガス拡散層の気孔率を小
さくしたり、厚さを大きくしてガス拡散性を小さくし、
出口部４１２では、気孔率を大きくしたり、厚さを小さ
くすることによって、ガス拡散性を大きくしている。こ
の技術によれば、酸化剤ガス入口側における固体高分子
膜４０１の乾燥を抑えて、酸化剤ガス入口側と出口側と
で湿潤性を均一化することが可能と考えられるが、酸化
剤ガス流路に対向する領域とリブに対向する領域とで湿
潤性が不均一となる問題は残るので、燃料電池の性能を
向上させるためには、この点を改良することが望まれ
る。
【００１０】また、上記のようにガス拡散性を領域毎に
調整する手法を用いた場合、酸化剤がカソード全体に均
一的に行き渡りにくくなるので、電極反応における濃度
分極が大きくなることによって出力低下する可能性もあ
る。本発明は、このような課題に鑑み、固体高分子膜に
アノード及びカソードを配してなるセルを備えた燃料電
池において、固体高分子膜及び電極触媒層の湿潤性を均
一化することよって、安定して優れた特性で発電できる
ものを提供することを目的とする。
調整する手法を用いた場合、酸化剤がカソード全体に均
一的に行き渡りにくくなるので、電極反応における濃度
分極が大きくなることによって出力低下する可能性もあ
る。本発明は、このような課題に鑑み、固体高分子膜に
アノード及びカソードを配してなるセルを備えた燃料電
池において、固体高分子膜及び電極触媒層の湿潤性を均
一化することよって、安定して優れた特性で発電できる
ものを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、固体高分子膜にアノード及びカソード
を配してなるセルを備えた燃料電池において、カソード
触媒層とカソード側プレートとの間に介挿されるガス拡
散層及びカソード触媒層の少なくとも一方を、酸化剤流
路と対向する領域で、リブと対向する領域と比べて保水
性が高くなるように構成した。
達成するために、固体高分子膜にアノード及びカソード
を配してなるセルを備えた燃料電池において、カソード
触媒層とカソード側プレートとの間に介挿されるガス拡
散層及びカソード触媒層の少なくとも一方を、酸化剤流
路と対向する領域で、リブと対向する領域と比べて保水
性が高くなるように構成した。
【００１２】ここで、「層の保水性」というのは、層の
単位体積あたりに保持することのできる水分量を指すも
のであって、この水分量が大きいほど層の保水性が高い
ことになる。このようにして、カソード側ガス拡散層や
カソード触媒層の保水性を調整すれば、固体高分子膜及
び電極触媒層が、酸化剤ガス流路に対向する領域におい
てリブに対向する領域よりも乾燥しやすいという傾向を
抑え、これらをより均一的に保湿することができる。
単位体積あたりに保持することのできる水分量を指すも
のであって、この水分量が大きいほど層の保水性が高い
ことになる。このようにして、カソード側ガス拡散層や
カソード触媒層の保水性を調整すれば、固体高分子膜及
び電極触媒層が、酸化剤ガス流路に対向する領域におい
てリブに対向する領域よりも乾燥しやすいという傾向を
抑え、これらをより均一的に保湿することができる。
【００１３】ここで、少なくとも酸化剤入口側の領域に
おいては、ガス拡散層の保水性を調整することが効果的
である。これは、酸化剤入口側の領域においては、酸化
剤ガス中の水分量が少なく、酸化剤ガス中に水分が放散
しやすいため、酸化剤流路と対向する領域とリブと対向
する領域とで固体高分子膜及び電極層の湿潤が不均一に
なりやすいからである。
おいては、ガス拡散層の保水性を調整することが効果的
である。これは、酸化剤入口側の領域においては、酸化
剤ガス中の水分量が少なく、酸化剤ガス中に水分が放散
しやすいため、酸化剤流路と対向する領域とリブと対向
する領域とで固体高分子膜及び電極層の湿潤が不均一に
なりやすいからである。
【００１４】また、湿潤性を均一化する効果を得るため
には、ガス拡散層において、酸化剤の入口側端部から出
口側に向かう一定割合（好ましくはガス拡散層における
酸化剤の入口側端部から出口側端部までの全領域の面積
に対して１０％〜９０％の範囲の領域に上記のような保
水性調整を行うことが好ましい。このようなガス拡散層
における保水性の調整は、ガス拡散層を撥水性材料が含
有された導電性基材で形成し、酸化剤流路と対向する領
域では、リブと対向する領域と比べて撥水性材料の含有
量を小さく設定することによって行うことができる。
には、ガス拡散層において、酸化剤の入口側端部から出
口側に向かう一定割合（好ましくはガス拡散層における
酸化剤の入口側端部から出口側端部までの全領域の面積
に対して１０％〜９０％の範囲の領域に上記のような保
水性調整を行うことが好ましい。このようなガス拡散層
における保水性の調整は、ガス拡散層を撥水性材料が含
有された導電性基材で形成し、酸化剤流路と対向する領
域では、リブと対向する領域と比べて撥水性材料の含有
量を小さく設定することによって行うことができる。
【００１５】或は、ガス拡散層に、カーボン粉末と撥水
性材料とを含む混合物を充填して保水性調整層を形成
し、この保水性調整層の保水性を調整することによって
行うこともできる。例えば、酸化剤流路と対向する領域
では、リブと対向する領域と比べて、保水性調整材中の
カーボン粉末の保水性が高いもの（比表面積の大きいも
の）を用いることによって行うこともできる。
性材料とを含む混合物を充填して保水性調整層を形成
し、この保水性調整層の保水性を調整することによって
行うこともできる。例えば、酸化剤流路と対向する領域
では、リブと対向する領域と比べて、保水性調整材中の
カーボン粉末の保水性が高いもの（比表面積の大きいも
の）を用いることによって行うこともできる。
【００１６】また、上記のようにカソード側ガス拡散層
やカソード触媒層に対する保水性を調整するために、カ
ソード触媒層と第２プレートとの間に、第２プレート側
にガス拡散層、カソード触媒層側にイオン交換体を含有
する中間保水層を介挿させ、この中間保水層において、
酸化剤流路と対向する領域で、リブと対向する領域と比
べて保水性が高くなるよう調整してもよい。
やカソード触媒層に対する保水性を調整するために、カ
ソード触媒層と第２プレートとの間に、第２プレート側
にガス拡散層、カソード触媒層側にイオン交換体を含有
する中間保水層を介挿させ、この中間保水層において、
酸化剤流路と対向する領域で、リブと対向する領域と比
べて保水性が高くなるよう調整してもよい。
【００１７】なお、上記のようにガス拡散層やカソード
触媒層に保水性調整を施したり、中間保水層を設けて
も、当該層の全体領域においてガス拡散性を確保し、電
極全体に均一的に酸化剤を行き渡らせることは可能であ
る。よって、本発明によれば、固体高分子膜及び電極触
媒層の全体領域にわたって湿潤性とガス拡散性を確保す
ることができるので、高性能で燃料電池を発電すること
ができる。
触媒層に保水性調整を施したり、中間保水層を設けて
も、当該層の全体領域においてガス拡散性を確保し、電
極全体に均一的に酸化剤を行き渡らせることは可能であ
る。よって、本発明によれば、固体高分子膜及び電極触
媒層の全体領域にわたって湿潤性とガス拡散性を確保す
ることができるので、高性能で燃料電池を発電すること
ができる。
【００１８】特に無加湿の酸化剤ガス（空気）をカソー
ドに供給して発電する燃料電池の場合には、本発明を適
用することによって得られる効果も大きい。
ドに供給して発電する燃料電池の場合には、本発明を適
用することによって得られる効果も大きい。
【００１９】
【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕まず、固体高分
子型燃料電池の基本構成を説明し、次にセル構成につい
て詳細に説明する。 ＜燃料電池システム全体の構成と動作＞図１は、本実施
の形態１の固体高分子型燃料電池を構成するセルユニッ
ト１０の組立図である。
子型燃料電池の基本構成を説明し、次にセル構成につい
て詳細に説明する。 ＜燃料電池システム全体の構成と動作＞図１は、本実施
の形態１の固体高分子型燃料電池を構成するセルユニッ
ト１０の組立図である。
【００２０】本図に示すように、セルユニット１０は全
体として、電極／高分子膜接合体（membrane／electrod
e assembly）２０を、カソード側セパレータ板６０と
アノード側セパレータ板５０とで挟持して構成されてい
る。電極／高分子膜接合体２０は、固体高分子膜２１の
片面にカソード、他面にアノードが配されて構成されて
いる。
体として、電極／高分子膜接合体（membrane／electrod
e assembly）２０を、カソード側セパレータ板６０と
アノード側セパレータ板５０とで挟持して構成されてい
る。電極／高分子膜接合体２０は、固体高分子膜２１の
片面にカソード、他面にアノードが配されて構成されて
いる。
【００２１】カソードは、固体高分子膜２１上に形成さ
れたカソード触媒層２２とその上に配されたガス拡散層
２４からなり、アノードは、固体高分子膜２１上に形成
されたアノード触媒層２３とその上に配されたガス拡散
層２５とからなる。従って、カソード触媒層２２とカソ
ード側セパレータ板６０の間にガス拡散層２４が、アノ
ード触媒層２３とアノード側セパレータ板５０との間
に、ガス拡散層２５が、それぞれ介挿されていることに
なる。
れたカソード触媒層２２とその上に配されたガス拡散層
２４からなり、アノードは、固体高分子膜２１上に形成
されたアノード触媒層２３とその上に配されたガス拡散
層２５とからなる。従って、カソード触媒層２２とカソ
ード側セパレータ板６０の間にガス拡散層２４が、アノ
ード触媒層２３とアノード側セパレータ板５０との間
に、ガス拡散層２５が、それぞれ介挿されていることに
なる。
【００２２】固体高分子膜２１は、パーフルオロカーボ
ンスルホン酸からなる薄膜状の電解質である。カソード
触媒層２２及びアノード触媒層２３は、白金系触媒を担
持したカーボン粉末にイオン交換体（Nafion：Du Pont
社製、以下同様）及び撥水性樹脂が添加されたものから
なる膜であり、固体高分子膜２１の主面中央部にそれぞ
れホットプレスにより密着加工されている。白金系触媒
としては、Ｐｔ触媒やＰｔ−Ｒｕ触媒が用いられる。Ｐ
ｔ触媒は燃料ガスに純水素を用いる場合に良好な触媒作
用を呈するが、燃料ガス中に一酸化炭素ＣＯが含まれる
と被毒し、触媒作用が低下することもあるが、Ｐｔ−Ｒ
ｕは比較的ＣＯに被毒されにくい。
ンスルホン酸からなる薄膜状の電解質である。カソード
触媒層２２及びアノード触媒層２３は、白金系触媒を担
持したカーボン粉末にイオン交換体（Nafion：Du Pont
社製、以下同様）及び撥水性樹脂が添加されたものから
なる膜であり、固体高分子膜２１の主面中央部にそれぞ
れホットプレスにより密着加工されている。白金系触媒
としては、Ｐｔ触媒やＰｔ−Ｒｕ触媒が用いられる。Ｐ
ｔ触媒は燃料ガスに純水素を用いる場合に良好な触媒作
用を呈するが、燃料ガス中に一酸化炭素ＣＯが含まれる
と被毒し、触媒作用が低下することもあるが、Ｐｔ−Ｒ
ｕは比較的ＣＯに被毒されにくい。
【００２３】なお図１において、アノード触媒層２３は
固体高分子膜２１の下面側にあるので破線で表示してい
る。ガス拡散層２４、２５は、集電体とも称され、導電
性を有するガス透過性の材料から成る層であって、カー
ボンペーパーをはじめとする導電性多孔質材料に、ガス
の拡散性を確保するため撥水性材料が添加されて形成さ
れている。ここでは、カーボンペーパーに、撥水性材料
としてふっ素樹脂を含浸したものを用いることとする
が、撥水処理を施したカーボンペーパーにカーボン粒子
を充填したものを用いることもできる。
固体高分子膜２１の下面側にあるので破線で表示してい
る。ガス拡散層２４、２５は、集電体とも称され、導電
性を有するガス透過性の材料から成る層であって、カー
ボンペーパーをはじめとする導電性多孔質材料に、ガス
の拡散性を確保するため撥水性材料が添加されて形成さ
れている。ここでは、カーボンペーパーに、撥水性材料
としてふっ素樹脂を含浸したものを用いることとする
が、撥水処理を施したカーボンペーパーにカーボン粒子
を充填したものを用いることもできる。
【００２４】アノード側セパレータ板５０はフェノール
樹脂にカーボン粉末を混合したものを射出成形してなる
部材であって、ガス拡散層２５と対向する面（図１で下
面）において、図面ｙ方向に沿って燃料ガス（水素リッ
チな改質ガス）を流通させるチャネル５５が形成される
と共に、チャネル５５どうしの間にリブ５６が形成され
ている。
樹脂にカーボン粉末を混合したものを射出成形してなる
部材であって、ガス拡散層２５と対向する面（図１で下
面）において、図面ｙ方向に沿って燃料ガス（水素リッ
チな改質ガス）を流通させるチャネル５５が形成される
と共に、チャネル５５どうしの間にリブ５６が形成され
ている。
【００２５】カソード側セパレータ板６０はアノード側
セパレータ板５０とほぼ同様の部材であり、当図からは
見えないが、図面ｙ方向に沿って酸化剤ガス（空気、図
中白抜き矢印Ａ）を流通させる酸化剤チャネル６５及び
リブ６６（図３参照）が形成されている。更に、固体高
分子膜２１、ガスケット３０、４０、アノード側セパレ
ータ板５０、カソード側セパレータ板６０にはその四隅
に開孔部６１〜６４、４１〜４４、２１１〜２１４、３
１〜３４、５１〜５４（４４、２１４、３４、５４は不
図示）が設けてある。
セパレータ板５０とほぼ同様の部材であり、当図からは
見えないが、図面ｙ方向に沿って酸化剤ガス（空気、図
中白抜き矢印Ａ）を流通させる酸化剤チャネル６５及び
リブ６６（図３参照）が形成されている。更に、固体高
分子膜２１、ガスケット３０、４０、アノード側セパレ
ータ板５０、カソード側セパレータ板６０にはその四隅
に開孔部６１〜６４、４１〜４４、２１１〜２１４、３
１〜３４、５１〜５４（４４、２１４、３４、５４は不
図示）が設けてある。
【００２６】このうち開孔部５３、３３、２１３、４
３、６３は、アノード側セパレータ板５０のチャネル５
５に燃料ガスを供給するマニホールド、開孔部５１、３
１、２１１、４１、６１は、燃料ガスを排出するマニホ
ールドを形成するものである。一方、開孔部５４、３
４、２１４、４４、６４は、カソード側セパレータ板６
０のチャネルに酸化剤ガスを供給するマニホールド、開
孔部５２、３２、２１２、４２、６２は、酸化剤ガスを
排出するマニホールドを形成するものである。
３、６３は、アノード側セパレータ板５０のチャネル５
５に燃料ガスを供給するマニホールド、開孔部５１、３
１、２１１、４１、６１は、燃料ガスを排出するマニホ
ールドを形成するものである。一方、開孔部５４、３
４、２１４、４４、６４は、カソード側セパレータ板６
０のチャネルに酸化剤ガスを供給するマニホールド、開
孔部５２、３２、２１２、４２、６２は、酸化剤ガスを
排出するマニホールドを形成するものである。
【００２７】なお、このような構成を有するセルユニッ
ト１０は、図２に示すように、実際には高電圧・高電力
が取り出せるように、多数積層され、集電板７０、電気
絶縁と熱絶縁を目的とする絶縁板７１ならびに荷重を加
えて積層状態を保持するための締付板７２によって挟持
し、ボルト７３とナット７４により締め付けられて燃料
電池スタックが形成されている。なお、締め付け荷重
は、皿バネ７５により加えられている。
ト１０は、図２に示すように、実際には高電圧・高電力
が取り出せるように、多数積層され、集電板７０、電気
絶縁と熱絶縁を目的とする絶縁板７１ならびに荷重を加
えて積層状態を保持するための締付板７２によって挟持
し、ボルト７３とナット７４により締め付けられて燃料
電池スタックが形成されている。なお、締め付け荷重
は、皿バネ７５により加えられている。
【００２８】このような燃料電池において、その運転時
には、燃料ガス及び空気の一方または両方が、加湿され
てから各チャネルに供給され、以下のように発電に用い
られる。チャネル５５に供給される燃料ガスは、ガス拡
散層２５を介して、アノード触媒層２３に供給される。
そして、アノード触媒層２３において燃料ガス中の水素
はイオン化して電子を放出する（Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋
２ｅ-）。このとき生成されるプロトンは、固体高分子
膜２１中をカソード触媒層２２側へ移動する。なお、こ
のプロトンの移動に伴って、アノード触媒層２３の水分
もカソード側に移動する。
には、燃料ガス及び空気の一方または両方が、加湿され
てから各チャネルに供給され、以下のように発電に用い
られる。チャネル５５に供給される燃料ガスは、ガス拡
散層２５を介して、アノード触媒層２３に供給される。
そして、アノード触媒層２３において燃料ガス中の水素
はイオン化して電子を放出する（Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋
２ｅ-）。このとき生成されるプロトンは、固体高分子
膜２１中をカソード触媒層２２側へ移動する。なお、こ
のプロトンの移動に伴って、アノード触媒層２３の水分
もカソード側に移動する。
【００２９】一方、空気は、ガス拡散層２４を介してカ
ソード触媒層２２側に供給される。ガス拡散層２４にお
いて、空気中の酸素は、固体高分子膜２１中を移動して
来るプロトンと結合して水を生成する（１／２Ｏ2 ＋
２ｅ- ＋ ２Ｈ+ → Ｈ2Ｏ）。そして、電極／高
分子膜接合体２０（特に固体高分子膜２１やカソード触
媒層２２）は、上記の加湿水及び生成水によって湿潤さ
れるが、電極／高分子膜接合体２０（特に固体高分子膜
２１やカソード触媒層２２）からは酸化剤チャネル６５
を流れる空気中に水分が放散される。
ソード触媒層２２側に供給される。ガス拡散層２４にお
いて、空気中の酸素は、固体高分子膜２１中を移動して
来るプロトンと結合して水を生成する（１／２Ｏ2 ＋
２ｅ- ＋ ２Ｈ+ → Ｈ2Ｏ）。そして、電極／高
分子膜接合体２０（特に固体高分子膜２１やカソード触
媒層２２）は、上記の加湿水及び生成水によって湿潤さ
れるが、電極／高分子膜接合体２０（特に固体高分子膜
２１やカソード触媒層２２）からは酸化剤チャネル６５
を流れる空気中に水分が放散される。
【００３０】＜セル構成についての詳細説明＞次に、電
極／高分子膜接合体２０の詳細な構成並びに作用につい
て説明する。カソード触媒層２２とカソード側セパレー
タ板６０とに挟まれたガス拡散層２４において、酸化剤
ガス（空気）の入口側（開孔部６４側）から一定の範囲
（図中２０Ａ）では、酸化剤チャネル６５と対向する領
域（チャネル対向部２４Ａ）では、リブ６６と対向する
領域（リブ対向部２４Ｂ）と比べて保水性が高くなるよ
うに調整されている。
極／高分子膜接合体２０の詳細な構成並びに作用につい
て説明する。カソード触媒層２２とカソード側セパレー
タ板６０とに挟まれたガス拡散層２４において、酸化剤
ガス（空気）の入口側（開孔部６４側）から一定の範囲
（図中２０Ａ）では、酸化剤チャネル６５と対向する領
域（チャネル対向部２４Ａ）では、リブ６６と対向する
領域（リブ対向部２４Ｂ）と比べて保水性が高くなるよ
うに調整されている。
【００３１】このガス拡散層２４における保水性の調整
は、具体的には、チャネル対向部２４Ａにおける単位面
積当たりの撥水性材料の含有量を、リブ対向部２４Ｂに
おける単位面積当たりの撥水性材料の含有量より小さく
設定することによって行う。ここで、チャネル対向部２
４Ａにおける単位面積当たりの撥水性材料の含有量Ｘａ
と、リブ対向部２４Ｂにおける単位面積当たりの撥水性
材料の含有量Ｘｂとの比率については、Ｘａ／Ｘｂが
０．２以上０．９以下となるように設定することが好ま
しい。その根拠については実施例１で後述する。
は、具体的には、チャネル対向部２４Ａにおける単位面
積当たりの撥水性材料の含有量を、リブ対向部２４Ｂに
おける単位面積当たりの撥水性材料の含有量より小さく
設定することによって行う。ここで、チャネル対向部２
４Ａにおける単位面積当たりの撥水性材料の含有量Ｘａ
と、リブ対向部２４Ｂにおける単位面積当たりの撥水性
材料の含有量Ｘｂとの比率については、Ｘａ／Ｘｂが
０．２以上０．９以下となるように設定することが好ま
しい。その根拠については実施例１で後述する。
【００３２】図３は、上記空気入口側の範囲２０Ａにお
いて、セルユニット１０を厚み方向（図１におけるｘｚ
平面）で切断した断面を摸式的に示す図である。このよ
うにガス拡散層２４における保水性を調整することによ
って、以下のような効果を奏する。チャネル対向部２４
Ａでは、空気がその表面に沿って流通するため、図３中
に水分蒸発力をグラフで示しているように、リブ対向部
２４Ｂと比べて水分が空気中に蒸発しやすい状態にあ
る。特に、空気入口側の範囲２０Ａにおいては、出口側
の範囲２０Ｂと比べて、酸化剤チャネル６５を流通する
空気が乾燥しているので、チャネル対向部２４Ａにおけ
る水分が蒸発しやすい傾向が大きい。なお、酸化剤チャ
ネル６５に無加湿の空気が供給される場合にはこの傾向
は特に顕著なものとなる。
いて、セルユニット１０を厚み方向（図１におけるｘｚ
平面）で切断した断面を摸式的に示す図である。このよ
うにガス拡散層２４における保水性を調整することによ
って、以下のような効果を奏する。チャネル対向部２４
Ａでは、空気がその表面に沿って流通するため、図３中
に水分蒸発力をグラフで示しているように、リブ対向部
２４Ｂと比べて水分が空気中に蒸発しやすい状態にあ
る。特に、空気入口側の範囲２０Ａにおいては、出口側
の範囲２０Ｂと比べて、酸化剤チャネル６５を流通する
空気が乾燥しているので、チャネル対向部２４Ａにおけ
る水分が蒸発しやすい傾向が大きい。なお、酸化剤チャ
ネル６５に無加湿の空気が供給される場合にはこの傾向
は特に顕著なものとなる。
【００３３】これに対して、本セルユニット１０では、
空気入口側の領域２０Ａにおいて、ガス拡散層２４は、
チャネル対向部２４Ａでリブ対向部２４Ｂよりも保水性
が高くなるように設定されているので、図３中に白抜き
矢印に示すように、ガス拡散層２４において、リブ対向
部２４Ｂからチャネル対向部２４Ａの方へ水分が移動す
る力が働く。これによって、リブ対向部２４Ｂからチャ
ネル対向部２４Ａに水分が補給されることになる。
空気入口側の領域２０Ａにおいて、ガス拡散層２４は、
チャネル対向部２４Ａでリブ対向部２４Ｂよりも保水性
が高くなるように設定されているので、図３中に白抜き
矢印に示すように、ガス拡散層２４において、リブ対向
部２４Ｂからチャネル対向部２４Ａの方へ水分が移動す
る力が働く。これによって、リブ対向部２４Ｂからチャ
ネル対向部２４Ａに水分が補給されることになる。
【００３４】従って、酸化剤チャネル６５に対向する部
分で固体高分子膜やカソード触媒層が乾燥しやすいとい
う傾向は抑えられ、電極／高分子膜接合体２０における
酸化剤チャネル６５に対向する部分とリブ６６と対向す
る部分との間で湿潤性が均一化されることになる。とこ
ろで、一般的に酸化剤チャネル６５を流通する空気は、
空気入口側の領域２０Ａを通過して出口側の範囲２０Ｂ
に到るときには水分含有量がかなり大きくなっているの
で、出口側の範囲２０Ｂでは、チャネル対向部２４Ａと
リブ対向部２４Ｂとの水分蒸発力の差は小さい。従っ
て、空気出口側の領域２０Ｂでも、空気入口側の領域Ａ
と同様に保水性の調整を施すと、逆に、チャネル対向部
２４Ａの方がリブ対向部２４Ｂよりも湿潤となる可能性
もある。
分で固体高分子膜やカソード触媒層が乾燥しやすいとい
う傾向は抑えられ、電極／高分子膜接合体２０における
酸化剤チャネル６５に対向する部分とリブ６６と対向す
る部分との間で湿潤性が均一化されることになる。とこ
ろで、一般的に酸化剤チャネル６５を流通する空気は、
空気入口側の領域２０Ａを通過して出口側の範囲２０Ｂ
に到るときには水分含有量がかなり大きくなっているの
で、出口側の範囲２０Ｂでは、チャネル対向部２４Ａと
リブ対向部２４Ｂとの水分蒸発力の差は小さい。従っ
て、空気出口側の領域２０Ｂでも、空気入口側の領域Ａ
と同様に保水性の調整を施すと、逆に、チャネル対向部
２４Ａの方がリブ対向部２４Ｂよりも湿潤となる可能性
もある。
【００３５】この点を考慮すると、湿潤性の均一化を図
るために、上述のように空気入口側の領域２０Ａだけに
ガス拡散層２４に保水性調整を施すのが好ましいと考え
られる。そして、保水性の調整を施す空気入口側の領域
２０Ａの面積は、ガス拡散層２４の全体面積に対して１
０％以上９０％以下の範囲内に設定することが好まし
い。
るために、上述のように空気入口側の領域２０Ａだけに
ガス拡散層２４に保水性調整を施すのが好ましいと考え
られる。そして、保水性の調整を施す空気入口側の領域
２０Ａの面積は、ガス拡散層２４の全体面積に対して１
０％以上９０％以下の範囲内に設定することが好まし
い。
【００３６】但し、無加湿の空気を供給する場合など、
酸化剤チャネル６５を流通する空気が出口付近でもかな
り乾燥している場合もある。そのような場合は、ガス拡
散層２４の全体面積に対して保水性の調整することが好
ましいと考えられる。なお、ガス拡散層２４において、
上記のように保水性を領域ごとに調整しても、ガス拡散
性はあまり影響を受けないので、ガス拡散層２４の反応
領域全体においてガス拡散性の均一性を保つことが可能
である。従って、安定性よく優れたセル電圧で発電する
ことが可能となる。
酸化剤チャネル６５を流通する空気が出口付近でもかな
り乾燥している場合もある。そのような場合は、ガス拡
散層２４の全体面積に対して保水性の調整することが好
ましいと考えられる。なお、ガス拡散層２４において、
上記のように保水性を領域ごとに調整しても、ガス拡散
性はあまり影響を受けないので、ガス拡散層２４の反応
領域全体においてガス拡散性の均一性を保つことが可能
である。従って、安定性よく優れたセル電圧で発電する
ことが可能となる。
【００３７】〔実施例１〕上記実施の形態１に基づき、
以下の仕様で実施例のセル１〜５（単セル）を作製する
と共に、比較例としてセル６，７を作製し、セル電圧測
定試験を行った。
以下の仕様で実施例のセル１〜５（単セル）を作製する
と共に、比較例としてセル６，７を作製し、セル電圧測
定試験を行った。
【００３８】
【表１】
【００３９】固体高分子膜：パーフルオロカーボンスル
ホン酸膜（Nafion１１２膜、１２ｃｍ×１２ｃｍ、厚さ
５０μｍ） カソード触媒層２２及びアノード触媒層２３：１０ｃｍ
×１０ｃｍ、厚さ２０μｍ ガス拡散層は、カソード側、アノード側とも、カーボン
ペーパーに、撥水性材料としてのポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）を含浸させて形成し、１０ｃｍ×１
０ｃｍ、厚さ２００μｍとした。
ホン酸膜（Nafion１１２膜、１２ｃｍ×１２ｃｍ、厚さ
５０μｍ） カソード触媒層２２及びアノード触媒層２３：１０ｃｍ
×１０ｃｍ、厚さ２０μｍ ガス拡散層は、カソード側、アノード側とも、カーボン
ペーパーに、撥水性材料としてのポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）を含浸させて形成し、１０ｃｍ×１
０ｃｍ、厚さ２００μｍとした。
【００４０】但し、セル１〜５において、カソード側ガ
ス拡散層の空気入口側領域（全体面積に対して５０％）
において、表１に示すように、チャネル対向部２４Ａで
はＰＴＦＥ含有量Ｘａを（４、６、１０、１７、２５wt
％とし、リブ対向部２４ＢにおけるＰＴＦＥ含有量Ｘｂ
（３０wt％）と比べて小さく設定した。カソード側ガス
拡散層の空気出口側領域では、ＰＴＦＥ含有量は一律に
３０wt％に設定した。
ス拡散層の空気入口側領域（全体面積に対して５０％）
において、表１に示すように、チャネル対向部２４Ａで
はＰＴＦＥ含有量Ｘａを（４、６、１０、１７、２５wt
％とし、リブ対向部２４ＢにおけるＰＴＦＥ含有量Ｘｂ
（３０wt％）と比べて小さく設定した。カソード側ガス
拡散層の空気出口側領域では、ＰＴＦＥ含有量は一律に
３０wt％に設定した。
【００４１】アノード側ガス拡散層のＰＴＦＥ含有量
は、いずれも全体領域で一律に３０wt％に設定した。比
較例のセル６，７では、カソード側ガス拡散層のチャネ
ル対向部２４Ａにおけるフッ素樹脂含有量を３０、４０
wt％の各値に設定した以外は、上記セル１〜５と同様に
作製した。
は、いずれも全体領域で一律に３０wt％に設定した。比
較例のセル６，７では、カソード側ガス拡散層のチャネ
ル対向部２４Ａにおけるフッ素樹脂含有量を３０、４０
wt％の各値に設定した以外は、上記セル１〜５と同様に
作製した。
【００４２】以下に各セルの具体的な作製方法を示す。 カソード側ガス拡散層：カーボンペーパー（厚み２００
μｍ）を用意し、このカーボンペーパをＰＴＦＥ分散溶
液に浸漬して、３８０℃で１時間焼成した。この時点で
のＰＴＦＥ含有量は全体領域で一律的に所定の値（セル
１では４wt％、セル２では６wt％、セル３では１０wt
％、セル４では１７wt％、セル５では２５wt％）となる
ように調整した。
μｍ）を用意し、このカーボンペーパをＰＴＦＥ分散溶
液に浸漬して、３８０℃で１時間焼成した。この時点で
のＰＴＦＥ含有量は全体領域で一律的に所定の値（セル
１では４wt％、セル２では６wt％、セル３では１０wt
％、セル４では１７wt％、セル５では２５wt％）となる
ように調整した。
【００４３】そして、空気入口側領域のチャネル対向部
２４Ａに相当する領域にだけマスキングシートを置い
て、その上からＰＴＦＥ分散溶液をスプレー塗布した
後、再度３８０℃で１時間焼成した。このとき、空気入
口側領域のチャネル対向部２４Ａ以外の領域でＰＴＦＥ
含有量が３０wt％となるように、ＰＴＦＥ分散溶液塗布
量を調整した。
２４Ａに相当する領域にだけマスキングシートを置い
て、その上からＰＴＦＥ分散溶液をスプレー塗布した
後、再度３８０℃で１時間焼成した。このとき、空気入
口側領域のチャネル対向部２４Ａ以外の領域でＰＴＦＥ
含有量が３０wt％となるように、ＰＴＦＥ分散溶液塗布
量を調整した。
【００４４】このようにして、セル１〜５用のカソード
側ガス拡散層を作製した。セル６用のカソード側ガス拡
散層は、カーボンペーパをＰＴＦＥ分散溶液に浸漬した
後に３８０℃で１時間焼成することによって作製した。
セル７用のカソード側ガス拡散層は、セル６用のカソー
ド側ガス拡散層と同じものに、更に、空気入口側領域の
チャネル対向部２４Ａに相当する部分だけを開口したマ
スキングシートを置いて、その上からＰＴＦＥ分散溶液
をスプレー塗布した後、再度３８０℃で１時間焼成し
た。
側ガス拡散層を作製した。セル６用のカソード側ガス拡
散層は、カーボンペーパをＰＴＦＥ分散溶液に浸漬した
後に３８０℃で１時間焼成することによって作製した。
セル７用のカソード側ガス拡散層は、セル６用のカソー
ド側ガス拡散層と同じものに、更に、空気入口側領域の
チャネル対向部２４Ａに相当する部分だけを開口したマ
スキングシートを置いて、その上からＰＴＦＥ分散溶液
をスプレー塗布した後、再度３８０℃で１時間焼成し
た。
【００４５】このとき、ＰＴＦＥ分散溶液塗布量は、空
気入口側領域のチャネル対向部におけるＰＴＦＥ含有量
が４０wt％となるように調整した。以下の工程は、セル
１〜７において共通である。 アノード側のガス拡散層：カーボンペーパー（厚み２０
０μｍ）を用意し、ＰＴＦＥ分散溶液に浸漬した後、３
８０℃で１時間焼成した。これにより、ＰＴＦＥ含有量
が３０wt％のアノード側のガス拡散層を作製した。
気入口側領域のチャネル対向部におけるＰＴＦＥ含有量
が４０wt％となるように調整した。以下の工程は、セル
１〜７において共通である。 アノード側のガス拡散層：カーボンペーパー（厚み２０
０μｍ）を用意し、ＰＴＦＥ分散溶液に浸漬した後、３
８０℃で１時間焼成した。これにより、ＰＴＦＥ含有量
が３０wt％のアノード側のガス拡散層を作製した。
【００４６】カソード触媒層およびアノード触媒層の形
成：Ｐｔ担持カーボン粉末、Nafion溶液、ＰＴＦＥ分散
溶液を、Ｐｔ担持カーボン粉末とNafionとＰＴＦＥの重
量比が１００：２０：１０となる割合で混合してスラリ
ーを作製した。このスラリーを、前記各ガス拡散層に厚
さ２０μｍで塗布することによって、カソード触媒層お
よびアノード触媒層を形成した。
成：Ｐｔ担持カーボン粉末、Nafion溶液、ＰＴＦＥ分散
溶液を、Ｐｔ担持カーボン粉末とNafionとＰＴＦＥの重
量比が１００：２０：１０となる割合で混合してスラリ
ーを作製した。このスラリーを、前記各ガス拡散層に厚
さ２０μｍで塗布することによって、カソード触媒層お
よびアノード触媒層を形成した。
【００４７】上記のように触媒層を形成したガス拡散層
（アノード及びカソード）を、固体高分子膜を介挿して
重ね、１５０℃−６０ｓｅｃの条件でホットプレスする
ことによってセル１〜７を作製した。 （セル電圧測定試験）このように作製した実施例及び比
較例の各セル１〜７を、以下の条件で運転し、セル電圧
（電圧が安定したときの値）を測定した。
（アノード及びカソード）を、固体高分子膜を介挿して
重ね、１５０℃−６０ｓｅｃの条件でホットプレスする
ことによってセル１〜７を作製した。 （セル電圧測定試験）このように作製した実施例及び比
較例の各セル１〜７を、以下の条件で運転し、セル電圧
（電圧が安定したときの値）を測定した。
【００４８】 電流密度：０.５Ａ/ｃｍ2 セル内運転温度：８０℃ 燃料ガス：純水素 酸化剤ガス：空気 燃料ガス利用率：７０％ 酸化剤ガス利用率：４０％ 図４は、各セルのセル電圧測定値を示すものであって、
空気入口側領域におけるリブ対向部２４ＢのＰＴＦＥ含
有量Ｘｂに対するチャネル対向部２４ＡにおけるＰＴＦ
Ｅ含有量Ｘａの比率（Ｘａ／Ｘｂ）と、セル電圧（ｍ
Ｖ）との関係を示す特性図である。
空気入口側領域におけるリブ対向部２４ＢのＰＴＦＥ含
有量Ｘｂに対するチャネル対向部２４ＡにおけるＰＴＦ
Ｅ含有量Ｘａの比率（Ｘａ／Ｘｂ）と、セル電圧（ｍ
Ｖ）との関係を示す特性図である。
【００４９】考察：図４では、セル２〜５は、セル６，
７と比べて、高いセル電圧が得られており、比率（Ｘａ
／Ｘｂ）を０．２〜０．８の範囲に設定するのが好まし
いことがわかる。これは、セル２〜５では、カソード側
ガス拡散層において、比率（Ｘａ／Ｘｂ）を０．２〜
０．８の範囲に設定しているので、チャネル対向部２４
Ａの保水性がリブ対向部２４Ｂの保水性と比べて適度に
大きくなっており、それによって、チャネル対向部２４
Ａとリブ対向部２４Ｂとで固体高分子膜及び電極層の湿
潤が均一化されているのに対して、セル６，７において
は、このような湿潤性均一化の作用がないためと考えら
れる。
７と比べて、高いセル電圧が得られており、比率（Ｘａ
／Ｘｂ）を０．２〜０．８の範囲に設定するのが好まし
いことがわかる。これは、セル２〜５では、カソード側
ガス拡散層において、比率（Ｘａ／Ｘｂ）を０．２〜
０．８の範囲に設定しているので、チャネル対向部２４
Ａの保水性がリブ対向部２４Ｂの保水性と比べて適度に
大きくなっており、それによって、チャネル対向部２４
Ａとリブ対向部２４Ｂとで固体高分子膜及び電極層の湿
潤が均一化されているのに対して、セル６，７において
は、このような湿潤性均一化の作用がないためと考えら
れる。
【００５０】なお、セル２〜５と比べてセル１では、セ
ル電圧がかなり低い。これは、セル１では、空気入口側
領域におけるチャネル対向部２４Ａのフッ素樹脂含有量
がかなり少ないので、この部分に水が滞留してガス拡散
性が極端に損なわれたためと考えられる。また、別の実
験によって、保水性を調整する範囲について調べたとこ
ろ、カソード側のガス拡散層の空気入口側端部から出口
側にかけて１０wt％未満であると十分な撥水性が得られ
ず、逆に９０wt％を超えるとガス拡散性が極端に失われ
る影響があることが明らかになっている。
ル電圧がかなり低い。これは、セル１では、空気入口側
領域におけるチャネル対向部２４Ａのフッ素樹脂含有量
がかなり少ないので、この部分に水が滞留してガス拡散
性が極端に損なわれたためと考えられる。また、別の実
験によって、保水性を調整する範囲について調べたとこ
ろ、カソード側のガス拡散層の空気入口側端部から出口
側にかけて１０wt％未満であると十分な撥水性が得られ
ず、逆に９０wt％を超えるとガス拡散性が極端に失われ
る影響があることが明らかになっている。
【００５１】このことから、カソード側のガス拡散層の
空気入口側におけるフッ素樹脂含有量は１０〜９０wt％
の範囲が望ましいと考えられる。 〔実施の形態２〕図５は、本実施形態にかかるセルユニ
ットを、空気入口側の範囲において、厚み方向に切断し
た断面を摸式的に示す図である。
空気入口側におけるフッ素樹脂含有量は１０〜９０wt％
の範囲が望ましいと考えられる。 〔実施の形態２〕図５は、本実施形態にかかるセルユニ
ットを、空気入口側の範囲において、厚み方向に切断し
た断面を摸式的に示す図である。
【００５２】本実施形態のセルユニット１１０は、電極
／高分子膜接合体１２０におけるカソード側ガス拡散層
１２４の構成が上記実施形態１のカソード側ガス拡散層
２４と異なっている以外は、実施の形態１の図１に示す
セルユニット１０と同様の構成である。本実施形態のカ
ソード側ガス拡散層１２４においては、カーボンペーパ
ーをはじめとする導電性多孔質材料に、ガスの拡散性を
確保するため撥水性材料が添加されたものを用いている
点は上記ガス拡散層２４と同様であるが、カソード触媒
層２２と対向する側には、カーボン粒子に撥水性材料が
混合添加された混合物が塗布されることによって、保水
性調整層１２５が形成されている。
／高分子膜接合体１２０におけるカソード側ガス拡散層
１２４の構成が上記実施形態１のカソード側ガス拡散層
２４と異なっている以外は、実施の形態１の図１に示す
セルユニット１０と同様の構成である。本実施形態のカ
ソード側ガス拡散層１２４においては、カーボンペーパ
ーをはじめとする導電性多孔質材料に、ガスの拡散性を
確保するため撥水性材料が添加されたものを用いている
点は上記ガス拡散層２４と同様であるが、カソード触媒
層２２と対向する側には、カーボン粒子に撥水性材料が
混合添加された混合物が塗布されることによって、保水
性調整層１２５が形成されている。
【００５３】この保水性調整層１２５は、カーボン粒子
が混合されているため保水性に優れており、カソード触
媒層２２に隣接してこの保水性調整層１２５が存在する
ため、固体高分子膜２１及びカソード触媒層２２は安定
して湿潤状態に保たれることになる。本実施形態では、
空気入口側の領域２０Ａにおいて、この保水性調整層１
２５に保水性調整を施している。即ち、空気入口側の領
域２０Ａにおいて、酸化剤チャネル６５と対向する部分
（チャネル対向部１２５Ａ）では、リブ６６と対向する
部分（リブ対向部１２５Ｂ）と比べて保水性が高くなる
ように調整している。
が混合されているため保水性に優れており、カソード触
媒層２２に隣接してこの保水性調整層１２５が存在する
ため、固体高分子膜２１及びカソード触媒層２２は安定
して湿潤状態に保たれることになる。本実施形態では、
空気入口側の領域２０Ａにおいて、この保水性調整層１
２５に保水性調整を施している。即ち、空気入口側の領
域２０Ａにおいて、酸化剤チャネル６５と対向する部分
（チャネル対向部１２５Ａ）では、リブ６６と対向する
部分（リブ対向部１２５Ｂ）と比べて保水性が高くなる
ように調整している。
【００５４】このような保水性調整層１２５における保
水性の調整は、具体的には、チャネル対向部１２５Ａに
は比表面積が大きいカーボン粒子を用い、リブ対向部１
２５Ｂには比表面積が小さいカーボン粒子を用いること
によってなされている。一般的に、比表面積が大きいカ
ーボン粒子ほどその保水性（一定重量のカーボン粉末に
含ませることができる水の量）が高いので、上記のよう
に保水性調整層１２５に用いるカーボン材料の比表面積
を規定することによって、チャネル対向部１２５Ａでは
リブ対向部１２５Ｂと比べてより保水性を高くすること
ができる。
水性の調整は、具体的には、チャネル対向部１２５Ａに
は比表面積が大きいカーボン粒子を用い、リブ対向部１
２５Ｂには比表面積が小さいカーボン粒子を用いること
によってなされている。一般的に、比表面積が大きいカ
ーボン粒子ほどその保水性（一定重量のカーボン粉末に
含ませることができる水の量）が高いので、上記のよう
に保水性調整層１２５に用いるカーボン材料の比表面積
を規定することによって、チャネル対向部１２５Ａでは
リブ対向部１２５Ｂと比べてより保水性を高くすること
ができる。
【００５５】このように保水性が調整された保水性調整
層１２５をカソード側ガス拡散層１２４が備えることに
よって、上記実施の形態１で説明したのと同様の効果を
奏する。即ち、酸化剤チャネル６５に対向する部分とリ
ブ６６に対向する部分とで、固体高分子膜及び触媒層の
湿潤度を均一化することができる。なお、保水性調整層
１２５におけるカーボン材料の比表面積を変えても、ガ
ス透過性はあまり影響されないので、保水性調整層１２
５における反応領域全体でガス透過性の均一性を保つこ
とは可能である。
層１２５をカソード側ガス拡散層１２４が備えることに
よって、上記実施の形態１で説明したのと同様の効果を
奏する。即ち、酸化剤チャネル６５に対向する部分とリ
ブ６６に対向する部分とで、固体高分子膜及び触媒層の
湿潤度を均一化することができる。なお、保水性調整層
１２５におけるカーボン材料の比表面積を変えても、ガ
ス透過性はあまり影響されないので、保水性調整層１２
５における反応領域全体でガス透過性の均一性を保つこ
とは可能である。
【００５６】〔実施例２〕上記実施の形態２に基づき、
カソード側ガス拡散層以外は上記実施例１と同様の仕様
で、実施例のセル８〜１０を作製すると共に、比較例と
してセル１１，１２を作製し、セル電圧測定試験を行っ
た。
カソード側ガス拡散層以外は上記実施例１と同様の仕様
で、実施例のセル８〜１０を作製すると共に、比較例と
してセル１１，１２を作製し、セル電圧測定試験を行っ
た。
【００５７】
【表２】
【００５８】セル８〜１０のカソード側ガス拡散層は、
カーボンペーパーに、撥水性材料としてＰＴＦＥを含浸
させて形成し（ＰＴＦＥ含有量は一律的に３０wt％）、
１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ２００μｍとしたものの表面
に、カーボン粉末とＰＴＦＥからなる混合物が塗布され
て保水性調整層が形成された構成であるが、当該保水性
調整層の空気入口側領域（全体面積に対して５０％）に
おいて、表２に示す通り、チャネル対向部１２５Ａに
は、リブ対向部１２５Ｂと比べて、比表面積の大きいカ
ーボン粉末を用いて保水性を高くした。
カーボンペーパーに、撥水性材料としてＰＴＦＥを含浸
させて形成し（ＰＴＦＥ含有量は一律的に３０wt％）、
１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ２００μｍとしたものの表面
に、カーボン粉末とＰＴＦＥからなる混合物が塗布され
て保水性調整層が形成された構成であるが、当該保水性
調整層の空気入口側領域（全体面積に対して５０％）に
おいて、表２に示す通り、チャネル対向部１２５Ａに
は、リブ対向部１２５Ｂと比べて、比表面積の大きいカ
ーボン粉末を用いて保水性を高くした。
【００５９】なお、保水性調整層を形成する混合物中の
ＰＴＦＥ含有量は３０wt％で共通に設定した。また、表
２に示すように、比較例のセル１１では、保水性調整層
において、チャネル対向部１２５Ａとリブ対向部１２５
Ｂとに用いるカーボン粉末の比表面積を同等に設定し、
比較例のセル１２では、保水性調整層１２５において、
チャネル対向部１２５Ａでは、リブ対向部１２５Ｂと比
べて用いるカーボン粉末の比表面積を小さく設定するこ
とによって保水性を低くした。そして、それ以外は、上
記セル８〜１０と同様に作製した。
ＰＴＦＥ含有量は３０wt％で共通に設定した。また、表
２に示すように、比較例のセル１１では、保水性調整層
において、チャネル対向部１２５Ａとリブ対向部１２５
Ｂとに用いるカーボン粉末の比表面積を同等に設定し、
比較例のセル１２では、保水性調整層１２５において、
チャネル対向部１２５Ａでは、リブ対向部１２５Ｂと比
べて用いるカーボン粉末の比表面積を小さく設定するこ
とによって保水性を低くした。そして、それ以外は、上
記セル８〜１０と同様に作製した。
【００６０】以下に各セルの具体的な作製方法を示す。 カソード側ガス拡散層：カーボンペーパー（厚み２００
μｍ）を用意し、このカーボンペーパをＰＴＦＥ分散溶
液に浸漬して、３８０℃で１時間焼成した。この時点で
のＰＴＦＥ含有量は全体領域で一律に３０wt％となるよ
う調整した。比表面積２５４ｍ2／ｇのカーボン粉末と
ＰＴＦＥ分散溶液とを混合して混合物スラリ（固形分中
のＰＴＦＥ含有量は３０wt％）を作製した。そして、空
気入口側領域におけるチャネル対向部１２４Ａに相当す
る領域にだけマスキングシートを置いて、その上から、
この混合分散液を塗布した。
μｍ）を用意し、このカーボンペーパをＰＴＦＥ分散溶
液に浸漬して、３８０℃で１時間焼成した。この時点で
のＰＴＦＥ含有量は全体領域で一律に３０wt％となるよ
う調整した。比表面積２５４ｍ2／ｇのカーボン粉末と
ＰＴＦＥ分散溶液とを混合して混合物スラリ（固形分中
のＰＴＦＥ含有量は３０wt％）を作製した。そして、空
気入口側領域におけるチャネル対向部１２４Ａに相当す
る領域にだけマスキングシートを置いて、その上から、
この混合分散液を塗布した。
【００６１】次に、比表面積が１２７０、８００、３４
３、２５４、５６ｍ2／ｇの各値を有するカーボン粉末
とＰＴＦＥ分散溶液とを混合した混合物スラリ（固形分
中のＰＴＦＥ含有量は３０wt％）を作製した。そして、
空気入口側領域におけるチャネル対向部１２５Ａに相当
する領域だけを開口したマスキングシートを置いて、そ
の上から、この各混合物スラリを塗布した後、３８０℃
で１時間焼成した。
３、２５４、５６ｍ2／ｇの各値を有するカーボン粉末
とＰＴＦＥ分散溶液とを混合した混合物スラリ（固形分
中のＰＴＦＥ含有量は３０wt％）を作製した。そして、
空気入口側領域におけるチャネル対向部１２５Ａに相当
する領域だけを開口したマスキングシートを置いて、そ
の上から、この各混合物スラリを塗布した後、３８０℃
で１時間焼成した。
【００６２】このようにして、セル８〜１２用のカソー
ド側ガス拡散層を作製した。そして、作製したカソード
側ガス拡散層を用いて、上記実施例１と同様にしてセル
８〜１２を作製した。 （セル電圧測定試験）このように作製した実施例及び比
較例の各セルについて、上記実施例１におけるセル電圧
測定試験と同じ条件でセル電圧を測定した。
ド側ガス拡散層を作製した。そして、作製したカソード
側ガス拡散層を用いて、上記実施例１と同様にしてセル
８〜１２を作製した。 （セル電圧測定試験）このように作製した実施例及び比
較例の各セルについて、上記実施例１におけるセル電圧
測定試験と同じ条件でセル電圧を測定した。
【００６３】図６は、各セルのセル電圧測定値を示すも
のであって、空気入口側領域において、リブ対向部１２
５Ａに用いたカーボン粉末の比表面積Ｙｂに対するチャ
ネル対向部１２５Ｂに用いたカーボン粉末の比表面積Ｙ
ａの比率（Ｙａ／Ｙｂ）と、セル電圧（ｍＶ）との関係
を示す特性図である。 考察：図６から、セル８〜１０は、セル１１，１２と比
べて、高いセル電圧が得られていることがわかる。
のであって、空気入口側領域において、リブ対向部１２
５Ａに用いたカーボン粉末の比表面積Ｙｂに対するチャ
ネル対向部１２５Ｂに用いたカーボン粉末の比表面積Ｙ
ａの比率（Ｙａ／Ｙｂ）と、セル電圧（ｍＶ）との関係
を示す特性図である。 考察：図６から、セル８〜１０は、セル１１，１２と比
べて、高いセル電圧が得られていることがわかる。
【００６４】これは、セル８〜１０では、保水性調整層
１２５の空気入口側領域において、上記比表面積の比率
Ｙａ／Ｙｂを１．３５〜５の範囲に設定することによっ
て、チャネル対向部１２５Ａの保水性がリブ対向部１２
５Ｂの保水性に対して適度に大きくなっており、それに
よって、セル８〜１０においては、チャネル対向部１２
５Ａとリブ対向部１２５Ｂとで固体高分子膜及び電極層
の湿潤が均一化されているのに対して、セル１１，１２
においては、このような湿潤性均一化の作用がないため
と考えられる。
１２５の空気入口側領域において、上記比表面積の比率
Ｙａ／Ｙｂを１．３５〜５の範囲に設定することによっ
て、チャネル対向部１２５Ａの保水性がリブ対向部１２
５Ｂの保水性に対して適度に大きくなっており、それに
よって、セル８〜１０においては、チャネル対向部１２
５Ａとリブ対向部１２５Ｂとで固体高分子膜及び電極層
の湿潤が均一化されているのに対して、セル１１，１２
においては、このような湿潤性均一化の作用がないため
と考えられる。
【００６５】〔実施の形態３〕本実施形態のセルユニッ
トは、実施の形態２のセルユニット１１０と同様の構成
であるが、保水性調整層１２５における保水性の調整方
法が異なっている。即ち、上記実施の形態２では、保水
性調整層１２５におけるチャネル対向部１２４Ａとリブ
対向部１２５Ｂとの保水性を調整するのに、チャネル対
向部１２５Ａとリブ対向部１２５Ｂとで用いるカーボン
粉末の比表面積を調整することによって行ったが、本実
施形態では、カーボン粉末に対する撥水性材料の添加量
を、チャネル対向部１２５Ａではリブ対向部１２５Ｂよ
りも少なく設定することによって行う。
トは、実施の形態２のセルユニット１１０と同様の構成
であるが、保水性調整層１２５における保水性の調整方
法が異なっている。即ち、上記実施の形態２では、保水
性調整層１２５におけるチャネル対向部１２４Ａとリブ
対向部１２５Ｂとの保水性を調整するのに、チャネル対
向部１２５Ａとリブ対向部１２５Ｂとで用いるカーボン
粉末の比表面積を調整することによって行ったが、本実
施形態では、カーボン粉末に対する撥水性材料の添加量
を、チャネル対向部１２５Ａではリブ対向部１２５Ｂよ
りも少なく設定することによって行う。
【００６６】これによっても、上記実施の形態１で説明
したのと同様、酸化剤チャネル６５と対向する部分で固
体高分子膜やカソード触媒層が乾燥しやすいという傾向
が抑えられ、電極／高分子膜接合体１２０における酸化
剤チャネル６５に対向する部分とリブ６６と対向する部
分との間で湿潤性が均一化されることになる。 〔実施例３〕上記実施の形態３に基づき、カソード側ガ
ス拡散層１２４以外は上記実施例１と同様の仕様で、実
施例のセル１３〜１７を作製すると共に、比較例として
セル１８，１９を作製し、セル電圧測定試験を行った。
したのと同様、酸化剤チャネル６５と対向する部分で固
体高分子膜やカソード触媒層が乾燥しやすいという傾向
が抑えられ、電極／高分子膜接合体１２０における酸化
剤チャネル６５に対向する部分とリブ６６と対向する部
分との間で湿潤性が均一化されることになる。 〔実施例３〕上記実施の形態３に基づき、カソード側ガ
ス拡散層１２４以外は上記実施例１と同様の仕様で、実
施例のセル１３〜１７を作製すると共に、比較例として
セル１８，１９を作製し、セル電圧測定試験を行った。
【００６７】
【表３】
【００６８】セル１３〜１７のカソード側ガス拡散層
は、カーボンペーパーに、撥水性材料としてのＰＴＦＥ
を含浸させて形成し（ＰＴＦＥ含有量は一律的に３０wt
％）、１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ２００μｍとしたもの
の表面に、カーボン粉末とＰＴＦＥ樹脂からなる混合物
が塗布されて保水性調整層が形成された構成であるが、
当該保水性調整層の空気入口側領域（全体面積に対して
５０％）において、表３に示すように、チャネル対向部
１２５Ａではリブ対向部１２５Ｂと比べてＰＴＦＥ樹脂
の含有量を小さく設定して保水性を高くした。
は、カーボンペーパーに、撥水性材料としてのＰＴＦＥ
を含浸させて形成し（ＰＴＦＥ含有量は一律的に３０wt
％）、１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ２００μｍとしたもの
の表面に、カーボン粉末とＰＴＦＥ樹脂からなる混合物
が塗布されて保水性調整層が形成された構成であるが、
当該保水性調整層の空気入口側領域（全体面積に対して
５０％）において、表３に示すように、チャネル対向部
１２５Ａではリブ対向部１２５Ｂと比べてＰＴＦＥ樹脂
の含有量を小さく設定して保水性を高くした。
【００６９】また、表３に示すように、比較例のセル１
８では、保水性調整層１２５において、チャネル対向部
１２５Ａとリブ対向部１２５ＢとでＰＴＦＥ含有量を同
等に設定し、比較例のセル１９では、保水性調整層１２
５において、チャネル対向部１２５Ａでは、リブ対向部
１２５Ｂと比べてＰＴＦＥ含有量を大きく設定すること
によって、保水性を低く設定した。そして、それ以外
は、上記セル１３〜１７と同様に作製した。
８では、保水性調整層１２５において、チャネル対向部
１２５Ａとリブ対向部１２５ＢとでＰＴＦＥ含有量を同
等に設定し、比較例のセル１９では、保水性調整層１２
５において、チャネル対向部１２５Ａでは、リブ対向部
１２５Ｂと比べてＰＴＦＥ含有量を大きく設定すること
によって、保水性を低く設定した。そして、それ以外
は、上記セル１３〜１７と同様に作製した。
【００７０】以下に各セルの具体的な作製方法を示す。 カソード側ガス拡散層：カーボンペーパー（厚み２００
μｍ）を用意し、このカーボンペーパをＰＴＦＥ分散溶
液に浸漬して、３８０℃で１時間焼成した。この時点で
のＰＴＦＥ含有量は全体領域で一律的に３０wt％となる
よう調整した。比表面積２５４ｍ2／ｇのカーボン粉末
とＰＴＦＥ分散溶液とを混合して混合物スラリ（固形分
中のＰＴＦＥ含有量は３０wt％）を作製した。そして、
空気入口側領域におけるチャネル対向部１２５Ａに相当
する領域にだけマスキングシートを置いて、その上か
ら、この混合分散液を塗布した。
μｍ）を用意し、このカーボンペーパをＰＴＦＥ分散溶
液に浸漬して、３８０℃で１時間焼成した。この時点で
のＰＴＦＥ含有量は全体領域で一律的に３０wt％となる
よう調整した。比表面積２５４ｍ2／ｇのカーボン粉末
とＰＴＦＥ分散溶液とを混合して混合物スラリ（固形分
中のＰＴＦＥ含有量は３０wt％）を作製した。そして、
空気入口側領域におけるチャネル対向部１２５Ａに相当
する領域にだけマスキングシートを置いて、その上か
ら、この混合分散液を塗布した。
【００７１】次に、比表面積２５４ｍ2／ｇのカーボン
粉末とＰＴＦＥ分散溶液とを混合し、固形分中のＰＴＦ
Ｅ含有量を４、６、１０、１７、２５、３０、４０wt％
の各値に設定した混合物スラリを作製した。そして、空
気入口側領域におけるチャネル対向部１２５Ａに相当す
る部分だけを開口したマスキングシートを置いて、その
上から、上記各混合物スラリをそれぞれ塗布した後、３
８０℃で１時間焼成した。
粉末とＰＴＦＥ分散溶液とを混合し、固形分中のＰＴＦ
Ｅ含有量を４、６、１０、１７、２５、３０、４０wt％
の各値に設定した混合物スラリを作製した。そして、空
気入口側領域におけるチャネル対向部１２５Ａに相当す
る部分だけを開口したマスキングシートを置いて、その
上から、上記各混合物スラリをそれぞれ塗布した後、３
８０℃で１時間焼成した。
【００７２】このようにして、セル１３〜１９用のカソ
ード側ガス拡散層を作製した。そして、作製したカソー
ド側ガス拡散層を用いて、上記実施例１と同様にしてセ
ル１３〜１９を作製した。 （セル電圧測定試験）このように作製した実施例及び比
較例の各セルについて、上記実施例１におけるセル電圧
測定試験と同じ条件でセル電圧を測定した。
ード側ガス拡散層を作製した。そして、作製したカソー
ド側ガス拡散層を用いて、上記実施例１と同様にしてセ
ル１３〜１９を作製した。 （セル電圧測定試験）このように作製した実施例及び比
較例の各セルについて、上記実施例１におけるセル電圧
測定試験と同じ条件でセル電圧を測定した。
【００７３】図７は、各セルのセル電圧測定値を示すも
のであって、保水性調整層１２５の空気入口側領域にお
いて、リブ対向部１２５に含まれるＰＴＦＥ含有率Ｚｂ
に対するチャネル対向部１２５Ｂに含まれるＰＴＦＥ含
有率Ｚａの比率（Ｚａ／Ｚｂ）と、セル電圧（ｍＶ）と
の関係を示す特性図である。 考察：図７から、セル１４〜１７は、セル１８，１９と
比べて、高いセル電圧が得られており、保水性調整層１
２５において、チャネル対向部１２５Ａにおけるフッ素
樹脂含有量をリブ対向部１２５Ｂにおけるフッ素樹脂含
有量に対して０．２〜０．８の範囲内に設定することが
好ましいことがわかる。
のであって、保水性調整層１２５の空気入口側領域にお
いて、リブ対向部１２５に含まれるＰＴＦＥ含有率Ｚｂ
に対するチャネル対向部１２５Ｂに含まれるＰＴＦＥ含
有率Ｚａの比率（Ｚａ／Ｚｂ）と、セル電圧（ｍＶ）と
の関係を示す特性図である。 考察：図７から、セル１４〜１７は、セル１８，１９と
比べて、高いセル電圧が得られており、保水性調整層１
２５において、チャネル対向部１２５Ａにおけるフッ素
樹脂含有量をリブ対向部１２５Ｂにおけるフッ素樹脂含
有量に対して０．２〜０．８の範囲内に設定することが
好ましいことがわかる。
【００７４】これは、セル１４〜１７では、保水性調整
層１２５の空気入口側領域において、チャネル対向部１
２５ＡにおけるＰＴＦＥ含有量をリブ対向部１２５Ｂに
おけるＰＴＦＥ含有量に対して０．２〜０．８の範囲内
に設定することによって、チャネル対向部１２５Ａの保
水性がリブ対向部１２５Ｂの保水性に対して適度に大き
くなっており、それによって、チャネル対向部１２５Ａ
とリブ対向部１２５Ｂとで固体高分子膜及び電極層の湿
潤が均一化されているのに対して、セル１８，１９にお
いては、このような湿潤性均一化の作用がないためと考
えられる。
層１２５の空気入口側領域において、チャネル対向部１
２５ＡにおけるＰＴＦＥ含有量をリブ対向部１２５Ｂに
おけるＰＴＦＥ含有量に対して０．２〜０．８の範囲内
に設定することによって、チャネル対向部１２５Ａの保
水性がリブ対向部１２５Ｂの保水性に対して適度に大き
くなっており、それによって、チャネル対向部１２５Ａ
とリブ対向部１２５Ｂとで固体高分子膜及び電極層の湿
潤が均一化されているのに対して、セル１８，１９にお
いては、このような湿潤性均一化の作用がないためと考
えられる。
【００７５】なお、セル１４〜１７と比べてセル１３で
は、セル電圧がかなり低い。これは、セル１３では、空
気入口側領域におけるチャネル対向部１２５Ａで保水性
調整層中のＰＴＦＥ樹脂含有量がかなり少ないので、こ
の部分に水が滞留してガス拡散性が極端に損なわれたた
めと考えられる。 〔実施の形態４〕図８は、本実施形態にかかるセルユニ
ットを、空気入口側の範囲において、厚み方向に切断し
た断面を摸式的に示す図である。
は、セル電圧がかなり低い。これは、セル１３では、空
気入口側領域におけるチャネル対向部１２５Ａで保水性
調整層中のＰＴＦＥ樹脂含有量がかなり少ないので、こ
の部分に水が滞留してガス拡散性が極端に損なわれたた
めと考えられる。 〔実施の形態４〕図８は、本実施形態にかかるセルユニ
ットを、空気入口側の範囲において、厚み方向に切断し
た断面を摸式的に示す図である。
【００７６】本実施形態のセルユニット２１０は、実施
の形態１の図１に示すセルユニット１０と同様の構成で
あるが、電極／高分子膜接合体２２０において、カソー
ド側ガス拡散層２４とカソード触媒層２２との間に、イ
オン交換体からなる中間保水層２６が設けられており、
この中間保水層２６において、チャネル対向部及びリブ
対向部の保水性が調整されている点が異なっている。
の形態１の図１に示すセルユニット１０と同様の構成で
あるが、電極／高分子膜接合体２２０において、カソー
ド側ガス拡散層２４とカソード触媒層２２との間に、イ
オン交換体からなる中間保水層２６が設けられており、
この中間保水層２６において、チャネル対向部及びリブ
対向部の保水性が調整されている点が異なっている。
【００７７】本実施形態のカソード側ガス拡散層２４
は、カーボンペーパーをはじめとする導電性多孔質材料
に、ガスの拡散性を確保するため全体に均一的に撥水性
材料が添加されたものを用いる。そして、このカソード
側ガス拡散層２４におけるカソード触媒層２２側の表面
上で、空気入口側の領域２０Ａには、イオン交換樹脂が
塗布されることによって中間保水層２６が積層されてい
る。
は、カーボンペーパーをはじめとする導電性多孔質材料
に、ガスの拡散性を確保するため全体に均一的に撥水性
材料が添加されたものを用いる。そして、このカソード
側ガス拡散層２４におけるカソード触媒層２２側の表面
上で、空気入口側の領域２０Ａには、イオン交換樹脂が
塗布されることによって中間保水層２６が積層されてい
る。
【００７８】この中間保水層２６は、イオン交換樹脂で
形成されているため保水性に優れており、カソード触媒
層２２に隣接してこの中間保水層２６が存在するため、
固体高分子膜２１及びカソード触媒層２２は安定して湿
潤状態に保たれることになる。また、酸化剤チャネル６
５と対向する部分（チャネル対向部２６Ａ）では、リブ
６６と対向する部分（リブ対向部２６Ｂ）と比べて保水
性が高くなるように調整している。
形成されているため保水性に優れており、カソード触媒
層２２に隣接してこの中間保水層２６が存在するため、
固体高分子膜２１及びカソード触媒層２２は安定して湿
潤状態に保たれることになる。また、酸化剤チャネル６
５と対向する部分（チャネル対向部２６Ａ）では、リブ
６６と対向する部分（リブ対向部２６Ｂ）と比べて保水
性が高くなるように調整している。
【００７９】このような中間保水層２６における保水性
の調整は、具体的には、チャネル対向部２６Ａにおいて
はイオン交換樹脂の塗布量を大きくし、リブ対向部２６
Ｂにおいてはイオン交換樹脂の塗布量を小さくする（も
しくは、リブ対向部２６Ｂにはイオン交換樹脂を塗布し
ない。）ことによってなすことができる。或は、チャネ
ル対向部２６Ａにおいては、イオン交換容量が大きいイ
オン交換樹脂を用い、リブ対向部２６Ｂにおいてはイオ
ン交換容量が小さいイオン交換樹脂を用いることによっ
てもなすことができる。
の調整は、具体的には、チャネル対向部２６Ａにおいて
はイオン交換樹脂の塗布量を大きくし、リブ対向部２６
Ｂにおいてはイオン交換樹脂の塗布量を小さくする（も
しくは、リブ対向部２６Ｂにはイオン交換樹脂を塗布し
ない。）ことによってなすことができる。或は、チャネ
ル対向部２６Ａにおいては、イオン交換容量が大きいイ
オン交換樹脂を用い、リブ対向部２６Ｂにおいてはイオ
ン交換容量が小さいイオン交換樹脂を用いることによっ
てもなすことができる。
【００８０】上記のようにカソード触媒層２２とカソー
ド側ガス拡散層２４との間に、保水性が調整された中間
保水層２６を設けることによって、上記実施の形態１で
説明したのと同様の効果を奏する。即ち、酸化剤チャネ
ル６５に対向する部分とリブ６６に対向する部分とで、
固体高分子膜２１及びカソード触媒層２２の湿潤度を均
一化することができる。
ド側ガス拡散層２４との間に、保水性が調整された中間
保水層２６を設けることによって、上記実施の形態１で
説明したのと同様の効果を奏する。即ち、酸化剤チャネ
ル６５に対向する部分とリブ６６に対向する部分とで、
固体高分子膜２１及びカソード触媒層２２の湿潤度を均
一化することができる。
【００８１】なお、中間保水層２６を設ける空気入口側
の領域２０Ａの面積については、実施の形態１で説明し
たのと同様の理由で、ガス拡散層２４の全体面積に対し
て１０％以上９０％以下の範囲内に設定することが好ま
しい。 〔実施例４〕上記実施の形態２に基づき、カソード側ガ
ス拡散層の表面上にイオン交換樹脂を塗布して中間保水
層を形成すること以外は上記実施例１と同様の仕様で、
実施例のセル２０，２１を作製し、セル電圧測定試験を
行った。
の領域２０Ａの面積については、実施の形態１で説明し
たのと同様の理由で、ガス拡散層２４の全体面積に対し
て１０％以上９０％以下の範囲内に設定することが好ま
しい。 〔実施例４〕上記実施の形態２に基づき、カソード側ガ
ス拡散層の表面上にイオン交換樹脂を塗布して中間保水
層を形成すること以外は上記実施例１と同様の仕様で、
実施例のセル２０，２１を作製し、セル電圧測定試験を
行った。
【００８２】セル２０，２１のカソード側ガス拡散層
は、カーボンペーパーに、撥水性材料としてＰＴＦＥを
含浸させ、３８０℃で１時間焼成することによって形成
し（ＰＴＦＥ含有量は一律的に３０wt％）、１０ｃｍ×
１０ｃｍ、厚さ２００μｍとした。セル２０において
は、このカソード側ガス拡散層の表面に、空気入口側領
域（全体面積に対して５０％）において、チャネル対向
部２６Ａに相当する部分だけを開口したマスキングシー
トを置いて、その上から、イオン交換容量１．０ｍｅ
ｑ．／ｇのイオン交換樹脂（アルコール溶液）を塗布
し、８０℃で２０分間乾燥させてアルコールを除去し
た。この時、チャネル対向部２６Ａにおけるイオン交換
樹脂の塗布量は０．０６ｍｇ／ｃｍ2とした。
は、カーボンペーパーに、撥水性材料としてＰＴＦＥを
含浸させ、３８０℃で１時間焼成することによって形成
し（ＰＴＦＥ含有量は一律的に３０wt％）、１０ｃｍ×
１０ｃｍ、厚さ２００μｍとした。セル２０において
は、このカソード側ガス拡散層の表面に、空気入口側領
域（全体面積に対して５０％）において、チャネル対向
部２６Ａに相当する部分だけを開口したマスキングシー
トを置いて、その上から、イオン交換容量１．０ｍｅ
ｑ．／ｇのイオン交換樹脂（アルコール溶液）を塗布
し、８０℃で２０分間乾燥させてアルコールを除去し
た。この時、チャネル対向部２６Ａにおけるイオン交換
樹脂の塗布量は０．０６ｍｇ／ｃｍ2とした。
【００８３】これによってカソード側ガス拡散層の上に
形成される中間保水層２６は、チャネル対向部２６Ａに
だけイオン交換樹脂が塗布され、リブ対向部２６Ｂには
イオン交換樹脂が塗布されていない。従って、この中間
保水層２６において、チャネル対向部２６Ａではリブ対
向部２６Ｂよりも保水性が高くなる。セル２１において
は、先ず、上記セル２０と同様にして、カソード側ガス
拡散層の表面の空気入口側領域（全体面積に対して５０
％）において、チャネル対向部２６Ａに相当する部分
に、イオン交換容量１．０ｍｅｑ．／ｇのイオン交換樹
脂を塗布量０．０６ｍｇ／ｃｍ2で塗布した。次に、カ
ソード側ガス拡散層の表面の空気入口側領域（全体面積
に対して５０％）において、リブ対向部２６Ｂに相当す
る部分だけ開口したマスキングシートを置いて、その上
から、イオン交換容量０．９１ｍｅｑ．／ｇのイオン交
換樹脂（アルコール溶液）を塗布し、８０℃で２０分間
乾燥させてアルコールを除去した。リブ対向部２６Ｂに
おけるイオン交換樹脂の塗布量も０．０６ｍｇ／ｃｍ2
とした。
形成される中間保水層２６は、チャネル対向部２６Ａに
だけイオン交換樹脂が塗布され、リブ対向部２６Ｂには
イオン交換樹脂が塗布されていない。従って、この中間
保水層２６において、チャネル対向部２６Ａではリブ対
向部２６Ｂよりも保水性が高くなる。セル２１において
は、先ず、上記セル２０と同様にして、カソード側ガス
拡散層の表面の空気入口側領域（全体面積に対して５０
％）において、チャネル対向部２６Ａに相当する部分
に、イオン交換容量１．０ｍｅｑ．／ｇのイオン交換樹
脂を塗布量０．０６ｍｇ／ｃｍ2で塗布した。次に、カ
ソード側ガス拡散層の表面の空気入口側領域（全体面積
に対して５０％）において、リブ対向部２６Ｂに相当す
る部分だけ開口したマスキングシートを置いて、その上
から、イオン交換容量０．９１ｍｅｑ．／ｇのイオン交
換樹脂（アルコール溶液）を塗布し、８０℃で２０分間
乾燥させてアルコールを除去した。リブ対向部２６Ｂに
おけるイオン交換樹脂の塗布量も０．０６ｍｇ／ｃｍ2
とした。
【００８４】これによってカソード側ガス拡散層の上に
形成される中間保水層２６は、チャネル対向部２６Ａに
イオン交換容量の比較的大きいイオン交換樹脂が塗布さ
れ、リブ対向部２６Ｂにはイオン交換容量の比較的小さ
いイオン交換樹脂が塗布されている。従って、この中間
保水層２６において、チャネル対向部２６Ａではリブ対
向部２６Ｂよりも保水性が高くなる。
形成される中間保水層２６は、チャネル対向部２６Ａに
イオン交換容量の比較的大きいイオン交換樹脂が塗布さ
れ、リブ対向部２６Ｂにはイオン交換容量の比較的小さ
いイオン交換樹脂が塗布されている。従って、この中間
保水層２６において、チャネル対向部２６Ａではリブ対
向部２６Ｂよりも保水性が高くなる。
【００８５】（比較例）また、比較例として、カソード
側ガス拡散層の表面の空気入口側領域（全体面積に対し
て５０％）において、イオン交換容量１．０ｍｅｑ．／
ｇのイオン交換樹脂を均一的に塗布して中間保水層を形
成し、それ以外は、上記セル２０，２１と同様にしてセ
ル２２〜２９を作製した。
側ガス拡散層の表面の空気入口側領域（全体面積に対し
て５０％）において、イオン交換容量１．０ｍｅｑ．／
ｇのイオン交換樹脂を均一的に塗布して中間保水層を形
成し、それ以外は、上記セル２０，２１と同様にしてセ
ル２２〜２９を作製した。
【００８６】ここで、セル２２〜２９におけるイオン交
換樹脂の塗布量は、表４に示す値に設定した。
換樹脂の塗布量は、表４に示す値に設定した。
【００８７】
【表４】
【００８８】なお、セル３０は、イオン交換樹脂を塗布
しない（中間保水層を形成しない）以外は、上記セル２
０，２１と同様にして作製したものである。 （セル電圧測定試験）このように作製した実施例及び比
較例の各セルについて、次の条件でセル電圧を測定し
た。
しない（中間保水層を形成しない）以外は、上記セル２
０，２１と同様にして作製したものである。 （セル電圧測定試験）このように作製した実施例及び比
較例の各セルについて、次の条件でセル電圧を測定し
た。
【００８９】 電流密度：０.５Ａ/ｃｍ2 セル内運転温度：８０℃ 燃料ガス：純水素 酸化剤ガス：空気 燃料ガス利用率：７０％ 酸化剤ガス利用率：４０％ ガス加湿温度：燃料側は８０℃、酸化剤側は無加湿 その結果、実施例のセル２０ではセル電圧測定値が６３
２ｍＶ、セル２１ではセル電圧測定値が６４３ｍＶであ
った。
２ｍＶ、セル２１ではセル電圧測定値が６４３ｍＶであ
った。
【００９０】比較例のセル２５ではセル電圧測定値が６
３４ｍＶであった。図９は、比較例の各セルのセル電圧
測定値を示すものである。 考察：図９から、イオン交換樹脂の塗布量が０．０２〜
０．１２mg／cm2であるセル２３〜２８は、イオン交換
樹脂の塗布量が０．０１mg／cm2以下であるセル２２、
３０あるいはイオン交換樹脂の塗布量が０．１５mg／cm
2であるセル２９と比べて高いセル電圧が得られている
ことがわかる。
３４ｍＶであった。図９は、比較例の各セルのセル電圧
測定値を示すものである。 考察：図９から、イオン交換樹脂の塗布量が０．０２〜
０．１２mg／cm2であるセル２３〜２８は、イオン交換
樹脂の塗布量が０．０１mg／cm2以下であるセル２２、
３０あるいはイオン交換樹脂の塗布量が０．１５mg／cm
2であるセル２９と比べて高いセル電圧が得られている
ことがわかる。
【００９１】これは、酸化剤側を無加湿で運転した場
合、中間保水層がないと電極／高分子膜接合体から水分
がたくさん蒸発することによって高いセル電圧を得にく
いのに対して、適度な保水力を持つ中間保水層を設ける
と水分の蒸発が抑えられるためセル電圧が得られること
を示している。また、中間保水層のイオン交換樹脂の塗
布量が大きすぎても高いセル電圧が得られにくいことも
示しているが、これは、イオン交換樹脂自体は非導電性
なので、イオン交換樹脂の塗布量が大きすぎると、カソ
ード触媒層とガス拡散層との間の電気抵抗が大きくなる
ためと考えられる。
合、中間保水層がないと電極／高分子膜接合体から水分
がたくさん蒸発することによって高いセル電圧を得にく
いのに対して、適度な保水力を持つ中間保水層を設ける
と水分の蒸発が抑えられるためセル電圧が得られること
を示している。また、中間保水層のイオン交換樹脂の塗
布量が大きすぎても高いセル電圧が得られにくいことも
示しているが、これは、イオン交換樹脂自体は非導電性
なので、イオン交換樹脂の塗布量が大きすぎると、カソ
ード触媒層とガス拡散層との間の電気抵抗が大きくなる
ためと考えられる。
【００９２】次に、実施例のセル２０と比較例のセル２
５とを比べると、セル２０のイオン交換樹脂の総塗布量
はセル２５の半分程度であるが、同等のセル電圧が得ら
れている。また、実施例のセル２０と比較例のセル２３
やセル２４と比べると、イオン交換樹脂の総塗布量は同
等であるが、セル２０の方がセル２３やセル２４よりも
高いセル電圧が得られている。
５とを比べると、セル２０のイオン交換樹脂の総塗布量
はセル２５の半分程度であるが、同等のセル電圧が得ら
れている。また、実施例のセル２０と比較例のセル２３
やセル２４と比べると、イオン交換樹脂の総塗布量は同
等であるが、セル２０の方がセル２３やセル２４よりも
高いセル電圧が得られている。
【００９３】これは、実施例のセル２４では、空気入口
側領域において、中間保水層のチャネル対向部の保水性
がリブ対向部の保水性に対して適度に大きくなってお
り、それによって、チャネル対向部とリブ対向部とで固
体高分子膜及び電極層の湿潤が均一化されているのに対
して、比較例のセルにおいては、このような湿潤性均一
化の作用がないためと考えられる。
側領域において、中間保水層のチャネル対向部の保水性
がリブ対向部の保水性に対して適度に大きくなってお
り、それによって、チャネル対向部とリブ対向部とで固
体高分子膜及び電極層の湿潤が均一化されているのに対
して、比較例のセルにおいては、このような湿潤性均一
化の作用がないためと考えられる。
【００９４】〔実施の形態５〕図１０は、本実施形態に
かかるセルユニットを、空気入口側の範囲において、厚
み方向に切断した断面を摸式的に示す図である。本実施
形態のセルユニット３１０では、電極／高分子膜接合体
２２０におけるカソード側ガス拡散層３２４には保水性
の調整を施さず、カソード触媒層３２２に保水性の調整
を施している以外は、実施の形態１の図１に示すセルユ
ニット１０と同様の構成である。
かかるセルユニットを、空気入口側の範囲において、厚
み方向に切断した断面を摸式的に示す図である。本実施
形態のセルユニット３１０では、電極／高分子膜接合体
２２０におけるカソード側ガス拡散層３２４には保水性
の調整を施さず、カソード触媒層３２２に保水性の調整
を施している以外は、実施の形態１の図１に示すセルユ
ニット１０と同様の構成である。
【００９５】本実施形態のカソード触媒層３２２は、上
記カソード触媒層２２と同様に白金系触媒担持カーボン
によって形成されているが、酸化剤チャネル６５と対向
するチャネル対向部３２２Ａでは、リブ６６と対向する
リブ対向部３２２Ｂと比べて保水性を高く設定してい
る。このカソード触媒層３２２における保水性の調整
は、具体的には、チャネル対向部３２２Ａには触媒担持
体として比表面積が大きいカーボン粒子（保水性の大き
いカーボン粒子）を用い、リブ対向部２２２Ｂには比表
面積が小さいカーボン粒子（保水性の小さいカーボン粒
子）を用いることによってなされている。
記カソード触媒層２２と同様に白金系触媒担持カーボン
によって形成されているが、酸化剤チャネル６５と対向
するチャネル対向部３２２Ａでは、リブ６６と対向する
リブ対向部３２２Ｂと比べて保水性を高く設定してい
る。このカソード触媒層３２２における保水性の調整
は、具体的には、チャネル対向部３２２Ａには触媒担持
体として比表面積が大きいカーボン粒子（保水性の大き
いカーボン粒子）を用い、リブ対向部２２２Ｂには比表
面積が小さいカーボン粒子（保水性の小さいカーボン粒
子）を用いることによってなされている。
【００９６】そして、このように保水性が調整されたカ
ソード触媒層３２２を備えることによっても、上記実施
の形態１で説明したのと同様の効果を奏する。即ち、酸
化剤チャネル６５に対向する部分とリブ６６に対向する
部分とで、固体高分子膜及び触媒層の湿潤度を均一化す
ることができる。 〔実施例５〕上記実施の形態５に基づき、カソード触媒
層３２２及びカソード側ガス拡散層３２４以外は上記実
施例１と同様の仕様で、実施例５のセルを作製した。
ソード触媒層３２２を備えることによっても、上記実施
の形態１で説明したのと同様の効果を奏する。即ち、酸
化剤チャネル６５に対向する部分とリブ６６に対向する
部分とで、固体高分子膜及び触媒層の湿潤度を均一化す
ることができる。 〔実施例５〕上記実施の形態５に基づき、カソード触媒
層３２２及びカソード側ガス拡散層３２４以外は上記実
施例１と同様の仕様で、実施例５のセルを作製した。
【００９７】本実施例のカソード側ガス拡散層３２４
は、カーボンペーパーに、撥水性材料としてのＰＴＦＥ
を含浸させて形成し（ＰＴＦＥ含有量は均一的に３０wt
％）、１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ２００μｍとしたもの
を用いた。またカソード触媒層３２２は、何れの領域で
も、Ｐｔ担持カーボン粉末とNafionとＰＴＦＥの重量比
は１００：２０：１０で共通であるが、チャネル対向部
３２２Ａに担持体として用いられているカーボン粉末は
比表面積が８００ｍ2／ｇであるのに対して、リブ対向
部３２２Ｂに担持体として用いられているカーボン粉末
は比表面積が２５４ｍ2／ｇである。
は、カーボンペーパーに、撥水性材料としてのＰＴＦＥ
を含浸させて形成し（ＰＴＦＥ含有量は均一的に３０wt
％）、１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ２００μｍとしたもの
を用いた。またカソード触媒層３２２は、何れの領域で
も、Ｐｔ担持カーボン粉末とNafionとＰＴＦＥの重量比
は１００：２０：１０で共通であるが、チャネル対向部
３２２Ａに担持体として用いられているカーボン粉末は
比表面積が８００ｍ2／ｇであるのに対して、リブ対向
部３２２Ｂに担持体として用いられているカーボン粉末
は比表面積が２５４ｍ2／ｇである。
【００９８】以下にセルの具体的な作製方法を示す。比
表面積２５４ｍ2／ｇのカーボン粉末に白金担持させて
Ｐｔ担持カーボン粉末を作製し、このＰｔ担持カーボン
粉末とNafion溶液とＰＴＦＥとを、Ｐｔ担持カーボン粉
末とNafionとＰＴＦＥの重量比が１００：２０：１０と
なるように混合し、混合スラリＡを作製した。
表面積２５４ｍ2／ｇのカーボン粉末に白金担持させて
Ｐｔ担持カーボン粉末を作製し、このＰｔ担持カーボン
粉末とNafion溶液とＰＴＦＥとを、Ｐｔ担持カーボン粉
末とNafionとＰＴＦＥの重量比が１００：２０：１０と
なるように混合し、混合スラリＡを作製した。
【００９９】また、比表面積８００ｍ2／ｇのカーボン
粉末に白金担持させてＰｔ担持カーボン粉末を作製し、
このＰｔ担持カーボン粉末とNafion溶液とＰＴＦＥと
を、Ｐｔ担持カーボン粉末とNafionとＰＴＦＥの重量比
が１００：２０：１０となるように混合し、混合スラリ
Ｂを作製した。そして、撥水性材料を含浸させたカーボ
ンペーパー（カソード側ガス拡散層）に対して、空気入
口側領域におけるチャネル対向部３２２Ａに相当する領
域だけ開口したマスキングシートを置いて、その上か
ら、混合スラリＢを塗布した。
粉末に白金担持させてＰｔ担持カーボン粉末を作製し、
このＰｔ担持カーボン粉末とNafion溶液とＰＴＦＥと
を、Ｐｔ担持カーボン粉末とNafionとＰＴＦＥの重量比
が１００：２０：１０となるように混合し、混合スラリ
Ｂを作製した。そして、撥水性材料を含浸させたカーボ
ンペーパー（カソード側ガス拡散層）に対して、空気入
口側領域におけるチャネル対向部３２２Ａに相当する領
域だけ開口したマスキングシートを置いて、その上か
ら、混合スラリＢを塗布した。
【０１００】次に、空気入口側領域におけるリブ対向部
３２２Ｂに相当する部分だけを開口したマスキングシー
トを置いて、その上から、混合物スラリＡを塗布するこ
とによって、カソード触媒層３２２を形成した。そし
て、このように作製したカソード側ガス拡散層にカソー
ド触媒層を形成したものを用いて、上記実施例１と同様
にしてセルを作製した。
３２２Ｂに相当する部分だけを開口したマスキングシー
トを置いて、その上から、混合物スラリＡを塗布するこ
とによって、カソード触媒層３２２を形成した。そし
て、このように作製したカソード側ガス拡散層にカソー
ド触媒層を形成したものを用いて、上記実施例１と同様
にしてセルを作製した。
【０１０１】このように作製した実施例のセルと、カソ
ード触媒層のチャネル対向部３２２Ａとリブ対向部３２
２Ｂとで用いるカーボン比表面積の調整を施していない
比較例セルとを、上記実施例１と同様にしてセル電圧測
定試験を行ったところ、実施例セルの方が高いセル電圧
が得られた。 〔実施の形態６〕本実施形態のセルユニットは、実施の
形態５のセルユニット３１０と同様の構成であるが、カ
ソード触媒層３２２における保水性の調整方法が異なっ
ている。
ード触媒層のチャネル対向部３２２Ａとリブ対向部３２
２Ｂとで用いるカーボン比表面積の調整を施していない
比較例セルとを、上記実施例１と同様にしてセル電圧測
定試験を行ったところ、実施例セルの方が高いセル電圧
が得られた。 〔実施の形態６〕本実施形態のセルユニットは、実施の
形態５のセルユニット３１０と同様の構成であるが、カ
ソード触媒層３２２における保水性の調整方法が異なっ
ている。
【０１０２】即ち、上記実施の形態５では、カソード触
媒層３２２におけるチャネル対向部３２２Ａとリブ対向
部３２２Ｂとの保水性を調整をするのに、チャネル対向
部３２２Ａとリブ対向部３２２Ｂとで担持体として用い
るカーボン材料の比表面積を調整することによって行っ
たが、本実施形態では、カソード触媒層３２２に添加す
るイオン交換体の添加量を、チャネル対向部３２２Ａで
はリブ対向部３２２Ｂよりも大きくすることによって行
う。
媒層３２２におけるチャネル対向部３２２Ａとリブ対向
部３２２Ｂとの保水性を調整をするのに、チャネル対向
部３２２Ａとリブ対向部３２２Ｂとで担持体として用い
るカーボン材料の比表面積を調整することによって行っ
たが、本実施形態では、カソード触媒層３２２に添加す
るイオン交換体の添加量を、チャネル対向部３２２Ａで
はリブ対向部３２２Ｂよりも大きくすることによって行
う。
【０１０３】これによっても、酸化剤チャネル６５が対
向する部分で固体高分子膜やカソード触媒層が乾燥しや
すいという傾向が抑えられ、電極／高分子膜接合体３２
０における酸化剤チャネル６５に対向する部分とリブ６
６と対向する部分との間で湿潤性が均一化されることに
なる。 〔実施例６〕上記実施の形態６に基づき、カソード触媒
層３２２以外は上記実施例５と同様の仕様でセルを作製
した。
向する部分で固体高分子膜やカソード触媒層が乾燥しや
すいという傾向が抑えられ、電極／高分子膜接合体３２
０における酸化剤チャネル６５に対向する部分とリブ６
６と対向する部分との間で湿潤性が均一化されることに
なる。 〔実施例６〕上記実施の形態６に基づき、カソード触媒
層３２２以外は上記実施例５と同様の仕様でセルを作製
した。
【０１０４】本実施例のカソード触媒層３２２は、何れ
の領域でも、担持体として用いられているカーボン粉末
の比表面積は２５４ｍ2／ｇと共通であるが、チャネル
対向部３２２Ａにおいては、Ｐｔ担持カーボン粉末とNa
fionとＰＴＦＥの重量比が１００：４０：１０であるの
に対して、リブ対向部３２２Ｂでは、Ｐｔ担持カーボン
粉末とNafionとＰＴＦＥの重量比が１００：２０：１０
である。
の領域でも、担持体として用いられているカーボン粉末
の比表面積は２５４ｍ2／ｇと共通であるが、チャネル
対向部３２２Ａにおいては、Ｐｔ担持カーボン粉末とNa
fionとＰＴＦＥの重量比が１００：４０：１０であるの
に対して、リブ対向部３２２Ｂでは、Ｐｔ担持カーボン
粉末とNafionとＰＴＦＥの重量比が１００：２０：１０
である。
【０１０５】以下にセルの具体的な作製方法を示す。上
記実施例５で説明したのと同様の混合スラリＡを作製し
た。また、比表面積２５４ｍ2／ｇのカーボン粉末に白
金担持させてＰｔ担持カーボン粉末を作製し、このＰｔ
担持カーボン粉末とNafion溶液とＰＴＦＥとを、Ｐｔ担
持カーボン粉末とNafionとＰＴＦＥの重量比が１００：
４０：１０となるように混合し、混合スラリＣを作製し
た。
記実施例５で説明したのと同様の混合スラリＡを作製し
た。また、比表面積２５４ｍ2／ｇのカーボン粉末に白
金担持させてＰｔ担持カーボン粉末を作製し、このＰｔ
担持カーボン粉末とNafion溶液とＰＴＦＥとを、Ｐｔ担
持カーボン粉末とNafionとＰＴＦＥの重量比が１００：
４０：１０となるように混合し、混合スラリＣを作製し
た。
【０１０６】そして、撥水性材料を含浸させたカーボン
ペーパー（カソード側ガス拡散層）に対して、空気入口
側領域におけるチャネル対向部３２２Ａに相当する領域
だけを開口したマスキングシートを置いて、その上か
ら、混合スラリＣを塗布した。次に、空気入口側領域に
おけるリブ対向部３２２Ｂに相当する部分だけを開口し
たマスキングシートを置いて、その上から、混合物スラ
リＡを塗布することによって、カソード触媒層３２２を
形成した。
ペーパー（カソード側ガス拡散層）に対して、空気入口
側領域におけるチャネル対向部３２２Ａに相当する領域
だけを開口したマスキングシートを置いて、その上か
ら、混合スラリＣを塗布した。次に、空気入口側領域に
おけるリブ対向部３２２Ｂに相当する部分だけを開口し
たマスキングシートを置いて、その上から、混合物スラ
リＡを塗布することによって、カソード触媒層３２２を
形成した。
【０１０７】そして、このように作製したカソード側ガ
ス拡散層にカソード触媒層を形成したものを用いて、上
記実施例１と同様にしてセルを作製した。このように作
製した実施例のセルと、カソード触媒層のチャネル対向
部３２２Ａとリブ対向部３２２ＢとでNafion量の調整を
施していない比較例のセルとを、上記実施例１と同様に
してセル電圧測定試験を行ったところ、実施例のセルの
方が高いセル電圧が得られた。
ス拡散層にカソード触媒層を形成したものを用いて、上
記実施例１と同様にしてセルを作製した。このように作
製した実施例のセルと、カソード触媒層のチャネル対向
部３２２Ａとリブ対向部３２２ＢとでNafion量の調整を
施していない比較例のセルとを、上記実施例１と同様に
してセル電圧測定試験を行ったところ、実施例のセルの
方が高いセル電圧が得られた。
【０１０８】〔変形例など〕 ＊上記実施の形態２，３では、保水性調整層１２５を、
カソード側ガス拡散層１２４のカソード触媒層２２と対
向する側にのみ設けた例を示したが、保水性調整層１２
５を設ける位置はこれに限らず、ガス流路側に設けて
も、或いはガス拡散層の厚み方向全域に設けてもよい。 ＊実施の形態１と同様、実施の形態２〜６においても、
湿潤性を均一化する効果を得るためには、カソード側ガ
ス拡散層或はカソード触媒層、もしくは中間保水層にお
いて、酸化剤の入口側端部から出口側に向かう一定割合
（好ましくはカソード側ガス拡散層或はカソード触媒層
における酸化剤の入口側端部から出口側端部までの全領
域の面積に対して１０％〜９０％の領域）に対して、チ
ャネル対向部とリブ対向部との間で上記のように保水性
調整を行うことが好ましい。 ＊上記各実施の形態においては、カソード側ガス拡散層
やカソード触媒層において、酸化剤ガス入口側の端部か
ら一定範囲の領域において保水性の調整を施す例を示し
たが、このように保水性の調整を施す範囲は、酸化剤ガ
ス入口側に寄っていれば、酸化剤ガス入口側端部から少
し離れたところに施しても、同様の効果を奏する。 ＊上記実施の形態１〜６に示したカソード側ガス拡散層
或はカソード触媒層に対する保水性調整方法は、その２
つ以上を組み合わせて用いることも可能である。 ＊実施の形態２においては、カソード側ガス拡散層だけ
に、カーボン粉末と撥水性材料を混合した混合物からな
る保水性調整層を形成する例を示したが、アノード側ガ
ス拡散層にもカーボン粉末と撥水性材料を混合した混合
物からなる保水性調整層を形成してもよく、固体高分子
膜に対するより高い保湿効果が期待できる。 ＊上記各実施の形態では、酸化剤ガスと燃料ガスの流れ
が平行なセルユニットに基づいて説明したが、セルユニ
ットの構成はこれに限定されず、例えばカソード側とア
ノード側の各セパレータ板のチャネルが直交する構成の
セルユニットであってもよい。 ＊上記実施の形態で説明したチャネル対向部とリブ対向
部との間における保水性の調整に加えて更に、空気入口
側領域２０Ａおいて、空気出口側領域２０Ｂと比べてガ
ス拡散層の撥水性が高くなるよう、撥水性材料の含有量
を調整することも可能である。
カソード側ガス拡散層１２４のカソード触媒層２２と対
向する側にのみ設けた例を示したが、保水性調整層１２
５を設ける位置はこれに限らず、ガス流路側に設けて
も、或いはガス拡散層の厚み方向全域に設けてもよい。 ＊実施の形態１と同様、実施の形態２〜６においても、
湿潤性を均一化する効果を得るためには、カソード側ガ
ス拡散層或はカソード触媒層、もしくは中間保水層にお
いて、酸化剤の入口側端部から出口側に向かう一定割合
（好ましくはカソード側ガス拡散層或はカソード触媒層
における酸化剤の入口側端部から出口側端部までの全領
域の面積に対して１０％〜９０％の領域）に対して、チ
ャネル対向部とリブ対向部との間で上記のように保水性
調整を行うことが好ましい。 ＊上記各実施の形態においては、カソード側ガス拡散層
やカソード触媒層において、酸化剤ガス入口側の端部か
ら一定範囲の領域において保水性の調整を施す例を示し
たが、このように保水性の調整を施す範囲は、酸化剤ガ
ス入口側に寄っていれば、酸化剤ガス入口側端部から少
し離れたところに施しても、同様の効果を奏する。 ＊上記実施の形態１〜６に示したカソード側ガス拡散層
或はカソード触媒層に対する保水性調整方法は、その２
つ以上を組み合わせて用いることも可能である。 ＊実施の形態２においては、カソード側ガス拡散層だけ
に、カーボン粉末と撥水性材料を混合した混合物からな
る保水性調整層を形成する例を示したが、アノード側ガ
ス拡散層にもカーボン粉末と撥水性材料を混合した混合
物からなる保水性調整層を形成してもよく、固体高分子
膜に対するより高い保湿効果が期待できる。 ＊上記各実施の形態では、酸化剤ガスと燃料ガスの流れ
が平行なセルユニットに基づいて説明したが、セルユニ
ットの構成はこれに限定されず、例えばカソード側とア
ノード側の各セパレータ板のチャネルが直交する構成の
セルユニットであってもよい。 ＊上記実施の形態で説明したチャネル対向部とリブ対向
部との間における保水性の調整に加えて更に、空気入口
側領域２０Ａおいて、空気出口側領域２０Ｂと比べてガ
ス拡散層の撥水性が高くなるよう、撥水性材料の含有量
を調整することも可能である。
【０１０９】このような空気入口側領域及び出口側領域
の調整を組み合わせれば、空気入口側領域２０Ａで、空
気出口側領域２０Ｂと比べて水分蒸発が抑制されるの
で、空気入口側と出口側との間における固体高分子膜及
び触媒層の湿潤性も均一化できる。 ＊上記実施の形態においては、燃料ガスを用いて発電す
る一般的な固体高分子型燃料電池を例にとって説明した
が、本発明は、燃料ガスの代りにメタノールをアノード
側に直接供給しながら発電するＤＭＦＣに適用すること
も可能である。
の調整を組み合わせれば、空気入口側領域２０Ａで、空
気出口側領域２０Ｂと比べて水分蒸発が抑制されるの
で、空気入口側と出口側との間における固体高分子膜及
び触媒層の湿潤性も均一化できる。 ＊上記実施の形態においては、燃料ガスを用いて発電す
る一般的な固体高分子型燃料電池を例にとって説明した
が、本発明は、燃料ガスの代りにメタノールをアノード
側に直接供給しながら発電するＤＭＦＣに適用すること
も可能である。
【０１１０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、固体高
分子膜にアノード及びカソードを配してなるセルを備え
た燃料電池において、カソード触媒層とカソード側プレ
ートとの間に介挿されるガス拡散層及びカソード触媒層
の少なくとも一方を、酸化剤流路と対向する領域で、リ
ブと対向する領域と比べて保水性が高くなるように構成
することによって、或は、カソード側ガス拡散層とカソ
ード触媒層との間にイオン交換体を含有する中間保水層
を介挿させ、その中間保水層において、酸化剤流路と対
向する領域で、リブと対向する領域と比べて保水性が高
くなるよう調整することによって、固体高分子膜及び電
極触媒層を、酸化剤ガス流路に対向する領域とリブに対
向する領域とで均一的に保湿することを可能とした。
分子膜にアノード及びカソードを配してなるセルを備え
た燃料電池において、カソード触媒層とカソード側プレ
ートとの間に介挿されるガス拡散層及びカソード触媒層
の少なくとも一方を、酸化剤流路と対向する領域で、リ
ブと対向する領域と比べて保水性が高くなるように構成
することによって、或は、カソード側ガス拡散層とカソ
ード触媒層との間にイオン交換体を含有する中間保水層
を介挿させ、その中間保水層において、酸化剤流路と対
向する領域で、リブと対向する領域と比べて保水性が高
くなるよう調整することによって、固体高分子膜及び電
極触媒層を、酸化剤ガス流路に対向する領域とリブに対
向する領域とで均一的に保湿することを可能とした。
【０１１１】このような発明によれば、固体高分子膜及
び電極触媒層の全体領域にわたって湿潤性とガス拡散性
を確保することができるので、高性能で燃料電池を発電
することができる。特に無加湿の空気をカソードに供給
して発電する燃料電池の場合には、本発明を適用するこ
とによって得られる効果も大きい。
び電極触媒層の全体領域にわたって湿潤性とガス拡散性
を確保することができるので、高性能で燃料電池を発電
することができる。特に無加湿の空気をカソードに供給
して発電する燃料電池の場合には、本発明を適用するこ
とによって得られる効果も大きい。
【図１】実施の形態１にかかる固体高分子型燃料電池を
構成するセルユニットの組立図である。
構成するセルユニットの組立図である。
【図２】実施の形態にかかる燃料電池スタックの構成を
示す図である。
示す図である。
【図３】実施の形態１にかかるセルユニットの構成を示
す断面摸式図である。
す断面摸式図である。
【図４】実施例１にかかる各セルのセル電圧測定値を示
す特性図である。
す特性図である。
【図５】実施の形態２にかかるセルユニットの構成を示
す断面摸式図である。
す断面摸式図である。
【図６】実施例２にかかる各セルのセル電圧測定値を示
す特性図である。
す特性図である。
【図７】実施例３にかかる各セルのセル電圧測定値を示
す特性図である。
す特性図である。
【図８】実施の形態４にかかるセルユニットの構成を示
す断面摸式図である。
す断面摸式図である。
【図９】実施例４の比較例にかかる各セルのセル電圧測
定値を示す特性図である。
定値を示す特性図である。
【図１０】実施の形態５にかかる燃料電池のセルユニッ
ト構成を示す断面摸式図である。
ト構成を示す断面摸式図である。
【図１１】従来技術にかかる燃料電池の一例を示す図で
ある。
ある。
１０ セルユニット ２０ 電極／高分子膜接合体 ２１ 固体高分子膜 ２２ カソード触媒層 ２３ アノード触媒層 ２４ カソード側ガス拡散層 ２４Ａ チャネル対向部 ２４Ｂ リブ対向部 ２５ アノード側ガス拡散層 ２６ 中間保水層 ２６Ａ チャネル対向部 ２６Ｂ リブ対向部 ３０ ガスケット ５０ アノード側セパレータ板 ５５ 燃料ガスチャネル ５６ リブ ６０ カソード側セパレータ板 ６５ 酸化剤チャネル ６６ リブ １２５ 保水性調整層 １２５Ａ チャネル対向部 １２５Ｂ リブ対向部 ３２２ カソード触媒層 ３２２Ａ チャネル対向部 ３２２Ｂ リブ対向部 ３２４ カソード側ガス拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近野 義人 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 株本 浩揮 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS03 DD10 EE05 EE17 EE18 HH02 HH05 5H026 AA06 CC03 CC08 EE05 EE18 EE19 HH02 HH05
Claims (19)
- 【請求項１】 固体高分子膜の一方側にカソード触媒
層、他方側にアノード触媒層が配されているセルを、前
記アノード触媒層に対向して燃料が流通する燃料流路が
形成された第１プレートと、前記カソード触媒層に対向
して酸化剤が流通する酸化剤流路及びリブが形成された
第２プレートとで挟持して構成された燃料電池であっ
て、 前記カソード触媒層と第２プレートとの間にガス拡散層
が介挿され、 当該ガス拡散層及びカソード触媒層の少なくとも一方
は、 前記酸化剤流路と対向する領域で、前記リブと対向する
領域と比べて保水性が高くなるよう構成されていること
を特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 前記ガス拡散層及びカソード触媒層の少
なくとも一方は、 酸化剤入口付近の領域において、 前記酸化剤流路と対向する領域で、前記リブと対向する
領域と比べて保水性が高くなるよう構成されていること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池。 - 【請求項３】 前記ガス拡散層及びカソード触媒層の少
なくとも一方は、 酸化剤の入口側端部から出口側に向かう一定の領域にお
いて、 前記リブと対向する領域と比べて保水性が高くなるよう
構成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電
池。 - 【請求項４】 前記一定の領域の面積は、 前記ガス拡散層における酸化剤の入口側端部から出口側
端部までの全領域の面積に対して１０％以上９０％以下
であることを特徴とする請求項３記載の燃料電池。 - 【請求項５】 前記ガス拡散層は、 導電性基材に撥水性材料が含まれたもので形成され、 前記酸化剤流路と対向する領域で、前記リブと対向する
領域と比べて、撥水性材料含有量を小さく設定されてい
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の燃料
電池。 - 【請求項６】 前記ガス拡散層は、 前記酸化剤流路と対向する領域における撥水性材料含有
量が、前記リブと対向する領域の撥水性材料含有量に対
して０．２〜０．８倍の範囲内に設定されていることを
特徴とする請求項５記載の燃料電池。 - 【請求項７】 前記ガス拡散層には、 カーボン粉末を含有する混合物が充填されることによっ
て保水性調整層が形成され、 当該保水性調整層は、前記酸化剤流路と対向する領域
で、前記リブと対向する領域と比べて保水性が高くなる
よう調整されていることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれか記載の燃料電池。 - 【請求項８】 前記ガス拡散層において、 前記酸化剤流路と対向する領域に用いられるカーボン粉
末の保水性は、前記リブと対向する領域に用いられるカ
ーボン粉末の保水性より大きいことを特徴とする請求項
７記載の燃料電池。 - 【請求項９】 前記ガス拡散層において、 前記酸化剤流路と対向する領域に用いられるカーボン粉
末の比表面積は、前記リブと対向する領域に用いられる
カーボン粉末の比表面積より大きいことを特徴とする請
求項７記載の燃料電池。 - 【請求項１０】 前記保水性調整層は、カーボン粉末と
撥水性材料との混合物が充填されることによって形成さ
れ、 前記酸化剤流路と対向する領域に充填される混合物中の
撥水性材料含有量が、前記リブと対向する領域に充填さ
れる混合物中の撥水性材料含有量に対して０．２〜０．
８倍の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項
７記載の燃料電池。 - 【請求項１１】 前記カソード触媒層は、 触媒が担持されたカーボン粉末にイオン交換体が添加さ
れた混合物からなり、 前記リブと対向する領域に用いられるカーボン粉末の比
表面積は、酸化剤出口側に用いられるカーボン粉末の比
表面積より大きいことを特徴とする請求項１記載の燃料
電池。 - 【請求項１２】 前記カソード触媒層は、 触媒が担持されたカーボン粉末にイオン交換体が添加さ
れた混合物からなり、 前記酸化剤流路と対向する領域では、前記リブと対向す
る領域と比べてイオン交換体の添加量が大きいことを特
徴とする請求項１の記載の燃料電池。 - 【請求項１３】 固体高分子膜の一方側にカソード触媒
層、他方側にアノード触媒層が配されているセルを、前
記アノード触媒層に対向して燃料が流通する燃料流路が
形成された第１プレートと、前記カソード触媒層に対向
して酸化剤が流通する酸化剤流路及びリブが形成された
第２プレートとで挟持して構成された燃料電池であっ
て、 前記カソード触媒層と第２プレートとの間には、 ガス拡散層と、当該ガス拡散層よりカソード触媒層側に
位置するイオン交換体を含有する中間保水層とが介挿さ
れ、 当該中間保水層は、前記酸化剤流路と対向する領域で、
前記リブと対向する領域と比べて保水性が高くなるよう
調整されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電
池。 - 【請求項１４】 前記中間保水層は、 酸化剤の入口側端部から出口側に向かう一定の領域に設
けられていることを特徴とする請求項１３記載の燃料電
池。 - 【請求項１５】 前記一定の領域の面積は、 前記ガス拡散層における酸化剤の入口側端部から出口側
端部までの全領域の面積に対して１０％以上９０％以下
であることを特徴とする請求項１４記載の燃料電池。 - 【請求項１６】 前記中間保水層において、 前記酸化剤流路と対向する領域には、前記リブと対向す
る領域と比べて多くのイオン交換体が含まれていること
を特徴とする請求項１３〜１５のいずれか記載の燃料電
池。 - 【請求項１７】 前記中間保水層において、 前記リブと対向する領域に含まれているイオン交換体よ
りも、前記酸化剤流路と対向する領域に含まれているイ
オン交換体の方が、イオン交換容量が大きいことを特徴
とする請求項１３〜１５のいずれか記載の燃料電池。 - 【請求項１８】 前記イオン交換体は、 パーフルオロスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポ
リベンズイミダゾールスルホン酸、ポリエーテルケトン
スルホン酸から選択されたものであることを特徴とする
請求項１３〜１７の何れか記載の燃料電池。 - 【請求項１９】 前記酸化剤流路と対向する領域におい
て、 前記中間保水層中に含まれるイオン交換体の量は、０．
０２〜０．１２ｍｇ／ｃｍ2の範囲内であることを特徴
とする請求項１３〜１８の何れか記載の燃料電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000322568A JP4233208B2 (ja) | 2000-08-11 | 2000-10-23 | 燃料電池 |
| US10/088,515 US20020192530A1 (en) | 2000-08-11 | 2001-08-13 | Fuel cell that can stably generate electricity with excellent characteristics |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000244960 | 2000-08-11 | ||
| JP2000-244960 | 2000-08-11 | ||
| JP2000322568A JP4233208B2 (ja) | 2000-08-11 | 2000-10-23 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002124270A true JP2002124270A (ja) | 2002-04-26 |
| JP4233208B2 JP4233208B2 (ja) | 2009-03-04 |
Family
ID=26597883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000322568A Expired - Fee Related JP4233208B2 (ja) | 2000-08-11 | 2000-10-23 | 燃料電池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020192530A1 (ja) |
| JP (1) | JP4233208B2 (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003077480A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-14 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池 |
| JP2005093275A (ja) * | 2003-09-18 | 2005-04-07 | Mitsubishi Materials Corp | 固体高分子型燃料電池のガス拡散層用部材及びセル部材、固体高分子型燃料電池 |
| JP2005158515A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Nippon Soken Inc | 燃料電池用ガス拡散層及びその製造方法 |
| JP2005302694A (ja) * | 2004-03-17 | 2005-10-27 | Nitto Denko Corp | 燃料電池 |
| JP2006147397A (ja) * | 2004-11-22 | 2006-06-08 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用ガス拡散層と燃料電池、および、これらの製造方法 |
| JP2006147429A (ja) * | 2004-11-22 | 2006-06-08 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2006252948A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Japan Gore Tex Inc | 湿度調整フィルム |
| KR100710301B1 (ko) * | 2005-01-14 | 2007-04-23 | 엘지전자 주식회사 | 멀티-스크린 시스템 및 그 구현방법 |
| JP2009059626A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池用電極、及び燃料電池用電極の製造方法 |
| JP2009080967A (ja) * | 2007-09-25 | 2009-04-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 膜電極接合体および燃料電池 |
| JP2009117130A (ja) * | 2007-11-05 | 2009-05-28 | Nippon Soken Inc | 燃料電池 |
| WO2009078302A1 (ja) * | 2007-12-17 | 2009-06-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 燃料電池 |
| KR100969475B1 (ko) * | 2007-10-16 | 2010-07-14 | 주식회사 엘지화학 | 두 종류의 발수성을 갖는 연료전지용 캐소드 전극 및 그제조방법과 이를 포함하는 막전극 접합체 및 연료전지 |
| JP2011501348A (ja) * | 2007-10-10 | 2011-01-06 | エルジー・ケム・リミテッド | 燃料電池用電極及びその製造方法、それを含む膜電極接合体並びに燃料電池 |
| JP2011505677A (ja) * | 2007-12-28 | 2011-02-24 | エルジー・ケム・リミテッド | ２種の親水性を持つ燃料電池用電極及びその製造方法、並びにそれを含む膜電極接合体及び燃料電池 |
| JP2013093284A (ja) * | 2011-10-27 | 2013-05-16 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE522001T1 (de) * | 2002-03-27 | 2011-09-15 | Topsoe Fuel Cell As | Festoxid-brennstoffzelle in dünnschichttechnik (sofc) und verfahren zu ihrer herstellung |
| US7479342B2 (en) | 2003-06-18 | 2009-01-20 | Panasonic Corporation | Fuel cell |
| EP1644997A4 (en) | 2003-06-27 | 2011-03-16 | Ultracell Corp | MICRO FUEL CELL ARCHITECTURE |
| DE10340834B4 (de) * | 2003-09-04 | 2018-12-06 | Daimler Ag | Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle |
| JP5403198B2 (ja) * | 2005-06-03 | 2014-01-29 | 株式会社Ｇｓユアサ | 水素製造装置、それを用いた燃料電池発電装置、電気自動車、潜水船及び水素供給システム |
| US7413826B2 (en) * | 2006-02-16 | 2008-08-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Anode electrodes for direct oxidation fuel cells and systems operating with concentrated liquid fuel |
| US20070218344A1 (en) * | 2006-03-20 | 2007-09-20 | Chunxin Ji | Diffusion media with vapor deposited fluorocarbon polymer |
| KR20070098136A (ko) * | 2006-03-31 | 2007-10-05 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지시스템 |
| JP5298412B2 (ja) * | 2006-08-24 | 2013-09-25 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
| KR20100024972A (ko) * | 2007-06-15 | 2010-03-08 | 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤 | 막전극 접합체, 및 이것을 구비하는 막전극 가스 확산층 접합체, 고체 고분자형 연료 전지, 그리고 막전극 접합체의 제조 방법 |
| US20100028744A1 (en) * | 2008-08-04 | 2010-02-04 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Gas diffusion layer with lower gas diffusivity |
| US20110151351A1 (en) * | 2009-12-22 | 2011-06-23 | 3M Innovative Properties Company | Membrane electrode assemblies including mixed carbon particles |
| EP2595226B1 (en) * | 2010-07-15 | 2018-10-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell |
| KR101747492B1 (ko) * | 2013-06-14 | 2017-06-27 | 주식회사 엘지화학 | 술포네이트계 화합물 및 이를 이용한 고분자 전해질막 |
| DE102018200687A1 (de) | 2018-01-17 | 2019-07-18 | Audi Ag | Kaskadierter Brennstoffzellenstapel und Brennstoffzellensystem |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3583897B2 (ja) * | 1997-04-11 | 2004-11-04 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池 |
| US6024848A (en) * | 1998-04-15 | 2000-02-15 | International Fuel Cells, Corporation | Electrochemical cell with a porous support plate |
-
2000
- 2000-10-23 JP JP2000322568A patent/JP4233208B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-08-13 US US10/088,515 patent/US20020192530A1/en not_active Abandoned
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003077480A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-14 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池 |
| JP4519375B2 (ja) * | 2001-08-31 | 2010-08-04 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池 |
| JP4501385B2 (ja) * | 2003-09-18 | 2010-07-14 | 三菱マテリアル株式会社 | 固体高分子型燃料電池のガス拡散層用部材及びセル部材、固体高分子型燃料電池 |
| JP2005093275A (ja) * | 2003-09-18 | 2005-04-07 | Mitsubishi Materials Corp | 固体高分子型燃料電池のガス拡散層用部材及びセル部材、固体高分子型燃料電池 |
| JP2005158515A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Nippon Soken Inc | 燃料電池用ガス拡散層及びその製造方法 |
| JP4565830B2 (ja) * | 2003-11-26 | 2010-10-20 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 燃料電池用ガス拡散層及びその製造方法 |
| JP2005302694A (ja) * | 2004-03-17 | 2005-10-27 | Nitto Denko Corp | 燃料電池 |
| JP2006147429A (ja) * | 2004-11-22 | 2006-06-08 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2006147397A (ja) * | 2004-11-22 | 2006-06-08 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用ガス拡散層と燃料電池、および、これらの製造方法 |
| KR100710301B1 (ko) * | 2005-01-14 | 2007-04-23 | 엘지전자 주식회사 | 멀티-스크린 시스템 및 그 구현방법 |
| JP2006252948A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Japan Gore Tex Inc | 湿度調整フィルム |
| JP2009059626A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池用電極、及び燃料電池用電極の製造方法 |
| JP2009080967A (ja) * | 2007-09-25 | 2009-04-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 膜電極接合体および燃料電池 |
| JP2011501348A (ja) * | 2007-10-10 | 2011-01-06 | エルジー・ケム・リミテッド | 燃料電池用電極及びその製造方法、それを含む膜電極接合体並びに燃料電池 |
| JP2013243143A (ja) * | 2007-10-10 | 2013-12-05 | Lg Chem Ltd | 燃料電池用電極及びその製造方法、それを含む膜電極接合体並びに燃料電池 |
| KR100969475B1 (ko) * | 2007-10-16 | 2010-07-14 | 주식회사 엘지화학 | 두 종류의 발수성을 갖는 연료전지용 캐소드 전극 및 그제조방법과 이를 포함하는 막전극 접합체 및 연료전지 |
| JP2011501357A (ja) * | 2007-10-16 | 2011-01-06 | エルジー・ケム・リミテッド | ２種の撥水性を持つ燃料電池用カソード電極及びその製造方法、並びにそれを含む膜電極接合体及び燃料電池 |
| US8460836B2 (en) | 2007-10-16 | 2013-06-11 | Lg Chem, Ltd. | Cathode for fuel cell |
| JP2009117130A (ja) * | 2007-11-05 | 2009-05-28 | Nippon Soken Inc | 燃料電池 |
| WO2009078302A1 (ja) * | 2007-12-17 | 2009-06-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 燃料電池 |
| JP2011505677A (ja) * | 2007-12-28 | 2011-02-24 | エルジー・ケム・リミテッド | ２種の親水性を持つ燃料電池用電極及びその製造方法、並びにそれを含む膜電極接合体及び燃料電池 |
| JP2013093284A (ja) * | 2011-10-27 | 2013-05-16 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20020192530A1 (en) | 2002-12-19 |
| JP4233208B2 (ja) | 2009-03-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4233208B2 (ja) | 燃料電池 | |
| EP1063717B1 (en) | Stable and high-performance fuel cell | |
| KR100513183B1 (ko) | 연료 전지 | |
| US7943258B2 (en) | Alkaline membrane fuel cells and apparatus and methods for supplying water thereto | |
| JP2842150B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
| JP3929146B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池システム | |
| WO2002073721A1 (en) | Gas diffusion electrode and fuel cell using this | |
| KR20160008205A (ko) | 자가 습윤 막 전극 유닛 및 상기 유닛을 포함하는 연료 전지 | |
| JP4956870B2 (ja) | 燃料電池および燃料電池の製造方法 | |
| JP7304524B2 (ja) | 燃料電池のカソード触媒層および燃料電池 | |
| JP3459615B2 (ja) | 燃料電池用電極及び燃料電池 | |
| WO2007123066A1 (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
| JP2001006708A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
| JP3813406B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP3354550B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池および固体高分子型燃料電池スタック | |
| JP2002164057A (ja) | 固体高分子型燃料電池とその製造方法 | |
| US20160172692A1 (en) | Diffusion medium for use in fuel cell, fuel cell and method of making the diffusion medium | |
| JP2001102059A (ja) | 固体高分子型燃料電池システム | |
| JP4880131B2 (ja) | ガス拡散電極およびこれを用いた燃料電池 | |
| JP2009043688A (ja) | 燃料電池 | |
| JP2009129599A (ja) | 膜電極積層体および膜電極積層体を備える燃料電池 | |
| JP2000251901A (ja) | 燃料電池用セル及びこれを用いた燃料電池 | |
| JP2001338656A (ja) | 燃料電池 | |
| JP2003142121A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
| JP2018181570A (ja) | 固体高分子形燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041206 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080701 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080806 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080909 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081008 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081111 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081209 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 3 |
|
| S201 | Request for registration of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314201 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131219 Year of fee payment: 5 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314531 |
|
| S804 | Written request for registration of cancellation of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314805 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314531 |
|
| S804 | Written request for registration of cancellation of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314805 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |