JP2017037745A - 電池用ガス拡散層、電池部材、膜−電極接合体、燃料電池、及び電池用ガス拡散層の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス流路が形成され、かつ、ガス拡散性が良好であり、触媒層側の表面が平滑な電池用ガス拡散層を提供する。
【解決手段】第１導電性多孔質層１１と、第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ上に部分的に設けられた第２導電性多孔質層１２と、を備え、第１導電性多孔質層１１は、導電性炭素材料及び高分子重合体を含み、第２導電性多孔質層１２が設けられた一方面１１ａと反対側の面１１ｂの表面粗さが５．０μｍ以下である、電池用ガス拡散層１。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池用ガス拡散層、電池部材、膜−電極接合体、燃料電池、及び電池用ガス拡散層の製造方法に関する。

燃料電池は、電解質の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電池であり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。その中でも特に固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等として実用化されている。

固体高分子形燃料電池は、ガス拡散層、触媒層、電解質膜、触媒層及びガス拡散層がこの順に積層された膜−電極接合体と、この膜−電極接合体の両面に配置されたセパレータとから主に構成されている。膜−電極接合体のガス拡散層のそれぞれに燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するために、一般的な固体高分子形燃料電池では、セパレータにガス流路が設けられている。

これに対し、ガス流路をセパレータではなくガス拡散層に設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。ガス拡散層は多孔質部材で構成されるため、セパレータよりもガス流路を形成しやすい。そのため、セパレータにガス流路を設ける場合に比べ、コストを低減することができる。

特許文献１には、セパレータとガス拡散層との間にパターン状に裁断されたカーボンペーパーを配置することにより、ガス拡散層にガス流路を設ける技術が開示されている。

また、特許文献２に開示されている、ガス拡散層にガス流路を形成する工程を図１４に示す。図１４（ａ）に示すように、多孔質部材１５ａと第２拡散層１６を積層して、突起部３１ａを有する金型３１と平板の金型３２との間に配置し、その後図１４（ｂ）に示すように、金型３１，３２を型閉じする。これにより、ガス流路が形成された第１拡散層１５と第２拡散層１６とを有する２層構造のガス拡散層が製造される。

特開２０００−１２３８５０ 国際公開第２０１１／０３０４８９号

特許文献１のガス拡散層では、ガス拡散層の触媒層側の平滑性が考慮されておらず、触媒層との接触抵抗が高いという問題がある。

また、特許文献２の図１４（ｂ）に示されるガス拡散層では、金型３１の突起部３１ａに押圧された部分（例えば、四角枠で示す部分）を圧縮してガス流路を形成しているため、当該部分の孔が潰れてしまう。そのため、均一なガス拡散性が得られないという問題がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、ガス流路が形成され、かつ、ガス拡散性が良好であり、触媒層側の表面が平滑な電池用ガス拡散層の提供を目的とする。

本発明に係る電池用ガス拡散層は、第１導電性多孔質層と、前記第１導電性多孔質層の一方面上に部分的に設けられた第２導電性多孔質層と、を備え、前記第１導電性多孔質層は、導電性炭素材料及び高分子重合体を含み、前記第２導電性多孔質層が設けられた前記一方面と反対側の面の表面粗さが５．０μｍ以下である。

本発明に係る電池用ガス拡散層では、第１導電性多孔質層の一方面上に部分的に設けられた第２導電性多孔質層によって、ガス流路が形成される。また、第２導電性多孔質層を第１導電性多孔質層の一方面上に形成する方法として、第２導電性多孔質層用組成物を塗布して乾燥する方法、及び第２導電性多孔質層を転写する方法が挙げられるが、いずれの場合も、第２導電性多孔質層を形成する際に、第１導電性多孔質層の一方面の第２導電性多孔質層が形成されない部分には、殆ど圧力が作用しない。つまり、第１導電性多孔質層のガス流路に面する部分では、孔の破壊は抑制される。そのため、従来技術の方法のようにガス流路となる部分を圧縮して形成する場合に比べると、電池用ガス拡散層の孔の破壊を抑制することができ、電池用ガス拡散層のガス拡散性を良好にすることができる。さらに、第１導電性多孔質層は、一方面と反対側の面の表面粗さが５．０μｍ以下であるため、触媒層側の表面が平滑である。このように、本発明に係る電池用ガス拡散層は、ガス流路が形成され、かつ、ガス拡散性が良好であり、触媒層側の表面が平滑である。

上記電池用ガス拡散層では、前記第１導電性多孔質層は、前記一方面における高分子重合体量の割合よりも、前記一方面と反対側の面における高分子重合体量の割合が大きいことが好ましい。

上記電池用ガス拡散層では、前記第２導電性多孔質層の気孔率は、前記第１導電性多孔質層の気孔率以上であることが好ましい。

本発明に係る電池部材は、本発明に係る電池用ガス拡散層と、前記第２導電性多孔質層上に積層されたセパレータと、を備える。

本発明に係る膜−電極接合体は、触媒層、電解質膜及び触媒層が順次積層された触媒層−電解質膜積層体と、前記触媒層−電解質膜積層体の両面に積層された一対の電池用ガス拡散層と、を備え、前記一対の電池用ガス拡散層の少なくとも一方は、本発明に係る電池用ガス拡散層であり、前記第１導電性多孔質層の前記一方面と反対側の面が前記触媒層に接している。

本発明に係る燃料電池は、本発明に係る膜−電極接合体と、前記触媒層−電解質膜積層体の両面に積層されたセパレータと、を備える。

本発明に係る電池用ガス拡散層の製造方法は、導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤を含む第１導電性多孔質層用組成物を、第１基材上に塗布する第１塗布工程と、前記第１導電性多孔質層用組成物を乾燥させて、前記第１基材上に第１導電性多孔質層を形成する第１乾燥工程と、前記第１導電性多孔質層上に部分的に第２導電性多孔質層を設けて、電池用ガス拡散層を形成する電池用ガス拡散層形成工程と、を備える。

上記前記電池用ガス拡散層の製造方法は、電池用ガス拡散層から前記第１基材を剥離する剥離工程をさらに備えることが好ましい。

本発明によって、ガス流路が形成され、かつ、ガス拡散性が良好であり、触媒層側の表面が平滑な電池用ガス拡散層を提供することができる。

（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施形態に係る電池用ガス拡散層の平面図及び断面図である。 変形例に係る電池用ガス拡散層の平面図である。 本発明の一実施形態に係る電池部材の断面図である。 変形例に係る電池部材の断面図である。 他の変形例に係る電池部材の断面図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、他の変形例に係る電池用ガス拡散層の平面図及び断面図である。 本発明の一実施形態に係る膜−電極接合体の断面図である。 本発明の一実施形態に係る燃料電池の断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、電池用ガス拡散層の製造方法の第１の具体例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、電池用ガス拡散層の製造方法の第２の具体例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、電池用ガス拡散層の製造方法の第３の具体例を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、電池用ガス拡散層の製造方法の第４の具体例を示す断面図及び平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、電池用ガス拡散層の製造方法の第４の具体例を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来の電池用ガス拡散層の製造方法を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

（電池用ガス拡散層）
図１（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施形態に係る電池用ガス拡散層１の平面図及び断面図である。電池用ガス拡散層１は、第１導電性多孔質層１１と、第２導電性多孔質層１２と、を備える。

第１導電性多孔質層１１の形状は特に限定されないが、本実施形態では矩形平板状である。第１導電性多孔質層１１の厚さは、例えば１０μｍ〜３００μｍである。なお、第１導電性多孔質層１１の厚さが３００μｍよりも大きい場合、ガス拡散特性や水管理特性を損なうおそれがある。また、第１導電性多孔質層１１の厚さが１０μｍよりも小さい場合、電池用ガス拡散層としての強度が不足し、ハンドリング性を損なうおそれがある。

第１導電性多孔質層１１は、導電性炭素材料及び高分子重合体を含む。第１導電性多孔質層１１は、導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤を含む第１導電性多孔質層用組成物を離型基材上に塗布し、乾燥させることにより形成される。これにより、第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａと反対側の面（以下、他方面と称することもある）１１ｂの表面粗さを、５．０μｍ以下と小さくすることができる。この表面粗さは、例えばカーボンペーパーの表面粗さよりも小さいものである。第１導電性多孔質層１１は、他方面１１ｂが膜−電極接合体を製造する場合に触媒層と接する面（触媒層側の表面）であるため、平滑となっている。

なお、他方面１１ｂの表面粗さが５．０μｍよりも大きい場合、触媒層との接触抵抗が高くなる。また、他方面１１ｂの表面粗さの下限値は特に限定されないが、例えば１．０μｍである。

また、本実施形態では、第１導電性多孔質層１１は、一方面１１ａにおける高分子重合体量の割合よりも、一方面１１ａと反対側の他方面１１ｂにおける高分子重合体量の割合が大きい。すなわち、第１導電性多孔質層１１の高分子重合体は、他方面１１ｂ側に偏析している。これにより、第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ側は、他方面１１ｂ側よりも高分子重合体の量が少なくなるので、後述するように、第２導電性多孔質層１２を一方面１１ａ上に形成した際に、第１導電性多孔質層１１の孔が多少破壊されても、第１導電性多孔質層１１のガス拡散性を十分に確保することができる。

なお、高分子重合体の割合は、高分子重合体に含まれる特徴的な元素と炭素との比を求めることにより、比較することができる。例えば、第１導電性多孔質層１１が導電性炭素材料と高分子重合体としてポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂とからなる場合、フッ素系樹脂に特徴的な元素であるフッ素と炭素との比を求めることにより、高分子重合体の割合を比較することができる。

また、第１導電性多孔質層１１が複数種類の高分子重合体を含む場合、本実施形態では、そのうち少なくとも１種の高分子重合体が、一方面１１ａよりも他方面１１ｂに密に存在することが好ましい。第１導電性多孔質層１１の高分子重合体成分の分布状態は、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析で各層の両表面を分析することにより確認する。

なお、第１導電性多孔質層１１の高分子重合体は、必ずしも他方面１１ｂ側に偏析していなくてもよい。

第２導電性多孔質層１２は、第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ上に部分的に設けられている。本実施形態では、複数の帯状の導電性多孔質部材１２Ａが、図１（ａ）に示すように、互いに平行に第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ上を一方の端縁から他方の端縁まで延びることで、ストライプ状（縞模様）の第２導電性多孔質層１２が第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ上に部分的に設けられている。これにより、隣り合う導電性多孔質部材１２Ａの間にガス流路Ｐ１が形成されている。

ガス流路Ｐ１は、水素や空気等を流し、燃料電池の反応によって発生する水を電池外部へと排出するためのものであれば、幅、深さ、形状等は特に制限されず、目的に応じて適宜選択される。ガス流路Ｐ１の幅は、例えば５０μｍ〜３０００μｍであり、ガス流路Ｐ１の深さ（すなわち第２導電性多孔質層１２の厚さ）は、例えば１０μｍ〜３００μｍである。

なお、ガス流路Ｐ１の幅又は深さが上記範囲の下限よりも小さい場合、フラッディングが発生しやすい。また、ガス流路Ｐ１の幅又は深さが上記範囲の上限よりも大きい場合、導電性多孔質層と触媒層との接触が悪くなるおそれがある。

なお、本実施形態では、第２導電性多孔質層１２がストライプ状に形成されることで、第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ上に部分的に設けられているが、第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ上にガス流路が形成されれば、第２導電性多孔質層１２の形状は特に限定されない。例えば、図２に示すように、２つの櫛歯形状の導電性多孔質部材１２Ｂを、一方の導電性多孔質部材１２Ｂの歯部が他方の導電性多孔質部材１２Ｂの歯部の間に位置するように、第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ上に設けることで、第２導電性多孔質層１２を形成してもよい。この場合には、蛇行する１つのガス流路Ｐ１が第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ上に形成される。また、第２導電性多孔質層１２は、本実施形態に示されるように複数の導電性多孔質部材で形成されてもよいが、第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ上にガス流路を形成できれば、１つの導電性多孔質部材で形成されていてもよい。

第２導電性多孔質層１２を第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ上に形成する方法としては、第２導電性多孔質層用組成物を塗布して乾燥する方法、及び、第２導電性多孔質層１２を転写する方法を挙げることができる。いずれの場合も、第２導電性多孔質層１２を形成する際に、第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａの第２導電性多孔質層１２が形成されない部分には、殆ど圧力が作用しない。つまり、第１導電性多孔質層１１のガス流路Ｐ１に面する部分では、孔の破壊は抑制される。そのため、従来技術の方法のようにガス流路となる部分を圧縮して形成する場合に比べると、電池用ガス拡散層１の孔の破壊を抑制することができる。よって、電池用ガス拡散層１のガス拡散性を良好にすることができる。

第２導電性多孔質層１２の気孔率は、特に限定されるものではないが、第１導電性多孔質層１１の気孔率以上であることが好ましい。これにより、ガス流路Ｐ１を通過するガスが第２導電性多孔質層１２から第１導電性多孔質層１１の内部に入り込みやすくなるので、電池用ガス拡散層１のガス拡散性をさらに高めることができる。

なお、気孔率は、水銀圧入式細孔分布測定装置（ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ Ａｕｔｏｐｏｒｅ ＩＶ ｍｅｒｃｕｒｙ ｐｏｒｏｓｉｍｅｔｅｒ：（株）島津製作所製）により測定できる。また、第１導電性多孔質層１１及び第２導電性多孔質層１２の気孔率は、５０％〜８５％が好ましく、６０％〜８０％がより好ましい。また、第１導電性多孔質層１１の気孔率と第２導電性多孔質層１２の気孔率との差は、５％〜３５％が好ましく、１０％〜３０％がより好ましい。

続いて、第１導電性多孔質層１１及び第２導電性多孔質層１２の材料について、より詳細に説明する。

第１導電性多孔質層１１は、上述のように、導電性炭素材料及び高分子重合体を含む。また、本実施形態では、第２導電性多孔質層１２も、導電性炭素材料及び高分子重合体を含むことが好ましい。この場合、第２導電性多孔質層１２は、導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤を含む第２導電性多孔質層用組成物を離型基材（後述する第２基材）又は第１導電性多孔質層１１上に塗布し、乾燥させることにより形成される。第２導電性多孔質層用組成物を離型基材に塗布して乾燥させることにより第２導電性多孔質層１２を形成した場合、第２導電性多孔質層１２の離型基材に接する側の面の表面粗さは、５．０μｍ以下となる。また、第２導電性多孔質層１２の高分子重合体は、離型基材に接する側の面に偏析していることが好ましい。すなわち、第２導電性多孔質層１２は、離型基材に接する側と反対側の面における高分子重合体量の割合よりも離型基材に接する側の面における高分子重合体量の割合が大きいことが好ましい。

第１導電性多孔質層１１及び第２導電性多孔質層１２の導電性炭素材料としては、例えば、導電性炭素粒子、導電性炭素繊維等が挙げられる。

導電性炭素粒子は、導電性を有する炭素材であれば特に限定されず、公知又は市販の材料を広く使用できる。例えば、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック等のカーボンブラック；黒鉛；活性炭等を１種又は２種以上で用いることができる。

導電性炭素粒子の平均粒子径（算術平均粒子径）は、カーボンブラックの場合は通常５ｎｍ〜２００ｎｍ程度が好ましく、２０ｎｍ〜８０ｎｍ程度がより好ましく、黒鉛、活性炭の場合は１μｍ〜１００μｍ程度が好ましく、３μｍ〜５０μｍ程度がより好ましい。この導電性炭素粒子の平均粒子径は、粒子径分布測定装置等により測定する。

導電性炭素繊維としては、例えば、気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ（登録商標））、カーボンナノチューブ、カーボンナノカップ、カーボンナノウォール等が挙げられる。その他、比較的大きな平均繊維径を有する導電性炭素繊維として、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等も使用できる。これらの導電性炭素繊維は、１種又は２種以上を使用することができる。気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォールの平均繊維径は、５０ｎｍ〜４００ｎｍが好ましく、１００ｎｍ〜２５０ｎｍ程度がより好ましい。平均繊維長は、５μｍ〜５０μｍ程度が好ましく、１０μｍ〜２０μｍ程度がより好ましい。平均アスペクト比は、およそ１０〜５００程度が好ましい。ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維の平均繊維径は、３μｍ〜３０μｍが好ましく、５μｍ〜２０μｍ程度がより好ましい。平均繊維長は、３０μｍ〜１０００μｍ程度が好ましく、１００μｍ〜３００μｍ程度がより好ましい。平均アスペクト比は、およそ５〜５０程度が好ましい。なお、導電性炭素繊維の繊維径、繊維長及びアスペクト比は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等により測定した画像等により測定する。

高分子重合体としては、公知の材料を使用することができる。具体的には、ポリ酢酸ビニル樹脂、スチレン−アクリル共重合樹脂、スチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、アクリル・ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、等が挙げられる。また、酸変性ポリオレフィン樹脂、塩素化ポリオレフィン樹脂等の変性ポリオレフィン樹脂等も使用することができる。これらの高分子重合体は、単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせてもよい。これらのうち、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂等の接着樹脂を使用し、隣接する部材との接着性をさらに向上させることも可能である。

また、第１導電性多孔質層１１及び第２導電性多孔質層１２へ撥水性を付与するため、フッ素樹脂等の撥水性樹脂を使用することも可能である。フッ素樹脂は、フッ素を含有し、重量平均分子量が１０万〜１０００万程度のポリマーであれば特に限定されない。フッ素樹脂としては、公知又は市販のものを使用できる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、パーフルオロアルコキシ樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等が挙げられる。

第１導電性多孔質層１１及び第２導電性多孔質層１２において、上記各成分の配合割合は、例えば、導電性炭素材料１００質量部に対して、高分子重合体５質量部〜２００質量部が好ましく、４０質量部〜１００質量部がより好ましい。

なお、第２導電性多孔質層１２は、導電性炭素材料及び高分子重合体を含む部材ではなく、導電性多孔質基材であってもよい。導電性多孔質基材としては、導電性を有し、多孔質なものである限り特に限定されず、公知又は市販の材料を使用することができる。例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルト等が挙げられる。

第２導電性多孔質層１２は、酸化剤ガスを良好に拡散させるために、金属メッシュ、金属発泡体等からなる多孔質金属体であってもよい。多孔質金属体を用いることにより、導電性が一段と向上する。多孔質金属体に用いる金属としては、ニッケル、パラジウム、銀、ステンレススチール等を用いることができる。また、耐食性及び導電性を向上するために、上記金属メッシュ及び金属発泡体表面にめっき処理を行ってもよい。めっきの材質は、特に制限されず、白金、ルテニウム、ロジウム、タングステン、タンタル、金等の金属又はこれらの合金；カーボン；エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の耐食性樹脂とカーボンとの複合体等が挙げられる。これらの中でも、高耐食性の観点から、金が好ましい。

第２導電性多孔質層１２は、予め撥水処理が施された基材であることが好ましい。これにより、さらに一段と、第２導電性多孔質層１２の撥水性を向上させることができる。

撥水処理としては、例えば、第２導電性多孔質層１２をフッ素系樹脂等が分散した水分散体中に浸漬する方法等が挙げられる。フッ素系樹脂としては、上述した樹脂等が挙げられる。なお、この際には、水中にフッ素系樹脂を分散させるために、上述した分散剤を用い、フッ素系樹脂及び水系分散剤を含む水系懸濁液を使用することが好ましい。

水分散体中のフッ素系樹脂の含有量は、例えば、水１００質量部に対して、１質量部〜３０質量部程度が好ましく、２質量部〜２０質量部程度がより好ましい。

以上のように、本実施形態に係る電池用ガス拡散層１では、第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ上に部分的に設けられた第２導電性多孔質層１２によって、ガス流路Ｐ１が形成される。また、第２導電性多孔質層１２を第１導電性多孔質層１１の一方面上に形成する方法として、第２導電性多孔質層用組成物を塗布して乾燥する方法、及び第２導電性多孔質層１２を転写する方法が挙げられるが、いずれの場合も、第２導電性多孔質層１２を形成する際に第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａの第２導電性多孔質層１２が形成されない部分には、殆ど圧力が作用しない。つまり、第１導電性多孔質層１１のガス流路Ｐ１に面する部分では、孔の破壊は抑制される。そのため、従来技術の方法のようにガス流路となる部分を圧縮して形成する場合に比べると、電池用ガス拡散層１の孔の破壊を抑制することができ、電池用ガス拡散層１のガス拡散性を良好にすることができる。さらに、第１導電性多孔質層１１は、一方面１１ａと反対側の面１１ｂの表面粗さが５．０μｍ以下であるため、触媒層側の表面が平滑である。よって、電池用ガス拡散層１は、ガス流路が形成され、かつ、ガス拡散性が良好であり、触媒層側の表面が平滑である。

（電池部材）
図３は、本発明の一実施形態に係る電池部材３の断面図である。電池部材３は、電池用ガス拡散層１と、第２導電性多孔質層１２上に積層されたセパレータ２と、を備える。

セパレータ２は、電池用ガス拡散層１よりも平面視の外形が一回り大きい矩形平板状の部材である。セパレータ２が第２導電性多孔質層１２上に積層されることにより、ガス流路Ｐ１の上側の開口（すなわち第１導電性多孔質層１１に対向する開口）が塞がれ、ガス流路Ｐ１を流れるガスが効率的に電池用ガス拡散層１の内部に送り込まれる。

セパレータ２としては、公知又は市販のセパレータをいずれも使用することができる。

セパレータ２の材質は、特に制限されず、目的に応じて適宜選択できる。例えば、ステンレススチール、銅、チタン、アルミニウム、ロジウム、タンタル、タングステン等の金属又はこれらの少なくとも１種を含む合金；グラファイト；樹脂にカーボンを練りこんだカーボンコンパウンド等が挙げられる。これらの中でも、強度、電池（燃料電池、金属空気電池等）の薄型化及び導電性等の観点から、上記金属又はこれらの少なくとも１種を含む合金が好ましく、チタン及びステンレススチールがより好ましい。

また、耐食性及び導電性を向上させるために、上記セパレータ２表面にめっき処理を行ってもよい。めっきの材質は、例えば、白金、ルテニウム、ロジウム、タングステン、タンタル、金等の金属又はこれらの合金；カーボン；エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の耐食性樹脂とカーボンとの複合体等が挙げられる。これらの中でも、高耐食性の観点から、金が好ましい。

セパレータ２としては、図４に示すように、それ自体にガス流路（リブ）が形成されている流路有セパレータであってもよく、図３に示すように、それ自体にはガス流路が形成されていない流路無セパレータであってもよい。また、ガス流路の役割をする多孔体を隣接させたセパレータであってもよい。また、それ自体に多孔体領域を有するセパレータであってもよい。セパレータ２自体にはガス流路が形成されていない流路無セパレータの場合、ガス流路の役割をする多孔体との組み合わせや、それ自体に多孔体領域を有するセパレータであることが好ましい。また、セパレータ２自体にはガス流路が形成されておらず、それ自体に多孔体領域を有し、さらに多孔体と組み合わせてもよい。

ガス流路（リブ）が形成されている流路有セパレータにおいて、ガス流路は燃料電池の燃料である水素、空気等を流し、燃料電池の反応によって発生する水を電池外部へと排出するためのものであれば、流路の幅、深さ、形状等は特に制限されず、目的に応じて適宜選択される。通常は、幅０．０５ｍｍ〜２ｍｍ（好ましくは０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍ）であり、深さ０．０５ｍｍ〜２ｍｍ（好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍ）である。

ガス流路（リブ）が形成されている流路有セパレータにおいて、ガス流路は燃料電池の燃料である水素、空気等を流し、燃料電池の反応によって発生する水を電池外部へと排出するためのものであれば、流路の幅、深さ、形状等は特に制限されず、目的に応じて適宜選択される。通常は、幅０．０５ｍｍ〜２ｍｍ（好ましくは０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍ）であり、深さ０．０５ｍｍ〜２ｍｍ（好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍ）である。

前記ガス流路表面は、凹凸を有していてもよいし、平坦であってもよいが、撥水性向上の観点から、ガス流路表面は凹凸を有していることが好ましい。
撥水性向上の観点から、セパレータ３１の一部又は全部に撥水層が形成されていることが好ましい。前記撥水層としては、例えば、硫黄及びその化合物の少なくとも１種からなるものが挙げられる。

ガス流路の役割をする多孔体を隣接させたセパレータにおいて、多孔体の材質としては、例えば、ニッケル、パラジウム、銀、ステンレスチール等を用いることができる。また、耐食性及び導電性を向上するために、上記多孔体表面にめっき処理を行ってもよい。めっきの材質は、特に制限されず、白金、ルテニウム、ロジウム、タングステン、タンタル、金等の金属又はこれらの合金；カーボン；エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の耐食性樹脂とカーボンとの複合体等が挙げられる。これらの中でも、高耐食性の観点から、金が好ましい。

多孔体領域を有するセパレータとしては、当該多孔体領域が上記ガス流路となり得る構造を有するセパレータであれば特に制限はない。

また、セパレータ２は、セパレータを構成する金属板の少なくとも片面に、好ましくは金属板の両面に、より好ましくは金属板の全表面にリン含有層が形成されている。リン含有層は、固体高分子電解質のスーパアシッド（超酸）による腐食から、金属板の表面を保護することができる。

リン含有層を構成する物質は、金属板の種類、リン含有層形成の際に使用されるリン化合物の種類等により異なる。

リン含有層を形成の際に使用されるリン化合物としては、公知の無機リン化合物を広く使用でき、例えばリン酸、ポリリン酸等の縮合リン酸及びこれらの塩等が挙げられる。ここで塩としては、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、アンモニウム塩が挙げられる。

（電池部材及び電池用ガス拡散層の変形例）
燃料電池では、発電時に発生した水が電池用ガス拡散層からガス流路を通って排出される。以下では、排出特性を向上させた変形例について説明する。

図４は、電池部材３の変形例を示す断面図である。図４では、セパレータ２の第２導電性多孔質層１２側の面を凹ませることで、ガス流路Ｐ２が形成されている。本変形例では、ガス流路Ｐ２の平面視の形状は電池用ガス拡散層１のガス流路Ｐ１と実質的に同一であり、ガス流路Ｐ１とガス流路Ｐ２とが重なり合っている。これにより、ガス流路Ｐ１の断面積が大きくなるので、ガス流路Ｐ１の排水特性が向上する。

図５は、電池部材３の他の変形例を示す断面図である。図５では、電池用ガス拡散層１の第２導電性多孔質層１２（図示例では各導電性多孔質部材１２Ａ）が、第１層１２ａ、第２層１２ｂ及び第３層１２ｃを備える。第１層１２ａ、第２層１２ｂ及び第３層１２ｃは、第１導電性多孔質層１１からセパレータ２に向かってこの順に積層されており、第１層１２ａ、第２層１２ｂ、第３層１２ｃの順に幅が小さく形成されている。すなわち、ガス流路Ｐ１は、セパレータ２に近い部分ほど幅が狭くなる。これにより、ガス流路Ｐ１の断面積が大きくなるので、ガス流路Ｐ１の排水特性が向上する。

また、第１層１２ａ、第２層１２ｂ、第３層１２ｃの順に、撥水性及び／又は気孔率が高くなるようにしてもよい。このような構成にすることによって、フラッディングを防止する効果がある。なおこの場合、ガス流路Ｐ１は、幅が深さ方向に一定であってもよい。

図６（ａ）及び（ｂ）は、電池用ガス拡散層１の変形例を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。図６（ａ）では、上側がガスの上流側であり下側がガスの下流側であり、左下側がガスの排出口に近い部分である。本変形例では、図６（ｂ）に示すように、第２導電性多孔質層１２（図示例では各導電性多孔質部材１２Ａ）が、第１層１２ａ及び第２層１２ｂを備える。第１層１２ａ及び第２層１２ｂは、大部分において幅が等しいが、最も左側の列のガス流路Ｐ１を形成する第１層１２ａ及び第２層１２ｂについては、第２層１２ｂの一部の幅が第１層１２ａよりも小さくなっている。これにより、ガス流路Ｐ１の一部の断面積が大きくなるので、排出特性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、最も左側のガス流路Ｐ１を形成する第２層導電性多孔質層１２ｂの一部の幅を小さくしたが、排出口に近い部分のガス流路Ｐ１の断面積を大きくする態様であれば、最も左側以外のガス流路Ｐ１を形成する第２導電性多孔質層１２ｂの一部の幅を小さくしてもよい。

（膜−電極接合体）
図７は、本発明の一実施形態に係る膜−電極接合体７の断面図である。膜−電極接合体７は、触媒層４、電解質膜５及び触媒層４が順次積層された触媒層−電解質膜積層体６と、触媒層−電解質膜積層体６の両面に積層された一対の電池用ガス拡散層１と、を備える。電池用ガス拡散層１は、第１導電性多孔質層１１の他方面１１ｂが触媒層４と接するように、触媒層−電解質膜積層体６の両面に積層される。

上述のように、第１導電性多孔質層１１の他方面１１ｂは、表面粗さがカーボンペーパーよりも小さいので、触媒層４と良好に接触する。また、電池用ガス拡散層１はガス拡散性が良好であるので、発電性能の高い膜−電極接合体７を実現することができる。

なお、本実施形態では、触媒層−電解質膜積層体６の両面に本実施形態に係る電池用ガス拡散層１を積層したが、触媒層−電解質膜積層体６の少なくとも一方面に電池用ガス拡散層１を積層してもよい。すなわち、触媒層−電解質膜積層体６の一方面に電池用ガス拡散層１を積層し、触媒層−電解質膜積層体６の他方面に公知の電池用ガス拡散層を積層してもよい。

触媒層４は、触媒を含有していればよく、例えば、炭素粒子に触媒粒子を担持させたものを用いてもよい。さらに触媒層４は、触媒の他に高分子重合体を含有してもよい。

触媒としては、例えば、白金や白金合金等が挙げられる。白金合金としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄、コバルト等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と、白金との合金等が挙げられる。なお、通常は、触媒層に含まれる触媒は白金である。

炭素粒子は、導電性を有しているものであればよく、公知又は市販のものを広く使用できる。例えば、カーボンブラックや、黒鉛、活性炭等を１種又は２種以上で用いることができる。カーボンブラックの例としては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック等を挙げることができる。炭素粒子の算術平均粒子径は、カーボンブラックの場合は通常５ｎｍ〜２００ｎｍ程度、好ましくは２０ｎｍ〜８０ｎｍ程度であり、黒鉛、活性炭の場合は１μｍ〜１００μｍ程度、好ましくは３μｍ〜５０μｍ程度である。この炭素粒子の平均粒子径は、粒子径分布測定装置等により測定する。

高分子重合体としては、公知の材料を使用できる。具体的には、イオン伝導性高分子、ポリ酢酸ビニル樹脂、スチレン−アクリル共重合樹脂、スチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、アクリル・ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。これらの高分子重合体は、単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせてもよい。

また、イオン伝導性高分子としては、例えば、フッ素系イオン伝導性高分子、より具体的には、パーフルオロカーボンスルホン酸（ＰＦＳ）ポリマー等が挙げられる。電気陰性度の高いフッ素原子を導入することで、化学的に非常に安定し、スルホン酸基の解離度が高く、高いイオン伝導性が実現できる。このようなイオン伝導性高分子電解質の具体例としては、デュポン社製の「Ｎａｆｉｏｎ」（登録商標）、旭硝子（株）製の「Ｆｌｅｍｉｏｎ」（登録商標）、等が挙げられる。イオン伝導性高分子電解質含有溶液中に含まれるイオン伝導性高分子電解質の濃度は、通常５質量％〜６０質量％程度、好ましくは２０質量％〜４０質量％程度である。

触媒層４の厚みは、例えば、通常１μｍ〜１００μｍ程度が好ましく、２μｍ〜５０μｍ程度がより好ましい。

なお、触媒層４には、撥水剤として、フッ素樹脂等の他、非ポリマー系フッ素材料であるフッ化ピッチ、フッ化カーボン、フッ化黒鉛等を添加することもできる。

電解質膜５は、水素イオン伝導性や水酸化物イオン伝導性の電解質膜であればよく、水素イオン伝導性電解質膜や水酸化物イオン伝導性電解質膜等の公知又は市販の電解質膜を使用できる。水素イオン伝導性電解質膜の具体例としては、例えば、デュポン社製の「Ｎａｆｉｏｎ」（登録商標）膜、旭硝子（株）製の「Ｆｌｅｍｉｏｎ」（登録商標）膜、旭化成（株）製の「Ａｃｉｐｌｅｘ」（登録商標）膜、ゴア（Ｇｏｒｅ）社製の「Ｇｏｒｅ Ｓｅｌｅｃｔ」（登録商標）膜等が挙げられる。また、水酸化物イオン伝導性電解質膜の具体例としては、炭化水素系の電解質膜として、旭化成（株）製の「Ａｃｉｐｌｅｘ」（登録商標）Ａ−２０１，２１１，２２１等、トクヤマ（株）製のネオセプタ（登録商標）ＡＭ−１、ＡＨＡ等を挙げることができ、フッ素樹脂系の電解質膜として、東ソー（株）製のトスフレックス（登録商標）ＩＥ−ＳＦ３４，ＦｕＭＡ−Ｔｅｃｈ社製のｆｕｍａｐｅｍ（登録商標）ＦＡＡ等を挙げることができる。

電解質膜５の膜厚は、通常１５μｍ〜２５０μｍ程度が好ましく、２０μｍ〜１５０μｍ程度がより好ましい。

なお、電解質膜５の平面視の大きさは、触媒層４と同一であってもよいし、触媒層４よりも一回り大きくてもよい。

（燃料電池）
図８は、本発明の一実施形態に係る燃料電池９の断面図である。燃料電池９は、図７に示す膜−電極接合体７と、触媒層−電解質膜積層体６の両面に積層されたセパレータ２と、を備える。セパレータ２は、図３に示すものと同一であり、電池用ガス拡散層１の第２導電性多孔質層１２上に積層される。

また、燃料電池９はガスケット８をさらに備えることが好ましい。ガスケット８は、電池用ガス拡散層１及び触媒層４の周囲を囲むように設置される。これにより、電池用ガス拡散層１及び触媒層４を通過するガスが外部に漏れることを防止できる。ガスケット８としては、ガスバリア性を有しているものを使用することができ、例えば、ポリエチレンテレフタレートシートやテフロン（登録商標）シート、シリコンゴムシート等を例示することができる。

さらに、燃料電池９は補強膜（図示せず）をさらに備えてもよい。補強膜は、例えば、電解質膜５の触媒層４が形成されていない外周縁部上に配置され、この場合、補強膜上にガスケット８が配置される。補強膜によって電解質膜５の膨張・収縮が抑制されるので、電解質膜５の破損を防止することができる。

（電池用ガス拡散層の製造方法）
続いて、本実施形態に係る電池用ガス拡散層の製造方法について説明する。

本実施形態に係る電池用ガス拡散層の製造方法は、導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤を含む第１導電性多孔質層用組成物を、第１基材上に塗布する第１塗布工程と、前記第１導電性多孔質層用組成物を乾燥させて、前記第１基材上に第１導電性多孔質層を形成する第１乾燥工程と、前記第１導電性多孔質層上に部分的に第２導電性多孔質層を設けて、電池用ガス拡散層を形成する電池用ガス拡散層形成工程と、を備える。また、本実施形態に係る電池用ガス拡散層の製造方法は、前記電池用ガス拡散層から前記第１基材を剥離する剥離工程をさらに備える。

（第１の具体例）
本実施形態に係る電池用ガス拡散層の製造方法の第１の具体例について説明する。第１の具体例に係る製造方法は、上述の第１塗布工程と、第１乾燥工程と、電池用ガス拡散層形成工程と、を備え、前記電池用ガス拡散層形成工程は、導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤を含む第２導電性多孔質層用組成物を前記第１導電性多孔質層上に部分的に塗布する第２塗布工程と、前記第２導電性多孔質層用組成物を乾燥させて前記第２導電性多孔質層を形成する第２乾燥工程と、を備える。

図面を参照して説明すると、まず、図９（ａ）に示すように、第１導電性多孔質層用組成物１１１を第１基材２１上に塗布する。第１基材２１の塗布面は平滑であることが好ましい。

第１導電性多孔質層用組成物１１１は、導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤を含む。第１導電性多孔質層用組成物１１１に含まれる導電性炭素材料及び高分子重合体は、上述した電池用ガス拡散層１の第１導電性多孔質層１１に含まれるものと同一である。第１導電性多孔質層用組成物１１１に含まれる溶剤は、特に限定されるものではなく、例えば、水の他、公知又は市販のアルコール類、ケトン類、芳香族炭化水素類、エステル類、他の有機溶媒を使用することができ、例えば、炭素数１〜５程度の１価又は多価のアルコール類、総炭素数が３〜６程度のケトン類、炭素数が６〜１０程度の芳香族炭化水素類、総炭素数が３〜６程度のエステル類、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド等が挙げられる。具体的には、水、メタノール、エタノール、１−プロパノール、イソプロピルアルコール、１−ブタノール、１−ペンタノール；エチレングリコール；メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン；トルエン；酢酸エチル；Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド等が挙げられる。

また、第１導電性多孔質層用組成物１１１には、本発明の効果を損なわない範囲で発泡剤を含ませることができる。

発泡剤としては、特に限定されることなく、第１導電性多孔質層１１に気孔を形成することができるものであればよい。例えば、加熱により分解して発泡する加熱発泡剤が好適に使用できる。

加熱発泡剤としては８０℃以上、特に１２０〜２５０℃程度の分解温度を有する化合物が好ましい。発泡剤の発生ガス量は限定的ではなく、通常５０〜５００ｍｌ／ｇ程度、好ましくは２００〜３００ｍｌ／ｇ程度である。平均粒子径も限定的ではなく、通常１〜５０μｍ程度、好ましくは２〜５μｍ程度である。加熱発泡剤としては、上記分解温度を有する公知の有機系発泡剤、無機系発泡剤等を広く使用できる。

有機系発泡剤としては、具体的には、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、４，４’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド （ＯＢＳＨ）、ヒドラゾジカルボンアミド（ＨＤＣＡ）が挙げられる。これらの中でも低温発泡性を有するアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、４，４’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド（ＯＢＳＨ）を使用することが好ましい。有機系発泡剤を使用する場合は、発泡剤の発泡温度を低下させるために、発泡助剤として尿素系助剤を併用できる。

無機系発泡剤としては、炭酸水素ナトリウム等が挙げられる。

第１基材２１としては、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、アラミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン等の高分子フィルムを挙げることができる。また、第１基材２１として、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂フィルムを用いることができる。その他、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔等の金属箔を使用することも可能である。これらの中でも、加工適性や入手のしやすい高分子フィルムが好ましく、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレンやポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミドのフィルムなどを挙げることができる。第１基材２１の厚さは特に限定されないが、２．５μｍ〜２００μｍとすることが好ましい。また、第１基材２１の塗布面に離型層が形成されていてもよい。上記離型層は特に限定されるものではなく、シート上にプラズマ処理、シリコーンコーティング、フッ素コーティング等を行うことで得られる。

続いて、第１導電性多孔質層用組成物１１１を乾燥させて、図９（ｂ）に示すように、第１基材２１上に第１導電性多孔質層１１を形成する。

ここで、本具体例では、第１導電性多孔質層用組成物１１１に含まれる高分子重合体成分が、組成物の乾燥時に第１基材２１と接していない表面側から第１基材２１と接する表面側にかけて偏析を起こす現象を利用して、第１導電性多孔質層１１の表面に存在する高分子重合体成分の割合を調整する。そのため、使用する高分子重合体の量、ペースト組成物の粘度、高分子重合体としてエラストマーエマルジョンを用いる場合の粒径、乾燥時間、炭素材料（導電性炭素粒子、導電性炭素繊維等）の比重、炭素材料（導電性炭素粒子、導電性炭素繊維等）表面の官能基等を調節することで、高分子重合体成分の密度を第１基材２１と接する表面に高める。特に、第１導電性多孔質層用組成物１１１の粘度が低く、乾燥時間が長い程、高分子重合体の表面に存在する割合は高くなる傾向にある。

続いて、図９（ｃ）に示すように、第２導電性多孔質層用組成物１１２を第１導電性多孔質層用組成物１１１上にストライプ状に塗布する。

第２導電性多孔質層用組成物１１２は、導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤を含む。また、第２導電性多孔質層用組成物１１２に含まれる導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤の材料は、第１導電性多孔質層用組成物１１１と同様のものを用いることができる。

続いて、第２導電性多孔質層用組成物１１２を乾燥させて導電性多孔質部材１２Ａとすることで、図９（ｄ）に示すように、第１導電性多孔質層１１上に第２導電性多孔質層１２を形成する。これにより、第１基材２１上に電池用ガス拡散層１が形成される。

その後、電池用ガス拡散層１から第１基材２１を剥離することにより、図１に示す電池用ガス拡散層１が製造される。

なお、本具体例では、第２導電性多孔質層１２の高分子重合体は、第１導電性多孔質層１１に接する側の面に偏析していることが好ましい。すなわち、第２導電性多孔質層１２は、第１導電性多孔質層１１に接する側と反対側の面における高分子重合体量の割合よりも第１導電性多孔質層１１に接する側の面における高分子重合体量の割合が大きいことが好ましい。

（第２の具体例）
本実施形態に係る電池用ガス拡散層の製造方法の第２の具体例について説明する。第２の具体例に係る製造方法は、上述の第１塗布工程と、第１乾燥工程と、電池用ガス拡散層形成工程と、を備え、前記電池用ガス拡散層形成工程は、導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤を含む第２導電性多孔質層用組成物を第２基材上に部分的に塗布する第２塗布工程と、前記第２導電性多孔質層用組成物を乾燥させて、乾燥体を前記第２基材上に形成する第２乾燥工程と、前記第２基材上の前記乾燥体を前記第２導電性多孔質層として前記第１導電性多孔質層上に転写する転写工程と、を備える。

図面を参照して説明すると、第１の具体例と同様、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１導電性多孔質層用組成物１１１を第１基材２１上に塗布して乾燥させることにより、第１導電性多孔質層１１を形成する。

続いて、図１０（ａ）に示すように、導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤を含む第２導電性多孔質層用組成物１１２を第２基材２２上にストライプ状に塗布する。第２基材２２としては、第１基材２１と同じものを用いることができる。

続いて、第２導電性多孔質層用組成物１１２を乾燥させて、図１０（ｂ）に示すように、第２基材２２上に第２導電性多孔質層用組成物の乾燥体２１２を形成する。なお、図１０（ａ）及び（ｂ）に示す工程は、第１導電性多孔質層１１を形成する前に行ってもよい。

続いて、図１０（ｃ）に示すように、第１基材２１と第２基材２２とを対向させて、乾燥体２１２を第１導電性多孔質層１１に押し当てる。

そして、図１０（ｄ）に示すように、第２基材２２上の乾燥体２１２を第１導電性多孔質層１１上に転写させて導電性多孔質部材１２Ａとすることで、第１導電性多孔質層１１上に第２導電性多孔質層１２を形成する。これにより、第１基材２１と第２基材２２との間に電池用ガス拡散層１が形成される。

その後、電池用ガス拡散層１から第１基材２１及び第２基材２２を剥離することにより、図１に示す電池用ガス拡散層１が製造される。第１基材２１及び第２基材２２を剥離する順序は特に限定されない。

なお、第１導電性多孔質層１１又は乾燥体２１２上に接着層を形成して第２導電性多孔質層１２を転写することが好ましい。これにより、第２導電性多孔質層１２をさらに低い圧力で転写することができる。接着層は、公知の接着性を有する樹脂を用いることができ、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の接着樹脂を用いることができる。また、分子量が比較的小さいポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）比の高いＰＶＤＦ−ＨＦＰコポリマー、ガラス転移点（Ｔｇ）の低い樹脂等も、接着層に含ませることができる。

また、第２導電性多孔質層１２の転写時に、熱を加えることで、転写に必要な圧力を低くすることができる。この場合、転写時の温度は用いる高分子重合体に合わせて適宜選択すれば良く、８０℃〜２００℃程度であり、圧力は０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａ程度、好ましくは１ＭＰａ〜８ＭＰａである。

（第３の具体例）
本実施形態に係る電池用ガス拡散層の製造方法の第３の具体例について説明する。第３の具体例に係る製造方法は、上述の第１塗布工程と、第１乾燥工程と、電池用ガス拡散層形成工程と、を備え、前記電池用ガス拡散層形成工程は、導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤を含む第２導電性多孔質層用組成物を、第２基材上に塗布する第２塗布工程と、前記第２導電性多孔質層用組成物を乾燥させる第２乾燥工程と、前記第１基材と前記第２基材とを対向させて、前記第２基材及び前記第２導電性多孔質層用組成物の乾燥体に対し部分的に圧力をかける圧着工程と、前記第２基材及び前記乾燥体の圧力をかけられなかった部分を前記第１導電性多孔質層から分離して、前記乾燥体の圧力をかけられた部分を前記第２導電性多孔質層として前記第１導電性多孔質層上に転写する転写工程と、を備える。

図面を参照して説明すると、第１及び第２の具体例と同様、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１導電性多孔質層用組成物１１１を第１基材２１上に塗布して乾燥することにより、第１導電性多孔質層１１を形成する。

続いて、図１１（ａ）に示すように、導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤を含む第２導電性多孔質層用組成物１１２を第２基材２２上に塗布する。本具体例では、第２導電性多孔質層用組成物１１２を平面視矩形状に塗布する。

続いて、第２導電性多孔質層用組成物を乾燥させて、図１１（ｂ）に示すように、第２基材２２上に第２導電性多孔質層用組成物１１２の乾燥体２１２を形成する。なお、図１１（ａ）及び（ｂ）に示す工程は、第１導電性多孔質層１１を形成する前に行ってもよい。

続いて、図１１（ｃ）に示すように、第１基材２１と第２基材２２とを対向させて、第２基材２２及び乾燥体２１２に対し部分的に圧力をかける。本実施形態では、平面視ストライプ状の突起部２３ａを有する金型２３を、突起部２３ａが第２基材２２に接するように押し当てる。これにより、乾燥体２１２のうち、突起部２３ａによって圧力をかけられた部分のみが、第１導電性多孔質層１１に接着する。

続いて、図１１（ｄ）に示すように、第２基材２２及び乾燥体２１２の圧力をかけられなかった部分を第１導電性多孔質層１１から分離し、乾燥体２１２の圧力をかけられた部分を第１導電性多孔質層１１上に転写させて導電性多孔質部材１２Ａとすることで、第１導電性多孔質層１１上に第２導電性多孔質層１２を形成する。これにより、第１基材２１上に電池用ガス拡散層１が形成される。

その後、電池用ガス拡散層１から第１基材２１を剥離することにより、図１に示す電池用ガス拡散層１が製造される。

なお、図１１（ｃ）に示す状態から、第１基材２１を剥離し、その後、第２基材２２及び乾燥体２１２の圧力をかけられなかった部分を第１導電性多孔質層１１から分離してもよい。

本具体例において、金型２３によって乾燥体２１２に対し部分的に圧力をかけるときに（図１１（ｃ））、熱を加えることで、第２導電性多孔質層１２の転写に必要な圧力を低くすることができる。この場合、転写時の温度は用いる高分子重合体に合わせて適宜選択すれば良く、８０℃〜２００℃程度であり、圧力は０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａ程度、好ましくは１ＭＰａ〜８ＭＰａである。

（第４の具体例）
本実施形態に係る電池用ガス拡散層の製造方法の第４の具体例について説明する。第４の具体例に係る製造方法は、上述の第１塗布工程と、第１乾燥工程と、電池用ガス拡散層形成工程と、を備え、前記電池用ガス拡散層形成工程は、導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤を含む第２導電性多孔質層用組成物を、第２基材上に塗布する第２塗布工程と、前記第２導電性多孔質層用組成物を乾燥させる第２乾燥工程と、前記第２基材上の前記第２導電性多孔質層用組成物の乾燥体に切れ目を形成して、前記乾燥体を複数の部分に分割する分割工程と、前記第２基材上の前記乾燥体を部分的に除去する除去工程と、前記第２基材上の除去されなかった前記乾燥体を前記第２導電性多孔質層として前記第１導電性多孔質層上に転写する転写工程と、を備える。

図面を参照して説明すると、第１〜第３の具体例と同様、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１導電性多孔質層用組成物１１１を第１基材２１上に塗布して乾燥することにより、第１導電性多孔質層１１を形成する。

続いて、第３の具体例と同様、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２導電性多孔質層用組成物１１２を第２基材２２上に平面視矩形状に塗布し、乾燥させて、第２基材２２上に第２導電性多孔質層用組成物１１２の乾燥体２１２を形成する。

続いて、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２基材２２上の乾燥体２１２に厚み方向に貫通する切れ目Ｃを形成する。本具体例では、切れ目Ｃは、カッター等の切断手段を用いて、平面視で複数列形成される。これにより乾燥体２１２は、切れ目Ｃによって複数の短冊形部分２１２ａに分割される。

続いて、第２基材２２上の乾燥体２１２を部分的に除去する。本具体例では、乾燥体２１２の短冊形部分２１２ａを１列おきに剥がし取る。これにより、図１３（ａ）に示すように、乾燥体２１２の除去されなかった部分が第２基材２２上にストライプ状に残存する。

続いて、図１３（ｂ）に示すように、第１基材２１と第２基材２２とを対向させて、乾燥体２１２を第１導電性多孔質層１１に押し当てる。

そして、図１３（ｃ）に示すように、第２基材２２上の除去されなかった乾燥体２１２を第１導電性多孔質層１１上に転写させて導電性多孔質部材１２Ａとすることで、第１導電性多孔質層１１上に第２導電性多孔質層１２を形成する。第１基材２１と第２基材２２との間に電池用ガス拡散層１が形成される。

その後、電池用ガス拡散層１から第１基材２１及び第２基材２２を剥離することにより、図１に示す電池用ガス拡散層１が製造される。

なお、本具体例においても、第２の具体例と同様、接着層を用いることによって、第２導電性多孔質層１２をさらに低い圧力で転写することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能であり、実施形態に開示された構成を適宜組み合わせて得られる形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

以下に、電池用ガス拡散層の実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

本実施例では、カーボンブラック１００質量部、発泡剤５０質量部、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の１０ｗｔ％メチルエチルケトン（ＭＥＫ）溶液７５０質量部、ＭＥＫ１２００質量部をメディア分散により６０分間分散させることにより、第１導電性多孔質層用組成物１１１及び第２導電性多孔質層用組成物１１２を調合した。発泡剤として、熱分解型発泡剤（平均粒子径４μｍ）を用いた。

続いて、上記実施形態の第４の具体例に示す工程に従い、電池用ガス拡散層１を製造した。具体的には、図９（ａ）に示すように、第１導電性多孔質層用組成物１１１をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムである第１基材２１上にアプリケーターを用いて約５０μｍの厚みとなるように塗布し、９５℃に設定した乾燥炉中で約１５分乾燥することにより、第１導電性多孔質層１１を形成した。同様に、図９（ｂ）に示すように、第２導電性多孔質層用組成物１１２をＰＥＴフィルムである第２基材２２上にアプリケーターを用いて約５０μｍの厚みとなるように塗布し、９５℃に設定した乾燥炉中で約１５分乾燥することにより、第２導電性多孔質層用組成物１１２の乾燥体２１２を形成した。

その後、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、カッターを用いて乾燥体２１２に切れ目Ｃを形成し、複数の短冊形部分２１２ａに分割した。続いて、短冊形部分２１２ａを１列おきに剥がし取り、図１３（ａ）に示すように、ストライプ状の乾燥体２１２を第２基材上２２に形成した。

続いて、図１３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、乾燥体２１２を第１導電性多孔質層１１に転写して、第１導電性多孔質層１１上に第２導電性多孔質層１２を形成した。転写時の温度は１４０℃、転写時の圧力は４ＭＰａ、加圧時間は５分とした。さらに、第１基材２１および第２基材２２を剥離した後、２７０℃に設定した焼成炉中で約１時間焼成することにより発泡剤を焼失させ、電池用ガス拡散層１を得た。

その結果、第１導電性多孔質層１１と第２導電性多孔質層１２とを良好に接合することができた。乾燥体２１２の転写時に、第１導電性多孔質層１１のガス流路に面する部分には殆ど圧力が作用しないので、ガスの拡散に必要な孔の破壊を抑制しながら、ガス流路を有する電池用ガス拡散層１を製造可能であることがわかる。

また、第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ（第２導電性多孔質層１２が設けられた面）及び他方面１１ｂの表面粗さを、顕微鏡（OLYMPUS社製「3D MEASURING LASER MICROSCOPE」（型式：OLS4000））、及び、計測ソフトウェア（OLYMPUS社製「LEXT-OLS4000」）を用い、対物レンズ倍率を１０倍にして計測した。その結果、一方面１１ａの表面粗さＳａ＝２．３６２μｍであり、他方面１１ｂの表面粗さＳｂ＝２．０５４μｍであった。よって、触媒層側の面である他方面１１ｂの表面粗さが平滑であることがわかる。

また、第１導電性多孔質層１１の一方面１１ａ及び他方面１１ｂにおけるフッ素と炭素との比をエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析により測定した。分析装置として日本電子社製のエネルギー分散型Ｘ線分析装置ＥＸ−２３０００ＢＵを使用し、一方面１１ａ及び他方面１１ｂのフッ素原子数％及び炭素原子数％を測定し、フッ素と炭素との比（フッ素原子数％／炭素原子数％）を算出した。その結果、一方面１１ａでは０．１４７であり、他方面１１ｂでは０．１５２であった。よって、第１導電性多孔質層１１は、一方面１１ａにおける高分子重合体量の割合よりも、他方面１１ｂにおける高分子重合体量の割合が大きいことがわかる。

１ 電池用ガス拡散層
２ セパレータ
３ 電池部材
４ 触媒層
５ 電解質膜
６ 触媒層−電解質膜積層体
７ 膜−電極接合体
８ ガスケット
９ 燃料電池
１１ 第１導電性多孔質層
１１ａ 一方面
１１ｂ 他方面（一方面と反対側の面）
１２ 第２導電性多孔質層
２１ 第１基材
２２ 第２基材
２３ 金型
２３ａ 突起部
１１１ 第１導電性多孔質層用組成物
１１２ 第２導電性多孔質層用組成物
２１２ 乾燥体
２１２ａ 短冊形部分
Ｐ１ ガス流路
Ｐ２ ガス流路

Claims (8)

1. 第１導電性多孔質層と、
   前記第１導電性多孔質層の一方面上に部分的に設けられた第２導電性多孔質層と、を備え、
   前記第１導電性多孔質層は、導電性炭素材料及び高分子重合体を含み、前記第２導電性多孔質層が設けられた前記一方面と反対側の面の表面粗さが５．０μｍ以下である、電池用ガス拡散層。
2. 前記第１導電性多孔質層は、前記一方面における高分子重合体量の割合よりも、前記一方面と反対側の面における高分子重合体量の割合が大きい、請求項１に記載の電池用ガス拡散層。
3. 前記第２導電性多孔質層の気孔率は、前記第１導電性多孔質層の気孔率以上である、請求項１又は２に記載の電池用ガス拡散層。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の電池用ガス拡散層と、
   前記第２導電性多孔質層上に積層されたセパレータと、
   を備えた、電池部材。
5. 触媒層、電解質膜及び触媒層が順次積層された触媒層−電解質膜積層体と、
   前記触媒層−電解質膜積層体の両面に積層された一対の電池用ガス拡散層と、
   を備え、
   前記一対の電池用ガス拡散層の少なくとも一方は、請求項１〜３のいずれかに記載の電池用ガス拡散層であり、
   前記第１導電性多孔質層の前記一方面と反対側の面が前記触媒層に接している、膜−電極接合体。
6. 請求項５に記載の膜−電極接合体と、
   前記触媒層−電解質膜積層体の両面に積層されたセパレータと、
   を備えた、燃料電池。
7. 導電性炭素材料、高分子重合体及び溶剤を含む第１導電性多孔質層用組成物を、第１基材上に塗布する第１塗布工程と、
   前記第１導電性多孔質層用組成物を乾燥させて、前記第１基材上に第１導電性多孔質層を形成する第１乾燥工程と、
   前記第１導電性多孔質層上に部分的に第２導電性多孔質層を設けて、電池用ガス拡散層を形成する電池用ガス拡散層形成工程と、
   を備える、電池用ガス拡散層の製造方法。
8. 前記電池用ガス拡散層から前記第１基材を剥離する剥離工程をさらに備える、請求項７に記載の電池用ガス拡散層の製造方法。