JP3423241B2 - 燃料電池用セルユニット及び燃料電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用セルユ
ニットにおけるセルの電極の構造に関するものであり、
特に、固体高分子型燃料電池用セルユニットにおけるセ
ルの電極の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池用セルユニットのセルは、板状
又は膜状の電解質の両面に電極が形成されており、セル
の各電極は、反応ガスに対し電気化学反応を生ぜしめる
触媒層と、反応ガスを拡散して透過するための多孔構造
のガス拡散層を具えている。セルの一方の側には、反応
ガスとして燃料ガスが供給されるガス室、他方の側に
は、反応ガスとして酸化剤ガスが供給されるガス室が配
備される。各ガス室は反応ガスが流通する凹部と、電極
と接触する凸部を有しており、これらがセルユニットを
構成する。燃料電池は、このセルユニットを単層で、或
いは多数積層して形成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】固体高分子型燃料電池
用セルユニットでは、電解質となる固体高分子を湿潤さ
せる必要があるため、少なくとも一方の反応ガスは、加
湿された状態でガス室を流通するようにしてあり、加湿
水は、電極のガス拡散層及び触媒層を介して電解質へ供
給される。前記セルユニットにおいて、高い発電効率を
得るには、適量の加湿水を電解質に供給し、電解質を適
度な湿潤状態に維持せねばならない。

【０００４】ところで、電極のガス拡散層には、気孔で
の水詰まりによって反応ガスの透過が妨げられないよう
に、通常、撥水処理が施される。なお、「撥水性」と
は、固体表面が水をはじく性質を意味し、一般的には、
水滴が接したときの接触角によって評価される。

【０００５】従来、電極のガス拡散層に施される撥水処
理は、全領域に亘って均一に施されていた。ところで、
セルユニットの構造上の問題として、加湿水を含む反応
ガスを電極へ供給する場合、電極のガス拡散層では、ガ
ス室の凸部と接触する領域の方が、ガス室の凹部と対向
する領域よりも、加湿水は透過し難くなる。このため、
加湿水を含む反応ガスの透過性が、ガス室の凹部と対向
する領域で適正となるような撥水処理をガス拡散層の全
体に施すと、ガス拡散層の凸部と接触する領域での加湿
水の透過量が不足し、その結果、電解質への水分供給が
不足して、電解質は適正な湿潤状態を確保することが困
難となる。一方、電解質の全領域に亘って良好な湿潤状
態を確保するために、撥水性を弱くすると、ガス室の凸
部と接触する領域では、加湿水はガス拡散層を透過し易
くなる。しかし、撥水性を弱くしすぎると、今度は、ガ
ス室の凹部と対向する領域で、気孔への水詰りが起こ
り、その結果、反応ガスの透過率が低下し、発電効率が
低下する。それゆえ、従来のガス拡散層を用いた燃料電
池の場合、電解質を適正な湿潤状態に維持するために、
電極のガス拡散層における撥水性の制御に細心の注意を
払う必要があった。

【０００６】また、ガス室の凹部が、加湿水を含む反応
ガスが流通する第１の凹部と、加湿水を含まない反応ガ
スが流通する第２の凹部に分かれている場合がある。こ
の場合、ガス室の第２凹部と対向する電極の領域、及
び、ガス室の凸部と接触する電極の領域から電解質へ供
給される加湿水は、加湿水を含む反応ガスが流通するガ
ス室の第１凹部と対向する電極の領域から電解質へ供給
される加湿水よりも少ない。このため、加湿水の電極か
ら電解質への供給量が、加湿水を含む反応ガスが流通す
るガス室の第１凹部と対向する領域で適正となるような
撥水処理を、ガス拡散層の全体に施すと、加湿水を含ま
ない反応ガスが流通するガス室の第２凹部と対向する電
極の領域、及び、ガス室の凸部と接触する電極の領域か
ら電解質への加湿水の供給量が不足し、その結果、電解
質の水分量が不足して、電解質は適正な湿潤状態を確保
することが困難となる。電解質の全領域に亘って良好な
湿潤状態を確保するために、電極のガス拡散層の撥水性
を下げると、加湿水を含まない反応ガスが流通するガス
室の第２凹部と対向するガス拡散層の領域での水の透過
量は増すが、撥水性をあまりに下げすぎると、加湿水を
含む反応ガスが流通するガス室の第１凹部と対向するガ
ス拡散層の領域で、気孔に水詰まりが起こり易くなり、
反応ガスの透過率が低下して、発電効率の低下を招く。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、電極のガス拡散層について、
従来、全ての領域に亘って均一であった撥水性を、領域
に応じて適宜変えることにより、高い発電効率が得られ
る燃料電池用セルユニットを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１に係る発明は、板状又は膜状の電解
質の両面に触媒層を有し、各触媒層の上には、反応ガス
が拡散して透過するガス拡散層を夫々有したセルに対
し、一方側に反応ガスとして燃料ガスが供給されるガス
室、他方側に反応ガスとして酸化剤ガスが供給されるガ
ス室が対向して配備され、少なくとも一方の反応ガスは
加湿された状態でガス室を流通し、各ガス室は反応ガス
が流通する凹部と、ガス拡散層に接触する凸部を有して
なる燃料電池用セルユニットにおいて、ガス拡散層は、
撥水性材料を含んでおり、加湿された反応ガスが流通す
るガス室の凸部に接触する領域の撥水性を、該ガス室の
凹部と対向する領域の撥水性よりも小さくしたものであ
る。

【０００９】また、請求項４に係る発明は、板状又は膜
状の電解質の両面に触媒層を有し、各触媒層の上には、
反応ガスが拡散して透過するガス拡散層を夫々有したセ
ルに対し、一方側に反応ガスとして燃料ガスが供給され
るガス室、他方側に反応ガスとして酸化剤ガスが供給さ
れるガス室が対向して配備され、少なくとも一方のガス
室は、加湿水を含む反応ガスが流通する第１の凹部と、
加湿水を含まない反応ガスが流通する第２の凹部と、ガ
ス拡散層に接触する凸部を有してなる燃料電池用セルユ
ニットにおいて、ガス拡散層は、撥水性材料を含んでお
り、ガス室の第２凹部と対向する領域及び／又はガス室
の凸部と接触する領域における撥水性を、ガス室の第１
凹部と対向する領域における撥水性よりも小さくしたも
のである。

【００１０】

【作用及び効果】請求項１に係る発明では、ガス室の凸
部に接触するガス拡散層の領域と、ガス室の凹部と対向
するガス拡散層の領域とで、撥水性の程度を変えてお
り、前者領域での撥水性を小さく、後者領域での撥水性
を大きくすることにより、ガス室の凸部と接触する領域
においても、ガス室の凹部と対向する領域とほぼ同程度
に、加湿水はガス拡散層を透過することができ、電解質
の所望の湿潤状態を確保し、所定の電池性能を確保する
ことができる。この発明では、ガス拡散層全体での加湿
水透過量を増やすために、ガス室の凹部と対向する領域
での撥水性を必要以上に下げる必要はないから、ガス室
の凹部と対向するガス拡散層の領域で、気孔への水詰り
を起こすことなく、反応ガスの透過率低下に伴う発電効
率の低下を招くこともない。

【００１１】請求項４に係る発明では、加湿水を含まな
い反応ガスが流通するガス室の第２凹部と対向するガス
拡散層の領域及び／又はガス室の凸部と対向するガス拡
散層の領域と、加湿水を含まない反応ガスが流通するガ
ス室の第１凹部と対向するガス拡散層の領域とで、撥水
性の程度を変えており、前者領域での撥水性を小さく、
後者領域での撥水性を大きくすることにより、ガス室の
第２凹部と対向する領域及び／又はガス室の凸部と対向
する領域においても、ガス室の第１凹部と対向する領域
とほぼ同程度に、加湿水はガス拡散層を透過することが
でき、電解質の所望の湿潤状態を確保し、所定の電池性
能を確保することができる。この発明では、ガス拡散層
全体での加湿水透過量を増やすために、ガス室の第１凹
部と対向する領域での撥水性を必要以上に下げる必要は
ないから、ガス室の第１凹部と対向する領域で、気孔へ
の水詰りを起こすことなく、反応ガスの透過率低下に伴
う発電効率の低下を招くこともない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。実施形態１ 図１は、代表的な固体高分子型燃料電池用セルユニット
(10)の概略図を示している。セルユニット(10)は、固体
高分子を用いた板状又は膜状の電解質(11)の一方の面に
アノード(12)、他方の面にカソード(13)を形成したセル
(14)を具え、セルのアノード側には、水素ガス等の燃料
ガスを供給する燃料ガス室が配備され、カソード側に
は、酸素ガスを含む空気等の酸化剤ガスを供給する酸化
剤ガス室が配備されて構成される。燃料ガス室は、燃料
プレート(20)によって形成され、酸化剤ガス室は、酸化
剤プレート(30)によって形成される。前記構成のセルユ
ニット(10)を多数積層したものが、燃料電池として使用
される。なお、単一のセルユニット(10)から燃料電池を
構成してもよい。

【００１３】燃料プレート(20)は、燃料ガス室を複数の
燃料溝(22)に区画する複数のリブ(21)を具えている。リ
ブ(21)は、セル(14)に接触して、セル(14)を支持すると
共に、アノード(12)にて生じた電子をセルユニット(10)
の外部へ導く機能を有する。従って、燃料プレート(20)
およびリブ(21)は、カーボン等の導電性材料によって形
成される。酸化剤プレート(30)は、酸化剤ガス室を複数
の酸化剤溝(32)に区画する複数のリブ(31)を具えてい
る。リブ(31)は、セル(14)に接触して、セル(14)を支持
すると共に、当該セルユニット(10)の外部からカソード
(13)へ電子を導く機能を有する。従って、酸化剤プレー
ト(30)およびリブ(31)は、カーボン等の導電性材料によ
って形成される。

【００１４】なお、図１では省略しているが、燃料電池
は、各セルユニット(10)に燃料ガスおよび酸化剤ガスを
均等に分配するマニホールドを具える。マニホールドに
は、セルユニット(10)の内部に分配機構を有する内部マ
ニホールド方式と、セルユニット(10)の外部に分配機構
を配備する外部マニホールド方式がある。また、セルユ
ニット(10)は、積層して使用されることから、燃料プレ
ート(20)に、隣接するセルユニット(10)の酸化剤ガス室
を有し、または、酸化剤プレート(30)に、隣接するセル
ユニット(10)の燃料ガス室を有するバイポーラ型プレー
トであってもよい。

【００１５】図２は、前記セル(14)の一部を拡大した断
面図である。アノード(12)は、電解質(11)の一方の面
に、燃料ガスに対し電気化学反応を生ぜしめる触媒層(2
5)が形成され、該触媒層の上には、対向する燃料ガス室
からの燃料ガスを拡散して触媒層(25)へ供給する多孔質
構造のガス拡散層(26)が積層されている。同様に、カソ
ード(13)の他方の面に、酸化剤ガスに対し電気化学反応
を生ぜしめる触媒層(35)が形成され、該触媒層の上に
は、対向する酸化剤ガス室からの酸化剤ガスを拡散して
触媒層(35)へ供給する多孔質構造のガス拡散層(36)が積
層されている。

【００１６】ガス拡散層(26)(36)には、市販のカーボン
シート、カーボンクロス等の如く、多孔質の導電基材が
使用される。触媒層(25)(35)には、市販のカーボンブラ
ック等の炭素微粒子に白金等の触媒が担持されて形成さ
れる。

【００１７】ガス拡散層(26)(36)には、前述したよう
に、気孔での水詰まりによって反応ガスの透過が妨げら
れないように、撥水処理が施され、多孔性導電基材にフ
ッ素樹脂等の撥水性材料が配備される。

【００１８】上述したように、燃料プレート(20)のリブ
(21)はアノード(12)と接触し、酸化剤プレート(30)のリ
ブ(31)はカソード(13)と接触するから、アノード及びカ
ソードは、リブとの接触領域で加湿水が進入し難くな
る。そこで、燃料プレート(20)の燃料溝(22)に加湿水を
含む燃料ガスを流通する場合、本発明では、図３に示す
ように、アノード(12)のガス拡散層(26)について、燃料
プレート(20)のリブ(21)に接触する領域の撥水性を、燃
料溝(22)と対向する領域の撥水性よりも小さくして、リ
ブ(21)と接触する領域にて加湿水を透過し易くする。こ
の結果、本実施形態の燃料電池用セルユニットは、リブ
(21)と接触する領域からも十分な量の加湿水が電解質へ
供給されるから、電解質(11)は全領域で良好な湿潤状態
を確保することができ、セルユニットの所定の電池性能
を確保することができる。なお、撥水性については、実
際には撥水角で評価することは困難であるため、本実施
形態では、撥水性材料の含有率を用いて評価している。

【００１９】なお、酸化剤プレート(30)の酸化剤溝(32)
に加湿水を含む酸化剤ガスを流通する場合には、カソー
ド(13)のガス拡散層(36)について、アノード(12)のガス
拡散層(26)の場合と同様、酸化剤プレート(30)のリブ(3
1)に接触する領域の撥水性を、酸化剤溝(32)と対向する
領域の撥水性よりも小さくなるような構成とすればよ
い。

【００２０】実施形態２ 次に、第２実施形態について説明する。本実施形態の燃
料電池用セルユニットは、燃料プレート(20)における一
部の燃料溝(22)に燃料ガスと共に水または水蒸気を流通
させ、その他の燃料溝(22)に燃料ガスのみを流通させ
る。この目的のため、燃料プレート(20)の周縁には、図
４および図５に示すような枠体(40)が配備される。その
他の点では、第１実施形態と同様であるから、その説明
を省略する。

【００２１】枠体(40)の上端部には、外部から供給され
た燃料ガスが通過する燃料供給流路(41)(41)が、枠体(4
0)を貫通して設けられ、燃料供給流路(41)(41)を連通す
る燃料供給溝(42)が設けられる。燃料供給溝(42)と各燃
料溝(22)とは、それぞれの燃料供給通路(43)を介して連
通している。

【００２２】燃料供給孔(41)(41)の下方には、外部から
供給された水または水蒸気が通過する水供給流路(44)(4
4)が、枠体(40)を貫通して設けられ、水供給流路(44)(4
4)を連通する水供給溝(45)が設けられる。水供給溝(45)
は、一部の燃料供給通路(43)と連通しており、該燃料供
給通路(43)と連通する燃料溝(22)には、燃料ガスと共に
水または水蒸気が供給される。以下では、燃料ガスと共
に水または水蒸気が供給される燃料溝(22)を混合溝(22
a)と称し、燃料ガスのみ供給される燃料溝(22)を専用溝
(22b)と称する。

【００２３】枠体(40)の下端部には、燃料プレート(20)
から排出される燃料排ガスが通過する燃料排出流路(50)
(50)が枠体(40)を貫通して設けられ、燃料排出流路(50)
(50)を連通する燃料排出溝(51)が設けられる。燃料排出
溝(51)と各混合溝(22a)または各専用溝(22b)とは、それ
ぞれの燃料排出通路(52)を介して連通している。

【００２４】上述のように、燃料プレート(20)の専用溝
(22b)には、加湿水が流通しないから、アノード(12)
は、該専用溝(22b)と対向するガス拡散層の領域で加湿
水が進入し難く、また、燃料プレート(20)のリブ(21)
は、アノード(12)と接触するから、アノード(12)は、リ
ブ(21)と接触するガス拡散層の領域で加湿水が進入し難
い。そこで、本発明では、図６に示すように、アノード
(12)のガス拡散層(26)について、燃料プレート(20)の専
用溝(22b)と対向する領域と、燃料プレート(20)のリブ
(21)と接触する領域における撥水性を、燃料プレート(2
0)の混合溝(22a)と対向する領域における撥水性よりも
小さくなるような構成とする。この結果、本実施形態の
燃料電池用セルユニットは、専用溝(22b)と対向する領
域、及びリブ(21)に接触する領域からも十分な量の加湿
水が電解質へ供給されるから、電解質(11)は全領域で良
好な湿潤状態を確保することができ、セルユニットの所
定の電池性能を確保することができる。

【００２５】なお、酸化剤プレート(30)の一部の酸化剤
溝(32)に加湿水を含む酸化剤ガスを流通し、その他の酸
化剤溝(32)には、加湿水を含まない酸化剤ガスを流通す
る場合には、アノード(12)のガス拡散層(26)の上記構成
を、カソード(13)のガス拡散層(36)に適用すればよい。

【００２６】

【実施例】実施例１ 次に、第１実施形態に対応する実施例を説明する。本実
施例では、電解質(11)として、高分子膜であるNafion11
2（商品名）を使用し、該電解質(11)の各面に、電極面
積が２５cm²であるアノード(12)およびカソード(13)を
配備して、セル(14)を作製した。アノード(12)の触媒層
(25)と、カソード(13)の触媒層(35)およびガス拡散層(3
6)は、従来と同じ製法で作製され、アノード(12)のガス
拡散層(26)のみが、後述のように、第１実施形態に従っ
て作製された。作製されたセル(14)に対し、アノード(1
2)側に、リブ(21)および燃料溝(22)を有する燃料プレー
ト(20)を配備し、カソード(13)側に、リブ(31)および酸
化剤溝(32)を配備して、セルユニット(10)を作製した。

【００２７】アノード(12)のガス拡散層(26)は、次の要
領にて作製された。まず、水と界面活性剤の溶液に、種
々の量のテフロン粉末を入れて撹拌し、種々の濃度のテ
フロン分散溶液を作製した。次に、カーボンペーパをそ
れぞれのテフロン分散溶液中に浸漬し、取り出した後、
６０℃で１時間乾燥させ、さらに３８０℃で１時間焼成
した。このとき、各カーボンペーパにおけるテフロンの
含有率は、４wt％、６wt％、９wt％、１２wt％、および
１４wt％であった。

【００２８】次に、前記処理を行ったカーボンペーパに
対し、燃料プレート(20)のリブ(21)と接触する領域にマ
スキングを施し、その上からテフロン濃度の高いテフロ
ン分散溶液を塗布した。このとき、燃料溝(22)と対向す
る領域におけるテフロンの含有率は、１５wt％であっ
た。それから、380℃で再度焼成して、アノード(12)の
ガス拡散層(26)を完成させた。

【００２９】上記実施例の比較例として、従来使用され
ているガス拡散層(26)を作製した。これは、上記実施例
において、燃料溝(22)と対向する領域に塗布したテフロ
ン分散溶液に、カーボンペーパを浸漬し、取り出した
後、６０℃で１時間乾燥させ、さらに３８０℃で１時間
焼成したものである。このとき、カーボンペーパに含ま
れるテフロンの量は、１５wt％であった。

【００３０】上述のように作製されたセルユニット(10)
に対し、混合溝(23)に水素ガスおよび水を供給し、その
他の燃料溝(22)に水素ガスを供給した。また、全ての酸
化剤溝(32)に空気を供給し、運転温度を80℃として発電
を行った。このとき、供給される水素ガスの50％が消費
され、供給される酸素ガスの20％が消費された。

【００３１】各ガス拡散層(26)を用いたセルユニットの
出力電圧を表１に示す。

【表１】 なお、表１に記載のテフロン含有率は、リブ(21)に接触
する領域のテフロン含有率である。

【００３２】表１に示されるように、アノード(12)のガ
ス拡散層(26)において、燃料プレート(20)のリブ(21)と
接触する領域のテフロン含有率を、燃料溝(22)と対向す
る領域のテフロン含有率よりも僅かに小さくするだけ
で、セルユニット(10)の出力電圧が改善された。また、
アノード(12)のガス拡散層(26)において、燃料プレート
(20)のリブ(21)と接触する領域のテフロン含有率を６wt
％（燃料溝(22)と対向する領域のテフロン含有率の0.4
倍に相当）とすると、セルユニット(10)の出力電圧は、
従来のものと同程度となり、前記テフロン含有率をさら
に小さくすると、出力電圧は、従来のものよりも低下し
た。これは、燃料プレート(20)のリブ(21)と接触するガ
ス拡散層(26)の領域に水が溜まって、当該領域における
水素ガスの拡散が阻害されたためと考えられる。

【００３３】実施例２ 次に、第２実施形態に対応する実施例を説明する。本実
施例では、作製されるセルユニット(10)に対し、一部の
燃料溝(22)を、水素ガスおよび水が供給される混合溝(2
2a)とし、その他の燃料溝(22)を、水素ガスのみが供給
される専用溝(22b)としている。なお、第１実施例と比
べると、アノード(12)のガス拡散層(26)を作製する際
に、カーボンペーパにマスキングを施す位置を変更して
おり、その他は同様にしてセル(14)を作製した。

【００３４】作製されたセル(14)に対し、アノード(12)
側に、リブ(21)および燃料溝(22)を有する燃料プレート
(20)を配備し、カソード(13)側に、リブ(31)および酸化
剤溝(32)を有する酸化剤プレート(30)を配備して、セル
ユニット(10)を作製した。

【００３５】アノード(12)のガス拡散層(26)は、次の要
領にて作製した。まず、水と界面活性剤の溶液に、種々
の量のテフロン粉末を入れて撹拌し、種々の濃度のテフ
ロン分散溶液を作製した。次に、カーボンペーパをそれ
ぞれのテフロン分散溶液中に浸漬し、取り出した後、６
０℃で１時間乾燥させ、さらに３８０℃で１時間焼成し
た。このとき、各カーボンペーパにおけるテフロンの含
有率は、４wt％、６wt％、９wt％、１２wt％、および１
４wt％であった。

【００３６】次に、前記処理を行ったカーボンペーパに
対し、燃料プレート(20)の専用溝(22b)と対向する領域
と、燃料プレート(20)のリブ(21)と接触する領域にマス
キングを施し、その上からテフロン濃度の高いテフロン
分散溶液を塗布した。このとき、燃料溝(22)と対向する
領域におけるテフロンの含有率は、１５wt％であった。
それから、380℃で再度焼成して、アノード(12)のガス
拡散層(26)を完成させた。

【００３７】上記実施例の比較例として、従来使用され
ているガス拡散層(26)を作製した。これは、上記実施例
において、混合溝(22a)と対向する領域に塗布したテフ
ロン分散溶液に、カーボンペーパを浸漬し、取り出した
後、６０℃で１時間乾燥させ、さらに３８０℃で１時間
焼成したものである。このとき、カーボンペーパに含ま
れるテフロンの量は、１５wt％であった。

【００３８】上述のように作製されたセルユニット(10)
に対し、混合溝(23)に水素ガスおよび水を供給し、その
他の燃料溝(22)に水素ガスを供給した。また、全ての酸
化剤溝(32)に空気を供給し、運転温度を80℃として発電
を行った。このとき、供給される水素ガスの50％が消費
され、供給される酸素ガスの20％が消費された。

【００３９】各ガス拡散層(26)を用いたセルユニットの
出力電圧を表２に示す。

【表２】 なお、表２に記載のテフロン含有率は、燃料プレート(2
0)の専用溝(22b)と対向する領域と、燃料プレート(20)
のリブ(21)と接触する領域のテフロン含有率である。

【００４０】表２に示されるように、アノード(12)のガ
ス拡散層(26)において、燃料プレート(20)の専用溝(22
b)と対向する領域と、燃料プレート(20)のリブ(21)と接
触する領域のテフロン含有率を、燃料溝(22)と対向する
領域のテフロン含有率よりも僅かに小さくするだけで、
セルユニット(10)の出力電圧が改善された。また、アノ
ード(12)のガス拡散層(26)において、燃料プレート(20)
の専用溝(22b)と対向する領域と、燃料プレート(20)の
リブ(21)と接触する領域のテフロン含有率を６wt％（燃
料溝(22)と対向する領域のテフロン含有率の0.4倍に相
当）とすると、セルユニット(10)の出力電圧は、従来の
ものと同程度となり、前記テフロン含有率をさらに小さ
くすると、出力電圧は、従来のものよりも低下した。こ
れは、燃料プレート(20)のリブ(21)と接触するガス拡散
層(26)の領域に水が溜まって、当該領域における水素ガ
スの拡散が阻害されたためと考えられる。

【００４１】上記実施形態の説明は、本発明を説明する
ためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限
定し、或いは範囲を減縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請
求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であ
ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す組立斜視図である。

【図２】セルの要部断面図である。

【図３】第１実施形態において、図１のＡ−Ａ線にて断
面し、矢印方向に見た図と、アノードのガス拡散層のガ
ス透過率を示すグラフである。

【図４】第２実施形態における燃料プレートと枠体を示
す斜視図である。

【図５】図４の上端部の要部拡大図である。

【図６】第２実施形態において、図１のＡ−Ａ線にて断
面し、矢印方向に見た図と、アノードのガス拡散層のガ
ス透過率を示すグラフである。

【符号の説明】

(10) セルユニット (11) 電解質 (21)(31)リブ (22)(32)燃料溝 (22a) 混合溝 (22b) 専用溝 (25)(35)触媒層 (26)(36)ガス拡散層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 幸徳 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 三宅 泰夫 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 西尾 晃治 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 (56)参考文献 特開 平６−103983（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−87478（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−84529（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−240204（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−326622（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−41230（ＪＰ，Ａ) 特表 平11−511289（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 4/86 - 4/98 H01M 8/00 - 8/24

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状又は膜状の電解質の両面に触媒層を
   有し、各触媒層の上には、反応ガスが拡散して透過する
   ガス拡散層を夫々有したセルに対し、一方側に反応ガス
   として燃料ガスが供給されるガス室、他方側に反応ガス
   として酸化剤ガスが供給されるガス室が対向して配備さ
   れ、少なくとも一方の反応ガスは加湿された状態でガス
   室を流通し、各ガス室は反応ガスが流通する凹部と、ガ
   ス拡散層に接触する凸部を有してなる燃料電池用セルユ
   ニットにおいて、 ガス拡散層は、撥水性材料を含んでおり、加湿された反
   応ガスが流通するガス室の凸部に接触する領域の撥水性
   を、該ガス室の凹部と対向する領域の撥水性よりも小さ
   くしたことを特徴とする燃料電池用セルユニット。
2. 【請求項２】 撥水性材料はフッ素樹脂である、請求項
   １に記載の燃料電池用セルユニット。
3. 【請求項３】 ガス拡散層は、加湿された反応ガスが流
   通するガス室の凸部と接触する領域におけるフッ素樹脂
   含有量を、該ガス室の凹部と対向する領域におけるフッ
   素樹脂含有量の０.４倍以上１倍未満としたことを特徴
   とする、請求項２に記載の燃料電池用セルユニット。
4. 【請求項４】 板状又は膜状の電解質の両面に触媒層を
   有し、各触媒層の上には、反応ガスが拡散して透過する
   ガス拡散層を夫々有したセルに対し、一方側に反応ガス
   として燃料ガスが供給されるガス室、他方側に反応ガス
   として酸化剤ガスが供給されるガス室が対向して配備さ
   れ、少なくとも一方のガス室は、加湿水を含む反応ガス
   が流通する第１の凹部と、加湿水を含まない反応ガスが
   流通する第２の凹部と、ガス拡散層に接触する凸部を有
   してなる燃料電池用セルユニットにおいて、 ガス拡散層は、撥水性材料を含んでおり、ガス室の第２
   凹部と対向する領域及び／又はガス室の凸部と接触する
   領域における撥水性を、ガス室の第１凹部と対向する領
   域における撥水性よりも小さくしたことを特徴とする燃
   料電池用セルユニット。
5. 【請求項５】 撥水性材料はフッ素樹脂である、請求項
   ４に記載の燃料電池用セルユニット。
6. 【請求項６】 ガス拡散層は、ガス室の第２凹部と対向
   する領域又はガス室の凸部と接触する領域におけるフッ
   素樹脂含有量を、ガス室の第１凹部と対向する領域にお
   けるフッ素樹脂含有量の０.４倍以上１倍未満としたこ
   とを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池用セルユニ
   ット。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の
   セルユニットを具える燃料電池。