JP7101393B2 - ガス拡散ユニット、燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、ガス拡散部材、ガス拡散ユニット、及び燃料電池に関する。

特許文献１～２に示すような、燃料電池は、アノードに水素、カソードに空気（酸素）を供給し、電気化学反応によって発電することができる。

ＷＯ２０１９／２３９６０５ ＷＯ２０１９／２３９６０５

燃料電池には内部抵抗が存在しているが、内部抵抗が大きいほど発電効率が下がるので、内部抵抗を低減することが望まれている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の内部抵抗を低減可能な、ガス拡散部材を提供するものである。

本発明によれば、燃料電池のセパレータと触媒層の間に配置されるガス拡散部材であって、多孔質体層と、導電材料層を備え、前記多孔質体層は、導電性を有する多孔質体で構成され、前記導電材料層は、導電材料で構成され、前記導電材料層は、前記多孔質体層の、前記セパレータ側の面に配置され、且つ前記多孔質体の孔に前記導電材料が充填されるように設けられる、ガス拡散部材が提供される。

本発明者らは、ガス拡散部材の多孔質体層が多孔質であるために多孔質体層とセパレータの接触抵抗が大きくなっていることに気がついた。そして、この知見に基づき、多孔質体層の、セパレータ側の面に設けられた孔に導電材料を充填するように導電材料層を設けることによって多孔質体層とセパレータの接触抵抗を低減でき、その結果、燃料電池の内部抵抗を低減できることを見出し、本発明の完成に到った。

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記記載のガス拡散部材であって、前記多孔質体層は、前記セパレータ側の面にガス流路となる溝を備える、ガス拡散部材である。
好ましくは、前記記載のガス拡散部材であって、前記多孔質体層の、前記触媒層側の面に、マイクロポーラス層が設けられている、ガス拡散部材である。
好ましくは、前記記載のガス拡散部材であって、前記導電材料は、樹脂中に導電性粒子が分散されて構成されている、ガス拡散部材である。
好ましくは、前記記載のガス拡散部材であって、前記導電材料層は、厚さが１～１００μｍである、ガス拡散部材である。
好ましくは、前記記載のガス拡散部材と、セパレータを備えるガス拡散ユニットであって、前記ガス拡散部材は、前記導電材料を介して前記セパレータに接着されている、ガス拡散ユニットである。
好ましくは、前記記載のガス拡散ユニットであって、前記ガス拡散部材を取り囲むように配置されたガスケットが前記セパレータに固定されている、ガス拡散ユニットである。
好ましくは、カソード側セパレータと、カソードガス拡散部材と、触媒塗布膜と、アノードガス拡散部材と、アノード側セパレータをこの順に備える燃料電池であって、前記触媒塗布膜は、前記カソードガス拡散部材側から順に、カソード触媒層と、電解質膜と、アノード触媒層を備え、前記カソードガス拡散部材及び前記アノードガス拡散部材は、前記記載のガス拡散部材である、燃料電池である。
好ましくは、前記記載の燃料電池であって、前記カソードガス拡散部材が前記カソード側セパレータに接着されており、前記アノードガス拡散部材が前記アノード側セパレータに接着されている、燃料電池である。
好ましくは、前記記載の燃料電池であって、前記カソードガス拡散部材を取り囲むように配置されたカソードガスケットが前記カソード側セパレータに固定されており、前記アノードガス拡散部材を取り囲むように配置されたアノードガスケットが前記アノード側セパレータに固定されている、燃料電池である。

本発明の第１実施形態の燃料電池１を斜め上から見た分解斜視図である。 図１の燃料電池１を斜め下から見た分解斜視図である。 図３Ａは、触媒塗布膜２と支持フレーム３の平面図であり、図３Ｂは、図３Ａ中のＢ－Ｂ断面図であり、図３Ｃは、図３Ｂ中の領域Ｃの拡大図である。 図４Ａは、触媒塗布膜２と支持フレーム３を斜め上から見た斜視図であり、図４Ｂは、ガスケット１１及びカソードガス拡散部材３１を斜め上から見た斜視図であり、図４Ｃは、ガスケット１２及びアノードガス拡散部材３２を斜め上から見た斜視図である。 ガスケット１３及び冷却水拡散部材３３を斜め上から見た斜視図である。 図６Ａは、冷却水・カソードセパレータ２１の冷却水側を斜め上から見た斜視図であり、図６Ｂは、図６Ａ中の領域Ｂの拡大図である。 図７Ａは、冷却水・カソードセパレータ２１のカソード側を斜め下から見た斜視図であり、図７Ｂは、図７Ａ中の領域Ｂの拡大図である。 図８Ａは、アノード・冷却水セパレータ２２のアノード側を斜め上から見た斜視図であり、図８Ｂは、アノード・冷却水セパレータ２２の冷却水側を斜め下から見た斜視図である。 図９Ａは、多孔質体層３１ｃの断面形状を示す模式図であり、図９Ｂは、ガス拡散部材３１の断面形状を示す模式図であり、図９Ｃは、ガス拡散ユニット４１の断面形状を示す模式図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。

１．第１実施形態
図１～図２に示すように、本発明の第１実施形態の燃料電池１は、触媒塗布膜２と、支持フレーム３と、カソードガスケット１１と、アノードガスケット１２と、冷却水ガスケット１３と、冷却水・カソードセパレータ（「カソード側セパレータ」の一例）２１と、アノード・冷却水セパレータ（「アノード側セパレータ）の一例）２２と、カソードガス拡散部材３１と、アノードガス拡散部材３２と、冷却水拡散部材３３を備える。従って、燃料電池１は、冷却水・カソードセパレータ２１と、カソードガス拡散部材３１と、触媒塗布膜２と、アノードガス拡散部材３２と、アノード・冷却水セパレータ２２をこの順に備える。

触媒塗布膜２と、支持フレーム３と、ガスケット１１，１２と、ガス拡散部材３１，３２によって単セル４が構成される。ガスケット１３及び拡散部材３３によって冷却層５が構成される。単セル４の上下に冷却層５が配置されており、単セル４と上下の冷却層５がセパレータ２１，２２によって分離されている。単セル４、セパレータ２１、冷却層５、セパレータ２２によって繰り返し単位が構成される。この繰り返し単位を必要数積層することにより、所望の性能を有する積層セルが得られる。積層セルの上面及び下面には不図示の集電体、絶縁シート、及びエンドプレートを配置することができる。一対のエンドプレートによって各部材を両側から押圧することによって、電気化学積層セルに含まれる部材を互いに密着させて接合させることができる。

図３～図８に示すように、支持フレーム３と、ガスケット１１，１２，１３と、セパレータ２１，２２には、それぞれ、
カソードガス（空気、酸素など）の流通口（入口又は出口）である、カソードガス入口３ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ，２１ａ，２２ａ（以下、「カソードガス入口３ａ等」）及びカソードガス出口３ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，２１ｂ，２２ｂ（以下、「カソードガス出口３ｂ等」）と、
アノードガス（水素など）の流通口である、アノードガス入口３ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，２１ｃ，２２ｃ（以下、「アノードガス入口３ｃ等」）及びアノードガス出口３ｄ，１１ｄ，１２ｄ，１３ｄ，２１ｄ，２２ｄ（以下、「アノードガス出口３ｄ等」）と、
冷却水（「流体」の一例）の流通口である、冷却水入口３ｅ，１１ｅ，１２ｅ，１３ｅ，２１ｅ，２２ｅ（以下、「冷却水入口３ｅ等」）及び冷却水出口３ｆ，１１ｆ，１２ｆ，１３ｆ，２１ｆ，２２ｆ（以下、「冷却水出口３ｆ等」）が設けられている。カソードガス入口３ａ等、カソードガス出口３ｂ等、アノードガス入口３ｃ等、アノードガス出口３ｄ等、冷却水入口３ｅ等、冷却水出口３ｆ等は、それぞれ、互いに連通する。

以下、各構成について詳細に説明する。

図３に示すように、触媒塗布膜２は、電解質膜２ａの一方の面にカソード触媒層２ｂが塗布され、電解質膜２aの他方の面にアノード触媒層２ｃが塗布されて構成される。従って、触媒塗布膜２は、カソードガス拡散部材３１側から順に、カソード触媒層２ｂと、電解質膜２ａと、アノード触媒層２ｃを備える。触媒塗布膜２の周縁部２ｄが支持フレーム３によって支持されている。

図４～図５に示すように、ガスケット１１，１２，１３は、一例では、ゴムなどの弾性材料で形成されたシートであり、それぞれ、拡散部材３１，３２，３３を収容する収容部１１ｇ，１２ｇ，１３ｇを備える。このため、ガスケット１１，１２，１３は、拡散部材３１，３２，３３を取り囲むように配置される。

図４Ｂに示すように、収容部１１ｇは、カソードガス入口１１ａ及びカソードガス出口１１ｂと連通している。収容部１１ｇにはガス拡散部材３１が収容される。これによって、ガス拡散部材３１を容易に位置決めすることができる。ガス拡散部材３１は、カソードガス入口１１ａから供給されたカソードガスを拡散させる部材である。ガス拡散部材３１は、触媒層２ｂ，２ｃに平面視で重なる部位である重畳部３１ａと、重畳部３１ａからカソードガス入口１１ａ及びカソードガス出口１１ｂに向かって突出する突出部３１ｂを備える。このような構成によれば、カソードガス入口１１ａから供給されたカソードガスがスムーズにガス拡散部材３１内に導入される。（ガス拡散部材３１の厚さ／ガスケット１１の厚さ）の値は、例えば０．８～１．２であり、好ましくは、０．９～１．１である。

図４Ｃに示すように、収容部１２ｇは、アノードガス入口１２ｃ及びアノードガス出口１２ｄと連通している。収容部１２ｇにはガス拡散部材３２が収容される。ガス拡散部材３２は、アノードガス入口１２ｃから供給されたアノードガスを拡散させる部材である。ガス拡散部材３２は、触媒層２ｂ，２ｃに平面視で重なる部位である重畳部３２ａと、重畳部３２ａからアノードガス入口１２ｃ及びアノードガス出口１２ｄに向かって突出する突出部３２ｂを備える。このような構成によれば、アノードガス入口１２ｃから供給されたアノードガスがスムーズにガス拡散部材３２内に導入される。

図５に示すように、収容部１３ｇは、冷却水入口１３ｅ及び冷却水出口１３ｆと連通している。収容部１３ｇには拡散部材３３が収容される。拡散部材３３は、冷却水入口１３ｅから供給された冷却水を拡散させる部材であり、例えば多孔質材料で構成される。拡散部材３３は、触媒層２ｂ，２ｃに平面視で重なる部位である重畳部３３ａと、重畳部３３ａから冷却水入口１３ｅ及び冷却水出口１３ｆに向かって突出する突出部３３ｂを備える。このような構成によれば、冷却水入口１３ｅから供給された冷却水がスムーズに拡散部材３３内に導入される。

カソードガス、アノードガス、冷却水は、それぞれ、カソードガス入口３ａ等、アノードガス入口３ｃ等、冷却水入口３ｅ等を通じて供給される。カソードガスは、カソードガス拡散部材３１に供給され、アノードガス拡散部材３２と冷却水拡散部材３３には供給されない。カソードガス拡散部材３１に供給されたカソードガスは、カソードガス出口３ｂ等を通じて排出される。アノードガスは、アノードガス拡散部材３２に供給され、カソードガス拡散部材３１と冷却水拡散部材３３には供給されない。アノードガス拡散部材３２に供給されたアノードガスは、アノードガス出口３ｄ等を通じて排出される。冷却水は、冷却水拡散部材３３に供給され、カソードガス拡散部材３１とアノードガス拡散部材３２には供給されない。冷却水拡散部材３３に供給された冷却水は、冷却水出口３ｆ等を通じて排出される。

セパレータ２１，２２は、チタン、ステンレス等の金属や、炭素材と樹脂の複合材などで形成可能である。

図６～図７に示すように、セパレータ２１は、第１及び第２主面２１ｉ，２１ｊを有する平板部材である。主面２１ｉには、凸条２１ｇが設けられており、主面２１ｊには、凸条２１ｈが設けられている。

図１に示すように、凸条２１ｇは、ガスケット１３に対向しており、凸条２１ｇがガスケット１３に押し付けられることによってシール構造が形成される。凸条２１ｇは、冷却水を主面２１ｉに沿って流通させる流通路２１ｋを形成するように設けられている。

図２に示すように、凸条２１ｈは、ガスケット１１に対向しており、凸条２１ｈがガスケット１１に押し付けられることによってシール構造が形成される。凸条２１ｈは、カソードガスを主面２１ｊに沿って流通させる流通路２１ｌを形成するように設けられている。

図８に示すように、セパレータ２２は、第１及び第２主面２２ｉ，２２ｊを有する平板部材である。主面２２ｉには、凸条２２ｇが設けられており、主面２２ｊには、凸条２２ｈが設けられている。セパレータ２２の構成及び製造方法等は、セパレータ２１と同様である。

図１に示すように、凸条２２ｇは、ガスケット１２に対向しており、凸条２２ｇがガスケット１２に押し付けられることによってシール構造が形成される。凸条２２ｇは、アノードガスを主面２２ｉに沿って流通させる流通路２２ｋを形成するように設けられている。

図２に示すように、凸条２２ｈは、ガスケット１３に対向しており、凸条２２ｈがガスケット１３に押し付けられることによってシール構造が形成される。凸条２２ｈは、冷却水を主面２２ｊに沿って流通させる流通路２２ｌを形成するように設けられている。

ここで、ガス拡散部材３１について、より詳細に説明する。

図９Ｂに示すように、ガス拡散部材３１は、多孔質体層３１ｃと、導電材料層３１ｄと、マイクロポーラス層３１ｅを備える。

多孔質体層３１ｃは、導電性を有する多孔質体で構成されている。多孔質体層３１ｃは、導電性フィラーと樹脂の混合物を含むことが好ましい。樹脂の結着性によって後述する溝３１ｃ２（図９Ａに図示）の形成が容易になる。導電性フィラーは粒子状であっても、繊維状であってもよいが、気孔率を高くする観点では、繊維状であることが好ましい。導電性フィラーは、導電率の観点では、炭素フィラーであることが好ましい。このため、導電性フィラーは、炭素繊維であることが好ましい。混合物中の導電性フィラーの割合は、７０～９９質量％が好ましく、８０～９０質量％がさらに好ましい。この割合は、具体的には例えば、７０、７１、７２，７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９質量％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。樹脂は、燃料電池の動作温度で軟化しないものが好ましく、熱可塑性樹脂が好ましい。

また、多孔質体層３１ｃは、導電性繊維（例：炭素繊維）の織物、紙体、フェルト、不織布といった導電性及び多孔質性を有するシート状材料などの基材からなるであってもよい。より具体的には、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン不織布などが好ましく挙げられる。

多孔質体層３１ｃ気孔率は、３０～８５％が好ましく、５０～８５％がさらに好ましい。気孔率は、（多孔質体層中の気孔の体積）／（多孔質体層の体積）で定められる。この気孔率は、具体的には例えば、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

多孔質体層３１ｃの厚さは、例えば、０．１～１ｍｍであり、０．２～０．６ｍｍが好ましく、具体的には例えば、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０ｍｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

図９Ａに示すように、多孔質体層３１ｃの、セパレータ２１側の面３１ｃ１には、好ましくは、ガス流路となる溝３１ｃ２が設けられていることが好ましい。溝３１ｃ２を設けることによって、ガス拡散の均一性を高めることができる。多孔質体層３１ｃの厚さに対する溝３１ｃ２の深さの値は、例えば、０．１～０．９であり、０．１～０．７が好ましい。多孔質体層３１ｃの厚さに対する溝３１ｃ２の幅の値は、例えば、０．１～０．９であり、０．１～０．７が好ましい。これらの値は、具体的には例えば、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。溝３１ｃ２の深さ及び／又は幅は、溝３１ｃ２が延びる方向に沿って一定であってもよく、変化してもよい。溝３１ｃ２の形状としては、例えば、ジグザグ状、正弦波状、矩形波状、格子状などが挙げられる。溝３１ｃ２の数は、１つであっても複数であってもよい。溝３１ｃ２は、カソードガス入口３ａ側の端面からカソードガス出口３ｂ側の端面まで連続的に延びるように設けてもよく、この間の一部の領域に設けてもよい。

多孔質体層３１ｃの、セパレータ２１側の面３１ｃ１には、多孔質体の孔に起因する多数の凹部３１ｃ３が存在している。このため、多孔質体層３１ｃをセパレータ２１に直接接触させると、凹部３１ｃ３の分だけ接触面積が小さくなり、多孔質体層３１ｃとセパレータ２１の間の接触抵抗が大きくなってしまう。

そこで、本実施形態では、多孔質体層３１ｃの、セパレータ２１側の面３１ｃ１に導電材料層３１ｄを配置している。導電材料層３１ｄは、導電材料で構成されており、多孔質体層３１ｃを構成する多孔質体の孔に（つまり、多孔質体の孔に起因する凹部３１ｃ３に）導電材料が充填されるように設けられる。これによって、図９Ｂに示すように、面３１ｃ１が平坦化されて、多孔質体層３１ｃとセパレータ２１の間の接触抵抗が低減される。

導電材料層３１ｄの気孔率は、多孔質体層３１ｃの、導電材料層３１ｄ以外の部位の気孔率よりも小さく、例えば０～２０％であり、０～１０％が好ましい。この気孔率は、具体的には例えば、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

導電材料層３１ｄの厚さは、例えば、１～１００μｍであり、１～６０μｍが好ましく、５～３０μｍがさらに好ましい。導電材料層３１ｄが薄すぎると接触抵抗低減効果が不十分な場合があり、厚すぎるとガス拡散を阻害する虞がある。この厚さは、具体的には例えば、１、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、７０、８０、９０，１００μｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

導電材料層３１ｄのうち、多孔質体層３１ｃ内に形成されている部位の厚さをＴ１、多孔質体層３１ｃ外に形成されている部位の厚さをＴ２とすると、Ｔ２／Ｔ１は、０．５以下が好ましく、０．３以下がさらに好ましく、０．１以下がさらに好ましい。Ｔ２が大きいと、導電材料層３１ｄの抵抗によって内部抵抗が大きくなる場合があるからである。Ｔ２／Ｔ１は、具体的には例えば、０、０．０１、０．０５、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

導電材料層３１ｄは、多孔質体層３１ｃの面３１ｃ１に導電材料を塗布して硬化させることによって形成することができる。導電材料を硬化させる際に多孔質体層３１ｃの表面に、セパレータ２１又は別の部材の平坦面を押し付けることが好ましい。これによって、導電材料層３１ｄの表面を平坦にすることができる。

導電材料が接着性を有する材料である場合、導電材料の塗布後の多孔質体層３１ｃの面３１ｃ１にセパレータ２１を押し付け、その状態で導電材料を硬化させることにより、図９Ｃに示すように、導電材料を介してガス拡散部材３１とセパレータ２１を接着してユニット化したカソードガス拡散ユニット４１が得られる。ガス拡散部材３１とセパレータ２１を接着させると、接触抵抗を特に低減できることに加えて、燃料電池の部品点数が減るので、組み立て作業の工数を低減することができる。ガス拡散ユニット４１のセパレータ２１には、ガスケット１１を固定してもよい。これによって、部品点数をさらに減らすことができる。

導電材料は、導電性を有する材料であり、且つ多孔質体層３１ｃを構成する多孔質体の孔に充填可能な材料である。導電材料は、一例では、樹脂中に導電性粒子が分散されて構成される。導電性粒子は、多孔質体の孔径の１／２以下の直径を有することが好ましい。この場合に、導電性粒子が多孔質体の孔内に充填されやすいからである。樹脂は、導電材料を多孔質体層３１ｃの塗布した後に硬化させることができるものが好ましい。硬化は、加熱硬化、光硬化、常温硬化の何れであってもよい。導電材料を介してガス拡散部材３１とセパレータ２１を接着させてガス拡散ユニットにする場合は、１００℃以下で硬化させることが好ましい。硬化温度が高すぎると、ガス拡散部材３１とセパレータ２１の線膨張係数の差異によってガス拡散ユニットに反りが生じる場合があるからである。硬化温度は、例えば、０～１００℃であり、具体的には例えば、０、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００℃であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。導電性粒子は、導電率や入手容易性の観点から、炭素粒子であることが好ましく、カーボンブラックであることが好ましい。

また、導電材料は、導電性高分子で構成してもよい。この場合、導電性粒子の添加が不要である。

マイクロポーラス層３１ｅは、多孔質体層３１ｃの、触媒層２ｂ側の面３１ｃ４に設けられている。マイクロポーラス層３１ｅは、導電性を有し、かつ多孔質体層３１ｃよりも微細な孔を有する層である。マイクロポーラス層３１ｅを設けることによって、触媒層２ｂでの反応によって生じた水が除去されやすくなる。マイクロポーラス層３１ｅは、導電材料層３１ｄよりも透気度が高い。透気度は、ＪＩＳ Ｐ ８１１７：２００９に準拠して測定することができる。マイクロポーラス層３１ｅの気孔率は、導電材料層３１ｄよりも高いことが好ましい。マイクロポーラス層３１ｅは、導電性フィラーと樹脂の混合物を含むことが好ましい。混合物中の樹脂の割合や導電性フィラーのサイズを変化させることによって、マイクロポーラス層３１ｅの透気度や気孔率を調整することができる。マイクロポーラス層３１ｅは不要な場合には省略可能である。

ガス拡散部材３２は、ガス拡散部材３１と同様に構成可能である。ガス拡散部材３２に導電材料層を設けることによって、ガス拡散部材３２とセパレータ２２の間の接触抵抗を低減することができる。また、導電材料を介してガス拡散部材３２をセパレータ２２に接着してアノードガス拡散ユニットとしてもよい。アノードガス拡散ユニットのセパレータ２２には、ガスケット１２を固定してもよい。

２．その他の実施形態
・第１実施形態では、１つの単セル４ごとに冷却層５を設けているが、複数の単セル４ごとに冷却層５を設けてもよい。この場合、２つの単セル４の間には、アノード・カソードセパレータが設けられる。アノード・カソードセパレータには、ガス拡散部材３１，３２が接触するので、第１実施形態と同様の構成によって、接触抵抗が低減可能である。アノード・カソードセパレータは、ガス拡散部材３１側から見ると、カソード側セパレータであり、ガス拡散部材３２側から見ると、アノード側セパレータである。
・上記実施形態では、セパレータに設けた凸条をガスケットに押し付けることによってシール構造を実現したが、シール構造は、別の方法で実現してもよい。例えば、セパレータに設けた溝内にガスケット（パッキン、Ｏリングなどのシール材）を配置することによってシール構造を実現してもよい。

１：燃料電池、２：触媒塗布膜、２ａ：電解質膜、２ｂ：カソード触媒層、２ｃ：アノード触媒層、２ｄ：周縁部、３：支持フレーム、３ａ：カソードガス入口、３ｂ：カソードガス出口、３ｃ：アノードガス入口、３ｄ：アノードガス出口、３ｅ：冷却水入口、３ｆ：冷却水出口、４：単セル、５：冷却層、１１：カソードガスケット、１１ａ：カソードガス入口、１１ｂ：カソードガス出口、１１ｃ：アノードガス入口、１１ｄ：アノードガス出口、１１ｅ：冷却水入口、１１ｆ：冷却水出口、１１ｇ：収容部、１２：アノードガスケット、１２ａ：カソードガス入口、１２ｂ：カソードガス出口、１２ｃ：アノードガス入口、１２ｄ：アノードガス出口、１２ｅ：冷却水入口、１２ｆ：冷却水出口、１２ｇ：収容部、１３：冷却水ガスケット、１３ａ：カソードガス入口、１３ｂ：カソードガス出口、１３ｃ：アノードガス入口、１３ｄ：アノードガス出口、１３ｅ：冷却水入口、１３ｆ：冷却水出口、１３ｇ：収容部、２１：カソードセパレータ、２１ａ：カソードガス入口、２１ｂ：カソードガス出口、２１ｃ：アノードガス入口、２１ｄ：アノードガス出口、２１ｅ：冷却水入口、２１ｆ：冷却水出口、２１ｇ：凸条、２１ｈ：凸条、２１ｉ：第１主面、２１ｊ：第２主面、２１ｋ：流通路、２１ｌ：流通路、２２：冷却水セパレータ、２２ａ：カソードガス入口、２２ｂ：カソードガス出口、２２ｃ：アノードガス入口、２２ｄ：アノードガス出口、２２ｅ：冷却水入口、２２ｆ：冷却水出口、２２ｇ：凸条、２２ｈ：凸条、２２ｉ：第１主面、２２ｊ：第２主面、２２ｋ：流通路、２２ｌ：流通路、３１：カソードガス拡散部材、３１ａ：重畳部、３１ｂ：突出部、３１ｃ：多孔質体層、３１ｃ１：面、３１ｃ２：溝、３１ｃ３：凹部、３１ｃ４：面、３１ｄ：導電材料層、３１ｅ：マイクロポーラス層、３２：アノードガス拡散部材、３２ａ：重畳部、３２ｂ：突出部、３３：冷却水拡散部材、３３ａ：重畳部、３３ｂ：突出部、４１：カソードガス拡散ユニット、Ｂ：領域、Ｃ：領域

Claims (8)

1. 燃料電池のセパレータと触媒層の間に配置されるガス拡散部材と、前記セパレータを備えるガス拡散ユニットであって、
   前記ガス拡散部材は、多孔質体層と、導電材料層を備え、
   前記多孔質体層は、導電性を有する多孔質体で構成され、
   前記導電材料層は、導電材料で構成され、
   前記導電材料層は、前記多孔質体層の、前記セパレータ側の面に配置され、且つ前記多孔質体の孔に前記導電材料が充填されるように設けられ、
   前記ガス拡散部材は、前記導電材料を介して前記セパレータに接着されている、ガス拡散ユニット。
2. 請求項１に記載のガス拡散ユニットであって、
   前記多孔質体層は、前記セパレータ側の面にガス流路となる溝を備える、ガス拡散ユニット。
3. 請求項１又は請求項２に記載のガス拡散ユニットであって、
   前記多孔質体層の、前記触媒層側の面に、マイクロポーラス層が設けられている、ガス拡散ユニット。
4. 請求項１～請求項３の何れか１つに記載のガス拡散ユニットであって、
   前記導電材料は、樹脂中に導電性粒子が分散されて構成されている、ガス拡散ユニット。
5. 請求項１～請求項４の何れか１つに記載のガス拡散ユニットであって、
   前記導電材料層は、厚さが１～１００μｍである、ガス拡散ユニット。
6. 請求項１～請求項５の何れか１つに記載のガス拡散ユニットであって、
   前記ガス拡散部材を取り囲むように配置されたガスケットが前記セパレータに固定されている、ガス拡散ユニット。
7. カソードガス拡散ユニットと、触媒塗布膜と、アノードガス拡散ユニットをこの順に備える燃料電池であって、
   前記触媒塗布膜は、前記カソードガス拡散ユニット側から順に、カソード触媒層と、電解質膜と、アノード触媒層を備え、
   前記カソードガス拡散ユニット及び前記アノードガス拡散ユニットは、それぞれ、請求項１～請求項６の何れか１つに記載のガス拡散ユニットである、燃料電池。
8. 請求項７ に記載の燃料電池であって、
   前記カソードガス拡散ユニットの前記ガス拡散部材を取り囲むように配置されたカソードガスケットが前記カソードガス拡散ユニットの前記セパレータに固定されており、
   前記アノードガス拡散ユニットの前記ガス拡散部材を取り囲むように配置されたアノードガスケットが前記アノードガス拡散ユニットの前記セパレータに固定されている、燃料電池。

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