(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロポーラス部［Ａ］ 、電極基材、マイクロポーラス部［Ｂ］が、この順番で配置されてなり、マイクロポーラス部［Ａ］の面積率が５〜７０％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ｂ］の面積率が８０〜１００％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ａ］がパターンを形成していることを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極基材。
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合（％）である。
【請求項２】
マイクロポーラス部［Ａ］ 、電極基材、マイクロポーラス部［Ｂ］が、この順番で配置されてなり、マイクロポーラス部［Ａ］の面積率が５〜７０％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ｂ］の面積率が８０〜１００％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ａ］はマイクロポーラス部が電極基材の表面に多数設けられていることによって形成されてなることを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極基材。
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合（％）である。
【請求項３】
マイクロポーラス部［Ａ］ 、電極基材、マイクロポーラス部［Ｂ］が、この順番で配置されてなり、マイクロポーラス部［Ａ］の面積率が５〜７０％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ｂ］の面積率が８０〜１００％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ａ］はランダムな形状であることを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極基材。
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合（％）である。
【請求項４】
マイクロポーラス部［Ａ］が平均線幅０．１〜５ｍｍの線状のマイクロポーラス部の集合体からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散電極基材。
【請求項５】
マイクロポーラス部［Ａ］が、ストライプ状、あるいは格子状である、請求項１または２に記載の燃料電池用ガス拡散電極基材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散電極基材の製造方法であって、マイクロポーラス部［Ａ］がスクリーン印刷またはグラビア印刷により形成される、燃料電池用ガス拡散電極基材の製造方法。
【請求項７】
電解質膜の両側に触媒層を有し、さらに前記触媒層の外側にガス拡散電極基材を有する膜電極接合体であって、該ガス拡散電極基材の少なくとも一方が請求項１〜５のいずれかに記載のガス拡散電極基材である、膜電極接合体。
【請求項８】
前記ガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ｂ］が前記触媒層に接する、請求項７に記載の膜電極接合体。
【請求項９】
請求項８に記載の膜電極接合体の両側にセパレータを有する、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、特に固体高分子型燃料電池に好適に用いられるガス拡散電極基材に関する。より詳しくは、耐フラッディング性、耐プラッギング性に優れ、なおかつ耐ドライアップ性に優れ、低温から高温の広い温度範囲にわたって高い発電性能を発現可能であり、さらには、機械特性、導電性、熱伝導性が優れるガス拡散電極基材に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素を含む燃料ガスをアノードに供給し、酸素を含む酸化ガスをカソードに供給して、両極で起こる電気化学反応によって起電力を得る固体高分子型燃料電池は、一般的に、セパレータ、ガス拡散電極基材、触媒層、電解質膜、触媒層、ガス拡散電極基材、セパレータを順に積層して構成される。ガス拡散電極基材にはセパレータから供給されるガスを触媒層へと拡散するための高いガス拡散性、電気化学反応に伴って生成する水をセパレータへ排出するための高い排水性、発生した電流を取り出すための高い導電性が必要であり、炭素繊維などからなる電極基材が広く用いられている。【０００３】
しかしながら課題として、（１）固体高分子型燃料電池を７０℃未満の比較的低い温度かつ高電流密度領域において作動させる場合、大量に生成する液水で電極基材が閉塞し、燃料ガスの供給が不足する結果、発電性能が低下する問題（以下、フラッディングと記載）、（２）固体高分子型燃料電池を７０℃未満の比較的低い温度かつ高電流密度領域において作動させる場合、大量に生成する液水でセパレータのガス流路（以下、流路と記載）が閉塞し、燃料ガスの供給が不足する結果、瞬間的に発電性能が低下する問題（以下、プラッギングと記載）（３）８０℃以上の比較的高い温度で作動させる場合、水蒸気拡散により電解質膜が乾燥し、プロトン伝導性が低下する結果、発電性能が低下する問題（以下、ドライアップと記載）が知られている。これら（１）〜（３）の問題を解決するために多くの取り組みがなされている。【０００４】
特許文献１では、電極基材の触媒層側にカーボンブラックおよび疎水性樹脂からなるマイクロポーラス部を形成したガス拡散電極基材が提案されている。このガス拡散電極基材を用いた燃料電池によれば、マイクロポーラス部が撥水性を有する小さな細孔構造を形成するため、液水のカソード側への排出が抑えられ、フラッディングが抑制される傾向にある。また、生成水が電解質膜側に押し戻される（以下、逆拡散と記載）ため、電解質膜が湿潤しドライアップが抑制される傾向にある。【０００５】
特許文献２および特許文献３では、電極基材の両面にカーボンブラック、疎水性樹脂からなるマイクロポーラス部を形成したガス拡散電極基材を用いる燃料電池が提案されている。このガス拡散電極基材を用いた燃料電池によれば、セパレータ側のマイクロポーラス部が平滑で高い撥水性を有することにより、流路で液水が滞留しにくくなり、プラッギングが抑制される。また、触媒層側のマイクロポーラス部により生成水の逆拡散が促進され、加えてセパレータ側のマイクロポーラス部により水蒸気拡散が抑えられる結果、電解質膜が湿潤しドライアップが抑制される。【０００６】
特許文献４では電極基材の触媒層側にカーボンブラックおよび疎水性樹脂からなるマイクロポーラス部を形成し、前記マイクロポーラス部が島状または格子状であるガス拡散電極基材が提案されている。このガス拡散電極基材を用いた燃料電池によれば、マイクロポーラス部のない空隙部分から反応ガスを触媒層へスムーズに供給できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１２３８４２号公報
【特許文献２】特開平９−２４５８００号公報
【特許文献３】特開２００８−２９３９３７号公報
【特許文献４】特開２００４−１６４９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の技術には、フラッディング、ドライアップの抑制はまだ不十分であり、プラッギングは何ら改善されないという問題がある。【０００９】
また、特許文献２や３に記載の技術には、セパレータ側のマイクロポーラス部により電極基材からセパレータへの排水が阻害されるため、フラッディングが顕著になるという問題がある。【００１０】
また、特許文献４に記載の技術には、マイクロポーラス部のない空隙部分があるため生成水の逆拡散が不十分であり、ドライアップしやすいという問題を有している。さらに、マイクロポーラス部と触媒層との接触面が平滑でないために、接触電気抵抗が大きくなり、低温から高温にわたる発電性能が低下するという問題もある。【００１１】
このような多くの技術が提案されているが、耐フラッディング性、耐プラッギング性に優れ、なおかつ耐ドライアップ性に優れたガス拡散電極基材はまだ見出されていない。【００１２】
そこで、本発明の目的は、耐フラッディング・プラッギング性に優れ、なおかつ耐ドライアップ性に優れ、低温から高温の広い温度範囲にわたって高い発電性能を発現可能であり、さらには、機械特性、導電性、熱伝導性が優れるガス拡散電極基材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは鋭意研究を行った結果、電極基材の両面にマイクロポーラス部を形成したガス拡散電極基材において、片面側のマイクロポーラス部の面積率を適度に小さく、反対面側のマイクロポーラス部の面積率を大きくすることにより、プラッギングおよびドライアップを抑制する効果を何ら損なうことなく、電極基材からの排水を阻害しないようにでき、耐フラッディング性を大幅に改善できることを見出した。これにより、耐フラッディング性、耐プラッキング性、耐ドライアップ性を両立し得るようになり、本発明を完成するに至った。【００１４】
電極基材の片面側のマイクロポーラス部をマイクロポーラス部［Ａ］、反対面側のマイクロポーラス部をマイクロポーラス部［Ｂ］と称する。【００１５】
本発明のガス拡散電極基材は、マイクロポーラス部［Ａ］、電極基材、マイクロポーラス部［Ｂ］が、この順番で配置されてなり、マイクロポーラス部［Ａ］の面積率が５〜７０％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ｂ］の面積率が８０〜１００％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ａ］がパターンを形成しているか、マイクロポーラス部［Ａ］はマイクロポーラス部が電極基材の表面に多数設けられていることによって形成されてなるか、マイクロポーラス部［Ａ］はランダムな形状であることを特徴とする。
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合（％）である。
【００１６】
従来技術では両面ともにマイクロポーラス部の全面塗工しかなされておらず、両面のマイクロポーラス部を別々に制御して、耐フラッディング性、耐プラッギング性、耐ドライアップ性を両立するという考え方は見出されておらず、容易に導き出されるものではない。【００１７】
また、本発明のガス拡散電極基材の製造方法は、次のような手段を採用するものである。すなわち、電極基材のマイクロポーラス部［Ｂ］を有する面とは反対の面にマイクロポーラス部［Ａ］をスクリーン印刷またはグラビア印刷により形成することを特徴とする前記ガス拡散電極基材の製造方法である。【００１８】
前記課題を解決するために、本発明の膜電極接合体は、電解質膜の両側に触媒層を有し、さらに前記触媒層の外側に前記燃料電池用ガス拡散電極基材を有し、本発明の燃料電池は、前記膜電極接合体の両側にセパレータを有する。【００１９】
すなわち、本発明は、以下の要素を具備するものである。
（１）マイクロポーラス部［Ａ］ 、電極基材、マイクロポーラス部［Ｂ］が、この順番で配置されてなり、マイクロポーラス部［Ａ］の面積率が５〜７０％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ｂ］の面積率が８０〜１００％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ａ］がパターンを形成していることを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極基材。
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合（％）である。
（２）マイクロポーラス部［Ａ］ 、電極基材、マイクロポーラス部［Ｂ］が、この順番で配置されてなり、マイクロポーラス部［Ａ］の面積率が５〜７０％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ｂ］の面積率が８０〜１００％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ａ］はマイクロポーラス部が電極基材の表面に多数設けられていることによって形成されてなることを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極基材。
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合（％）である。
（３）マイクロポーラス部［Ａ］ 、電極基材、マイクロポーラス部［Ｂ］が、この順番で配置されてなり、マイクロポーラス部［Ａ］の面積率が５〜７０％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ｂ］の面積率が８０〜１００％の範囲内であり、マイクロポーラス部［Ａ］はランダムな形状であることを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極基材。
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合（％）である。
（４）マイクロポーラス部［Ａ］が平均線幅０．１〜５ｍｍの線状のマイクロポーラス部の集合体からなる、（１）〜（３）のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散電極基材。
（５）マイクロポーラス部［Ａ］が、ストライプ状、あるいは格子状である、（１）または（２）に記載の燃料電池用ガス拡散電極基材。
（６）（１）〜（５）のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散電極基材の製造方法であって、マイクロポーラス部［Ａ］がスクリーン印刷またはグラビア印刷により形成される、燃料電池用ガス拡散電極基材の製造方法。
（７）電解質膜の両側に触媒層を有し、さらに前記触媒層の外側にガス拡散電極基材を有する膜電極接合体であって、該ガス拡散電極基材の少なくとも一方が（１）〜（５）のいずれかに記載のガス拡散電極基材である、膜電極接合体。
（８）前記ガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ｂ］が前記触媒層に接する、（７）に記載の膜電極接合体。
（９）（８）に記載の膜電極接合体の両側にセパレータを有する、燃料電池。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のガス拡散電極基材は、マイクロポーラス部［Ａ］およびマイクロポーラス部［Ｂ］を有するため、耐プラッギング性および耐ドライアップ性が高く、マイクロポーラス部［Ａ］の面積率が５〜７０％の範囲内であるため電極基材からの排水性が良好であり、耐フラッディング性が高い。電極基材にはカーボンペーパーなどを用いることができるため本発明のガス拡散電極基材は機械強度、導電性、熱伝導性も良好である。本発明のガス拡散電極基材を用いると、低温から高温の広い温度範囲にわたって高い発電性能を発現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のマイクロポーラス部［Ａ］のパターンの一態様である。
【図２】本発明のマイクロポーラス部［Ａ］のパターンの一態様である。
【図３】本発明のマイクロポーラス部［Ａ］のパターンの一態様である。
【図４】本発明のマイクロポーラス部［Ａ］のパターンの一態様である。
【図５】本発明のマイクロポーラス部［Ａ］のパターンの一態様である。
【図６】本発明のマイクロポーラス部［Ａ］のパターンの一態様である。
【図７】本発明のマイクロポーラス部［Ａ］のパターンの一態様である。
【図８】本発明のマイクロポーラス部［Ａ］のパターンの一態様である。
【図９】本発明のマイクロポーラス部［Ａ］のパターンの一態様である。
【図１０】本発明のマイクロポーラス部［Ａ］のパターンの一態様である。
【図１１】本発明のマイクロポーラス部［Ａ］のパターンの一態様である。
【図１２】本発明のガス拡散電極基材の構成例を示す模式図（断面図）である。
【図１３】本発明のガス拡散電極基材の構成例を示す模式図（マイクロポーラス部［Ａ］側から見た鳥瞰図）である。
【図１４】本発明のガス拡散電極基材の構成例を示す模式図（マイクロポーラス部［Ａ］側から見た鳥瞰図）である。
【図１５】本発明の膜電極接合体の構成例を示す模式図（断面図）である。
【図１６】本発明において、特に好ましい膜電極接合体の構成例を示す模式図（断面図）である。
【図１７】本発明の燃料電池の構成例を示す模式図（断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明のガス拡散電極基材は、マイクロポーラス部［Ａ］、電極基材、マイクロポーラス部［Ｂ］が、この順番で隣接して配置されてなる。以下、各構成要素について、説明する。なお、本発明において、カーボンペーパーなどのみからなり、マイクロポーラス部を設けない基材を「電極基材」と称し、電極基材にマイクロポーラス部を設けた基材を「ガス拡散電極基材」と称する。
【００２３】
まず、本発明の構成要素である電極基材について説明する。
【００２４】
本発明において、電極基材は、セパレータから供給されるガスを触媒へと拡散するための高いガス拡散性、電気化学反応に伴って生成する水をセパレータへ排出するための高い排水性、発生した電流を取り出すための高い導電性が必要である。このため、導電性を有し、平均細孔径が１０〜１００μｍの多孔体を用いることが好ましい。より具体的には、例えば、炭素繊維織物、炭素繊維抄紙体、炭素繊維不織布などの炭素繊維を含む多孔体、発砲焼結金属、金属メッシュ、エキスパンドメタルなどの金属多孔体を用いることが好ましい。中でも、耐腐食性が優れることから、炭素繊維を含む多孔体を用いることが好ましく、さらには、電解質膜の厚み方向の寸法変化を吸収する特性、すなわち「ばね性」に優れることから、炭素繊維抄紙体を炭化物で結着してなる基材、すなわち「カーボンペーパー」を用いることが好ましい。本発明において、炭素繊維抄紙体を炭化物で結着してなる基材は、通常、後述するように、炭素繊維の抄紙体に樹脂を含浸し炭素化することにより得られる。
【００２５】
炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が挙げられる。なかでも、機械強度に優れることから、ＰＡＮ系、ピッチ系炭素繊維が本発明において好ましく用いられる。
【００２６】
本発明における炭素繊維は、単繊維の平均直径が３〜２０μｍの範囲内であることが好ましく、５〜１０μｍの範囲内であることがより好ましい。平均直径が３μｍ以上であると、細孔径が大きくなり排水性が向上し、フラッディングを抑制することができる。一方、平均直径が２０μｍ以下であると、水蒸気拡散性が小さくなり、ドライアップを抑制することができる。また、異なる平均直径を有する２種類以上の炭素繊維を用いると、電極基材の表面平滑性を向上できるために好ましい。
【００２７】
ここで、炭素繊維における単繊維の平均直径は、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡で、炭素繊維を１０００倍以上に拡大して写真撮影を行い、無作為に異なる３０本の単繊維を選び、その直径を計測し、その平均値を求めたものである。走査型電子顕微鏡としては、（株）日立製作所製Ｓ−４８００、あるいはその同等品を用いることができる。
【００２８】
本発明における炭素繊維は、単繊維の平均長さが３〜２０ｍｍの範囲内にあることが好ましく、５〜１５ｍｍの範囲内にあることがより好ましい。平均長さが３ｍｍ以上であると、電極基材が機械強度、導電性、熱伝導性が優れたものとなり好ましい。一方、平均長さが２０ｍｍ以下であると、抄紙の際の炭素繊維の分散性が優れ、均質な電極基材が得られるために好ましい。かかる平均長さを有する炭素繊維は、連続した炭素繊維を所望の長さにカットする方法などにより得られる。
【００２９】
ここで、炭素繊維の平均長さは、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡で、炭素繊維を５０倍以上に拡大して写真撮影を行い、無作為に異なる３０本の単繊維を選び、その長さを計測し、その平均値を求めたものである。走査型電子顕微鏡としては、（株）日立製作所製Ｓ−４８００、あるいはその同等品を用いることができる。なお、炭素繊維における単繊維の平均直径や平均長さは、通常、原料となる炭素繊維についてその炭素繊維を直接観察して測定されるが、電極基材を観察して測定しても良い。
【００３０】
本発明において、電極基材の密度が０．２〜０．４ｇ／ｃｍ３の範囲内であることが好ましく、０．２２〜０．３５ｇ／ｃｍ３の範囲内であることがより好ましく、さらには０．２４〜０．３ｇ／ｃｍ３の範囲内であることが好ましい。密度が０．２ｇ／ｃｍ３以上であると、水蒸気拡散性が小さく、ドライアップを抑制することができる。また、電極基材の機械特性が向上し、電解質膜、触媒層を十分に支えることができる。加えて、導電性が高く、高温、低温のいずれにおいても発電性能が向上する。一方、密度が０．４ｇ／ｃｍ３以下であると、排水性が向上し、フラッディングを抑制することができる。かかる密度を有する電極基材は、後述する製法において、予備含浸体における炭素繊維目付、炭素繊維に対する樹脂成分の配合量、および、電極基材の厚さを制御することにより得られる。なお、本発明において、炭素繊維を含む抄紙体に、樹脂組成物を含浸したものを「予備含浸体」と記載する。なかでも、予備含浸体における炭素繊維目付、炭素繊維に対する樹脂成分の配合量を制御することが有効である。ここで、予備含浸体の炭素繊維目付を小さくすることにより低密度の基材が得られ、炭素繊維目付を大きくすることにより高密度の基材が得られる。また、炭素繊維に対する樹脂成分の配合量を小さくすることにより低密度の基材が得られ、樹脂成分の配合量を大きくすることにより高密度の基材が得られる。また、電極基材の厚さを大きくすることにより低密度の基材が得られ、厚さを小さくすることにより高密度の基材が得られる。
【００３１】
ここで、電極基材の密度は、電子天秤を用いて秤量した電極基材の目付（単位面積当たりの質量）を、面圧０．１５ＭＰａで加圧した際の電極基材の厚みで除して求めることができる。
【００３２】
本発明において、電極基材の細孔径が３０〜８０μｍの範囲内であることが好ましく、４０〜７５μｍの範囲内であることがより好ましく、さらには５０〜７０μｍの範囲内であることが好ましい。細孔径が３０μｍ以上であると、排水性が向上し、フラッディングを抑制することができる。細孔径が８０μｍ以下であると、導電性が高く、高温、低温のいずれにおいても発電性能が向上する。かかる細孔径の範囲に設計するには、単繊維の平均直径が３μｍ以上８μｍ以下である炭素繊維と、単繊維の平均直径が８μｍを越える炭素繊維の両方を含むことが有効である。
【００３３】
ここで、電極基材の細孔径は、水銀圧入法により、測定圧力６ｋＰａ〜４１４ＭＰａ（細孔径３０ｎｍ〜４００μｍ）の範囲で測定して得られる細孔径分布のピーク径を求めたものである。なお、複数のピークが現れる場合は、最も高いピークのピーク径を採用する。測定装置としては、島津製作所社製オートポア９５２０、あるいはその同等品を用いることができる。
【００３４】
本発明において、電極基材の厚さは６０〜２００μｍであることが好ましい。より好ましくは７０〜１６０μｍであり、さらに好ましくは８０〜１１０μｍである。電極基材の厚みが６０μｍ以上であると、機械強度が高くなりハンドリングが容易となる。２００μｍ以下であると、電極基材の断面積が小さくなり、セパレータ流路の液水を流すガス量が多くなるため、プラッギングを抑制することができる。また、排水のためのパスが短くなり、フラッディングを抑制することができる。
【００３５】
ここで、電極基材の厚さは、面圧０．１５ＭＰａで加圧した状態で、マイクロメーターを用いて求めることができる。
【００３６】
次に、本発明の構成要素であるマイクロポーラス部［Ａ］、［Ｂ］について説明する。
【００３７】
マイクロポーラス部［Ａ］および［Ｂ］は、図１１のように、電極基材の両側にそれぞれ設けられる。本発明では、電極基材の全面がマイクロポーラス部によって覆われる必要はない。つまり、図１３や図１４に示すように、電極基材の表面の少なくとも一部がマイクロポーラス部で覆われていれば良い。ここで、マイクロポーラス部とは、内部に孔を有する多孔質体を指す。図１３や図１４では、このようなマイクロポーラス部が電極基材の表面に多数設けられることによって、マイクロポーラス部［Ａ］が形成されている。もちろん、マイクロポーラス部［Ｂ］も、後述の面積率の数値範囲を満足する限り、図１３や図１４のような態様を採っても良い。
【００３８】
マイクロポーラス部［Ａ］は、その面積率が５〜７０％の範囲内、マイクロポーラス部［Ｂ］は、その面積率が８０〜１００％の範囲内である必要がある。ここで、面積率とは、ガス拡散電極基材の片表面における、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合（％）を指し、次式により算出する。
面積率（％）＝マイクロポーラス部で覆われている面積／電極基材の面積×１００
ここで面積率は、例えば、次の手順にしたがって求めることができる。
【００３９】
まず、ガス拡散電極基材の片表面をデジタルカメラ、デジタルマイクロスコープなどで写真撮影を行い、画像を得る。ここで、デジタルマイクロスコープとしては、キーエンス（株）製デジタルＨＤマイクロスコープＶＨ−７０００、あるいはその同等品を用いることができる。ガス拡散電極基材から無作為に異なる１０箇所を選び、各々３ｃｍ×３ｃｍ程度の範囲で写真撮影を行うことが好ましい。次に、得られた画像を用い、マイクロポーラス部で覆われている部分と、マイクロポーラス部で覆われていない部分とに二値化する。二値化の方法は様々あり、マイクロポーラス部で覆われている部分とマイクロポーラス部で覆われていない部分とを明確に判別できる場合は目視にて判別する方法を採用しても良いが、本発明においては画像処理ソフトなどを用いる方法を採用することが好ましい。ここで、画像処理ソフトとしては、Ａｄｏｂｅ  Ｓｙｓｔｅｍ社製Ａｄｏｂｅ  Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ（登録商標）を用いることができる。それぞれの画像で、電極基材の面積（マイクロポーラス部で覆われている部分と、マイクロポーラス部で覆われていない部分の面積の和）に対するマイクロポーラス部で覆われた面積の割合（％）を算出し、その平均値を求める。
【００４０】
一方、ガス拡散電極基材を用いて、膜電極接合体などの状態にした後に測定する場合は、面積率は次の手順にしたがって求めることができる。まず、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡で、ガス拡散電極基材断面から無作為に異なる１００箇所を選び、各々４０倍程度で拡大して写真撮影を行い、画像を得る。ここで、走査型電子顕微鏡としては、（株）日立製作所製Ｓ−４８００、あるいは同等品を用いることができる。次に、得られた画像を用い、それぞれの画像で、マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の各々に対して、電極基材表面がマイクロポーラス部で覆われている面積の割合（％）を計測し、その平均値を求める。
【００４１】
マイクロポーラス部［Ａ］は、その面積率が５〜７０％であることにより、流路で液水が滞留しにくくなり、プラッギングを抑制することができる。同時に、その面積率が小さいため、面直ガス拡散、排水を阻害しないようにでき、耐フラッディング性を大幅に改善できる。マイクロポーラス部［Ａ］の面積率は１０〜６０％であることがより好ましく、２０〜４０％であるとさらに好ましい。マイクロポーラス部［Ａ］の面積率が７０％以下であると、マイクロポーラス部［Ａ］が電極基材の表面を覆う割合が高すぎず、面直ガス拡散性と排水性が確保され、フラッディングが抑制できる。マイクロポーラス部［Ａ］の面積率が５％以上であると、流路で液水が滞留しにくくなり、プラッギングが抑制できるとともに、生成水の逆拡散が促進されるためドライアップも抑制される。
【００４２】
マイクロポーラス部［Ｂ］は、その面積率が８０〜１００％であることにより、生成水の逆拡散を促進できるためドライアップを抑制できる。また、ガス拡散電極基材を用いて膜電極接合体を構成し、さらに当該膜電極接合体を用いて燃料電池を構成した際に、ガス拡散電極基材と触媒層もしくはセパレータとの間の接触面積が大きくなり、接触電気抵抗を低減することができる。マイクロポーラス部［Ｂ］によって、電極基材の表面凹凸が覆われ平滑となるためである。
【００４３】
マイクロポーラス部［Ａ］およびマイクロポーラス部［Ｂ］は、炭素質粉末と疎水性樹脂を用いてなることが好ましい。換言すれば、マイクロポーラス部［Ａ］およびマイクロポーラス部［Ｂ］を構成するマイクロポーラス部は、炭素質粉末と疎水性樹脂を用いてなることが好ましい。炭素質粉末としては例えばカーボンブラック、黒鉛粉、カーボンナノファイバー、炭素繊維ミルドファイバーなどが挙げられる。そのなかでも、取り扱いのしやすさからカーボンブラックを用いるのが好ましい。カーボンブラックの分類にはファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラックなどが含まれる。疎水性樹脂としては、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレンとパーフルオロプロピルビニルエーテルの共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素樹脂が挙げられる。
【００４４】
マイクロポーラス部［Ａ］およびマイクロポーラス部［Ｂ］（ならびに、それらを構成するマイクロポーラス部）は、炭素質粉末１００質量部に対して、疎水性樹脂が１〜７０質量部配合されることが好ましく、５〜６０質量部配合されることがより好ましい。疎水性樹脂の配合量が１質量部以上であると、マイクロポーラス部［Ａ］およびマイクロポーラス部［Ｂ］が機械強度の優れたものとなり好ましい。一方、７０質量部以下であるとマイクロポーラス部［Ａ］およびマイクロポーラス部［Ｂ］が導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。
【００４５】
マイクロポーラス部［Ａ］の厚さは１〜２０μｍの範囲内であることが好ましく、８〜１６μｍであることがより好ましい。１μｍ以上であると、マイクロポーラス部［Ａ］の表面が平滑となり、燃料電池のガス拡散電極基材としてマイクロポーラス部［Ａ］をセパレータ側に向けて使用した際に、セパレータとガス拡散電極基材との接触電気抵抗の低減が可能となる。また、２０μｍ以下であると、マイクロポーラス部［Ａ］の電気抵抗を小さくできるため好ましい。マイクロポーラス部［Ｂ］は厚さが１〜５０μｍであることが好ましく、１０〜３０μｍであることがさらに好ましい。１μｍ以上であることで、生成水の逆拡散の促進が顕著となり、さらには、マイクロポーラス部［Ａ］の表面が平滑となり、燃料電池のガス拡散電極基材としてマイクロポーラス部［Ｂ］を触媒層側に向けて使用した際に、触媒層とガス拡散電極基材との接触電気抵抗の低減が可能となる。５０μｍ以下であることで、マイクロポーラス部［Ｂ］の電気抵抗を小さく抑えられるようになるため好ましい。
【００４６】
マイクロポーラス部［Ａ］は、マイクロポーラス部［Ｂ］と同じ組成のものを用いても良いし、別の組成にしても良い。マイクロポーラス部［Ａ］を別の組成にする場合、具体的には、カーボンブラックの粒子径をマイクロポーラス部［Ｂ］のものよりも小さくしたり、疎水性樹脂の配合量を多くしたり、熱硬化性樹脂を加えるなどして、マイクロポーラス部［Ａ］をマイクロポーラス部［Ｂ］よりも緻密にすることが好ましい。具体的には、マイクロポーラス［Ａ］の空隙率をマイクロポーラス部［Ｂ］よりも小さくすることが好ましい。これにより、マイクロポーラス部［Ａ］の面積率を小さくしても、流路で液水が滞留しにくくなり、プラッギングを抑制するとともに、電極基材からの排水を阻害しないようにでき、耐フラッディング性を改善することができる。
【００４７】
以下、図面を参照しながら、本発明におけるマイクロポーラス部［Ａ］の好ましい態様を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００４８】
本発明の一つの態様では、マイクロポーラス部［Ａ］はパターンを形成している。本発明において、パターン様もしくはパターンとは一定周期で繰り返される模様のことである。１００ｃｍ２以下の面積の中に繰り返し周期があることが好ましく、１０ｃｍ２以下の面積の中に繰り返し周期があることがより好ましい。周期が小さいことで、導電性や排水性などの面内の性能ばらつきを小さくすることができる。ガス拡散電極基材を複数枚作成した場合は、シート間で比較して周期の有無を確認してもよいものとする。パターンとしては、格子、ストライプ、同心円、島状などがあり、例えば図１〜１１に示すようなものが挙げられる（図１〜１１において、黒色の部分はマイクロポーラス部が設けられて部分を示し、白色の部分はマイクロポーラス部が設けられていない部分を示す）。また、セパレータの流路が図３の白色部分のようなパターンであるとき、マイクロポーラス部［Ａ］は図３の黒色部分のような、セパレータのリブ部分に対応するパターンであることが好ましい。リブ部分に対応するようなパターンを有するマイクロポーラス部［Ａ］が、電極基材上に配置されることで、流路から隣の流路へのパスカットの効果を大きくすることができ、耐プラッギング性が向上する。
また、本発明の他の態様では、マイクロポーラス部［Ａ］はランダムな形状を有している。
【００４９】
マイクロポーラス部［Ａ］は平均線幅０．１〜５ｍｍの線状のマイクロポーラス部の集合体からなることが好ましく、０．１〜２ｍｍの線状のマイクロポーラス部の集合体からなることがより好ましく、さらには０．１〜１ｍｍの線状のマイクロポーラス部の集合体からなることが好ましい。本発明において、線とは幅が０．１ｍｍ以上でアスペクト比が２以上のものを指す。ここで、アスペクト比とは、線の長さ（ｍｍ）と幅（ｍｍ）の比（［線の長さ］／［線の幅］）を言う。マイクロポーラス部［Ａ］として、平均線幅０．１〜５ｍｍの線状のマイクロポーラス部の集合体を用いることで、プラッギング抑制効果の面内ばらつきを小さくすることができる。線幅が０．１ｍｍ以上であると、流路で液水が滞留しにくくなり、プラッギングを抑制する効果が高くなる。平均線幅が５ｍｍ以下であると、面内の導電性や排水性のばらつきを小さくすることができる。線の集合体のなかでも、格子状もしくはストライプ状であることが好ましい。本発明において、「格子」とは線の集合体であって、線が交差している部分（交点）を有する模様のことを指し、「ストライプ」とは線の集合体で線が互いに交わらない模様のことを指す。格子の中でも、線が直線であり、かつ、交差角度が９０度であるものが、ガス拡散電極基材の面内の性能のばらつきを小さく抑えることができるため特に好ましい。また、交点の数が１ｃｍ２あたり１０個以上の場合は、前記ばらつきを大きく低減できるためさらに好ましい。ストライプの中でも、線が直線であるものが、ガス拡散電極基材の面内の性能のばらつきを小さく抑えることができるため特に好ましい。
【００５０】
つまり、本発明では、マイクロポーラス部［Ａ］は、電極基材上において、マイクロポーラス部のパターンを形成していることが好ましく、当該パターンの形状は、上述した格子状やストライプ状であることが特に好ましい。
【００５１】
次に、本発明のガス拡散電極基材を得るに好適な方法について具体的に説明する。
【００５２】
＜抄紙体、および抄紙体の製造方法＞
本発明において、炭素繊維を含む抄紙体を得るためには、炭素繊維を液中に分散させて製造する湿式抄紙法や、空気中に分散させて製造する乾式抄糸法などが用いられる。なかでも、生産性が優れることから、湿式抄紙法が好ましく用いられる。
【００５３】
本発明において、電極基材の排水性、ガス拡散性を向上する目的で、炭素繊維に有機繊維を混合して抄紙することができる。有機繊維としては、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維、ポリアセタール繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、レーヨン繊維、アセテート繊維などを用いることができる。
【００５４】
また、本発明において、抄紙体の形態保持性、ハンドリング性を向上する目的で、バインダーとして有機高分子を含むことができる。ここで、有機高分子としては、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリロニトリル、セルロースなどを用いることができる。
【００５５】
本発明における抄紙体は、面内の導電性、熱伝導性を等方的に保つという目的で、炭素繊維が二次元平面内にランダムに分散したシート状であることが好ましい。
【００５６】
抄紙体で得られる細孔径分布は、炭素繊維の含有率や分散状態に影響を受けるものの、概ね２０〜５００μｍ程度の大きさに形成することができる。
【００５７】
本発明において、抄紙体は、炭素繊維の目付が１０〜６０ｇ／ｍ２の範囲内にあることが好ましく、２０〜５０ｇ／ｍ２の範囲内にあることがより好ましい。炭素繊維の目付が１０ｇ／ｍ２以上であると、電極基材が機械強度の優れたものとなり好ましい。６０ｇ／ｍ２以下であると、電極基材がガス拡散性と排水性の優れたものとなり好ましい。なお、抄紙体を複数枚張り合わせる場合は、張り合わせ後の炭素繊維の目付が上記の範囲内にあることが好ましい。
【００５８】
ここで、電極基材における炭素繊維目付は、１０ｃｍ四方に切り取った抄紙体を、窒素雰囲気下、温度４５０℃の電気炉内に１５分間保持し、有機物を除去して得た残瑳の重量を、抄紙体の面積（０．１ｍ２）で除して求めることができる。
【００５９】
＜樹脂組成物の含浸＞
本発明において、炭素繊維を含む抄紙体に樹脂組成物を含浸する方法として、樹脂組成物を含む溶液中に抄紙体を浸漬する方法、樹脂組成物を含む溶液を抄紙体に塗布する方法、樹脂組成物からなるフィルムを抄紙体に重ねて転写する方法などが用いられる。なかでも、生産性が優れることから、樹脂組成物を含む溶液中に抄紙体を浸漬する方法が好ましく用いられる。
【００６０】
本発明に用いる樹脂組成物は、焼成時に炭化して導電性の炭化物となるものが好ましい。樹脂組成物は、樹脂成分に溶媒などを必要に応じて添加したものをいう。ここで、樹脂成分とは、熱硬化性樹脂などの樹脂を含み、さらに、必要に応じて炭素系フィラー、界面活性剤などの添加物を含むものである。
【００６１】
本発明において、より詳しくは、樹脂組成物に含まれる樹脂成分の炭化収率が４０質量％以上であることが好ましい。炭化収率が４０質量％以上であると、電極基材が機械特性、導電性、熱伝導性に優れたものとなり好ましい。
【００６２】
本発明において、樹脂成分を構成する樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられる。なかでも、炭化収率が高いことから、フェノール樹脂が好ましく用いられる。また、樹脂成分に必要に応じて添加する添加物としては、電極基材の機械特性、導電性、熱伝導性を向上する目的で、炭素系フィラーを含むことができる。ここで、炭素系フィラーとしては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、炭素繊維のミルドファイバー、黒鉛などを用いることができる。
【００６３】
本発明にて用いられる樹脂組成物は、前述の構成により得られた樹脂成分をそのまま使用することもできるし、必要に応じて、抄紙体への含浸性を高める目的で、各種溶媒を含むことができる。ここで、溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどを用いることができる。
【００６４】
本発明における樹脂組成物は、２５℃、０．１ＭＰａの状態で液状であることが好ましい。液状であると抄紙体への含浸性が優れ、電極基材が機械特性、導電性、熱伝導性に優れたものとなり好ましい。
【００６５】
本発明において、炭素繊維１００質量部に対して、樹脂成分を３０〜４００質量部含浸することが好ましく、５０〜３００質量部含浸することがより好ましい。樹脂成分の含浸量が３０質量部以上であると、電極基材が機械特性、導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。一方、樹脂成分の含浸量が４００質量部以下であると、電極基材がガス拡散性の優れたものとなり好ましい。
【００６６】
＜貼り合わせ、熱処理＞
本発明においては、炭素繊維を含む抄紙体に樹脂組成物を含浸した予備含浸体を形成した後、炭素化を行うに先立って、予備含浸体の張り合わせや、熱処理を行うことができる。
【００６７】
本発明において、電極基材を所定の厚みにする目的で、予備含浸体の複数枚を貼り合わせることができる。この場合、同一の性状を有する予備含浸体の複数枚を張り合わせることもできるし、異なる性状を有する予備含浸体の複数枚を貼り合わせることもできる。具体的には、炭素繊維の平均直径、平均長さ、抄紙体の炭素繊維目付、樹脂成分の含浸量などが異なる複数の予備含浸体を貼り合わせることもできる。
【００６８】
本発明において、樹脂組成物を増粘、部分的に架橋する目的で、予備含浸体を熱処理することができる。熱処理する方法としては、熱風を吹き付ける方法、プレス装置などの熱板にはさんで加熱する方法、連続ベルトにはさんで加熱する方法などを用いることができる。
【００６９】
＜炭素化＞
本発明において、炭素繊維を含む抄紙体に樹脂組成物を含浸した後、炭素化するために、不活性雰囲気下で焼成を行う。かかる焼成は、バッチ式の加熱炉を用いることもできるし、連続式の加熱炉を用いることもできる。また、不活性雰囲気は、炉内に窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスを流すことにより得ることができる。
【００７０】
本発明において、焼成の最高温度が１３００〜３０００℃の範囲内であることが好ましく、１７００〜３０００℃の範囲内であることがより好ましく、さらには、１９００〜３０００℃の範囲内であることが好ましい。最高温度が１３００℃以上であると、樹脂成分の炭素化が進み、電極基材が導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。一方、最高温度が３０００℃以下であると、加熱炉の運転コストが低くなるために好ましい。
【００７１】
本発明において、焼成にあたっては、昇温速度が８０〜５０００℃／分の範囲内であることが好ましい。昇温速度が８０℃以上であると、生産性が優れるために好ましい。一方、５０００℃以下であると、樹脂成分の炭素化が緩やかに進み緻密な構造が形成されるため、電極基材が導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。
【００７２】
なお、本発明において、炭素繊維を含む抄紙体に樹脂組成物を含浸した後、炭素化したものを、「炭素繊維焼成体」と記載する。
【００７３】
＜撥水加工＞
本発明において、排水性を向上する目的で、炭素繊維焼成体に撥水加工を施すことが好ましい。撥水加工は、炭素繊維焼成体に疎水性樹脂を塗布、熱処理することにより行うことができる。疎水性樹脂の塗布量は、炭素繊維焼成体１００質量部に対して１〜５０質量部であることが好ましく、３〜４０質量部であることがより好ましい。疎水性樹脂の塗布量が１質量部以上であると、電極基材が排水性に優れたものとなり好ましい。一方、５０質量部以下であると、電極基材が導電性の優れたものとなり好ましい。
【００７４】
なお、本発明において、炭素繊維焼成体は「電極基材」に当たる。上述のとおり、炭素繊維焼成体は、必要に応じて、撥水加工が施こされるが、本発明では、撥水加工が施こされた炭素繊維焼成体も「電極基材」に当たるものとする（撥水加工が施されない炭素繊維焼成体は、当然に「電極基材」に当たる）。
【００７５】
＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞
マイクロポーラス部［Ａ］は、電極基材の片面に、上述した撥水加工で用いた疎水性樹脂と、炭素質粉末との混合物であるカーボン塗液［Ａ］を塗布することによって形成し、マイクロポーラス部［Ｂ］は、電極基材のもう一方の片面に、上述した撥水加工で用いた疎水性樹脂と、炭素質粉末との混合物であるカーボン塗液［Ｂ］を塗布することによって形成することができる。カーボン塗液［Ａ］とカーボン塗液［Ｂ］は同じ種類のものであっても、異なる種類のものであっても良い。
【００７６】
それにより、本発明のガス拡散電極基材は、マイクロポーラス部［Ａ］、電極基材、マイクロポーラス部［Ｂ］が、この順番で配置されてなることになる。
【００７７】
カーボン塗液［Ａ］およびカーボン塗液［Ｂ］は水や有機溶媒などの分散媒を含んでも良いし、界面活性剤などの分散助剤を含んでもよい。分散媒としては水が好ましく、分散助剤にはノニオン性の界面活性剤を用いるのがより好ましい。
【００７８】
カーボン塗液の電極基材への塗工は、市販されている各種の塗工装置を用いて行うことができる。塗工方式としては、スクリーン印刷、ロータリースクリーン印刷、スプレー噴霧、凹版印刷、グラビア印刷、ダイコーター塗工、バー塗工、ブレード塗工などが使用できるが、マイクロポーラス部［Ａ］を形成するためのパターン塗工にはスクリーン印刷（ロータリースクリーン印刷を含む）やグラビア印刷が好ましい。つまり、本発明では、マイクロポーラス部［Ａ］がスクリーン印刷またはグラビア印刷により形成されることが好ましい。なかでもスクリーン印刷は他の方法よりも電極基材にカーボン塗液［Ａ］を多量に塗工でき、量の調整も行いやすいため好ましい。電極基材へカーボン塗液［Ａ］をスクリーン印刷でパターン塗工を行う際は、スクリーン印刷版上に感光性塗料を塗工し、所望するパターン以外の部分を硬化させ、未硬化のパターン部分の樹脂を除去することでパターンを有するスクリーン印刷版を作製し塗工を行う。
【００７９】
スクリーン印刷のなかでも電極基材にカーボン塗液［Ａ］を連続的に塗工できることから、塗工方法としては、ロータリースクリーン印刷が好ましい。
【００８０】
ロータリースクリーン版のメッシュ、開口率、口径、厚さは、用いるカーボン塗液［Ａ］の粘度特性に合わせて、適宜選択される。
【００８１】
ロータリースクリーン印刷では、印刷速度は０．５〜１５ｍ／ｍｉｎが好ましい。印刷速度が０．５ｍ／ｍｉｎ以上であることで、生産性が向上し、ガス拡散電極基材のコスト低減が可能となる。また、１５ｍ／ｍｉｎ以下であることで、印刷精度が向上する。
【００８２】
一方、カーボン塗液［Ｂ］の塗工には、電極基材の表面粗さによらず塗工量の定量化を図ることができるため、ダイコーター塗工が好ましい。
【００８３】
以上に例示した塗工方法はあくまでも例示のためであり、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【００８４】
マイクロポーラス部［Ａ］およびマイクロポーラス部［Ｂ］の形成方法としては、電極基材の片面を所定のカーボン塗液で塗工して塗工物を得て、当該塗工物を、８０〜１２０℃の温度で塗液を乾かす方法が好ましい。
【００８５】
すなわち、塗工物を、８０〜１２０℃の温度に設定した乾燥器に投入し、５〜３０分の範囲で乾燥することが好ましい。乾燥風量は適宜決めればよいが、急激な乾燥は、表面の微小クラックを誘発する場合があるので望ましくない。乾燥後の塗工物は、マッフル炉や焼成炉または高温型の乾燥機に投入し、３００〜３８０℃にて５〜２０分間加熱して、疎水性樹脂を溶融し、炭素質粉末同士をバインダーとして、マイクロポーラス部［Ａ］およびマイクロポーラス部［Ｂ］を形成することが好ましい。
【００８６】
＜膜電極接合体＞
本発明の膜電極接合体は、電解質膜の両側に触媒層を有し、さらに当該触媒層の外側（両方の外側）にガス電極基材を有する膜接合体であって、当該ガス電極基材の少なくとも一方が、上述のガス電極基材である。本発明の膜電極接合体の構成例を図１５に示す。このように、本発明において、前記したガス拡散電極基材を、両面に触媒層を有する固体高分子電解質膜の少なくとも片面に接合することで膜電極接合体を構成することができる。また、本発明の膜電極接合体において、触媒層の両外側に設けられるガス電極基材の両方が上述の本発明のガス電極基材であることが特に好ましい。
【００８７】
また、本発明の膜電極接合体において、触媒層側にマイクロポーラス部［Ｂ］を配置する、つまり、マイクロポーラス部［Ｂ］が触媒層と接するように、膜電極接合体を構成することが好ましい。ガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ｂ］が触媒層に接する構成例を図１６に示す。
【００８８】
面積率が大きいマイクロポーラス部［Ｂ］が電解質膜側にあることで、より生成水の逆拡散が起こりやすくなるのに加え、面積率が小さいマイクロポーラス部［Ａ］がセパレータ側に有ることで電極基材からの排水が阻害されずフラッディングを抑制できる。つまり、マイクロポーラス部［Ｂ］がセパレータ側にある場合はガス拡散電極基材からの排水性が低下するためマイクロポーラス部［Ａ］をセパレータ側に配置することが好ましい。また、マイクロポーラス部の面積率が大きいマイクロポーラス部［Ｂ］が触媒層側に配置されることで、触媒層とガス拡散電極基材の接触面積が増大し、接触電気抵抗を低減することができる。
【００８９】
また、本発明の膜電極接合体において、触媒層の両外側に設けられるガス拡散電極基材の両方が上述の本発明のガス拡散電極基材であることが好ましく、両方のガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ｂ］が共に触媒層に接していることが特に好ましい。
【００９０】
＜燃料電池＞
本発明の燃料電池は、上述の膜接合体の両側にセパレータを有するものである（本発明の燃料電池の構成例を図１６に示す）。すなわち、上述の膜電極接合体の両側にセパレータを有することで燃料電池を構成する。通常、かかる膜電極接合体の両側にガスケットを介してセパレータで挟んだものを複数個積層することによって固体高分子型燃料電池を構成する。触媒層は、固体高分子電解質と触媒担持炭素を含む層からなる。触媒としては、通常、白金が用いられる。アノード側に一酸化炭素を含む改質ガスが供給される燃料電池にあっては、アノード側の触媒としては白金およびルテニウムを用いるのが好ましい。固体高分子電解質は、プロトン伝導性、耐酸化性、耐熱性の高い、パーフルオロスルホン酸系の高分子材料を用いるのが好ましい。かかる燃料電池ユニットや燃料電池の構成自体は、よく知られているところである。
【００９１】
なお、本発明の燃料電池において、ガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ｂ］は触媒層に接していることが好ましい。
【実施例】
【００９２】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。実施例で用いた電極基材、および、ガス拡散電極基材の作製方法、燃料電池の電池性能評価方法を次に示した。【００９３】
＜電極基材の作製＞
東レ（株）製ポリアクリルニトリル系炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ３００（平均炭素繊維径：７μｍ）を平均長さ１２ｍｍにカットし、水中に分散させて湿式抄紙法により連続的に抄紙した。さらに、バインダーとしてポリビニルアルコールの１０質量％水溶液を当該抄紙に塗布し、乾燥させ、炭素繊維目付１５．５ｇ／ｍ２の抄紙体を作製した。ポリビニルアルコールの塗布量は、抄紙体１００質量部に対して、２２質量部であった。【００９４】
熱硬化性樹脂としてレゾール型フェノール樹脂とノボラック型フェノール樹脂を１：１の重量比で混合した樹脂、炭素系フィラーとして鱗片状黒鉛（平均粒径５μｍ）、溶媒としてメタノールを用い、熱硬化性樹脂／炭素系フィラー／溶媒＝１０質量部／５質量部／８５質量部の配合比でこれらを混合し、超音波分散装置を用いて１分間撹拌を行い、均一に分散した樹脂組成物を得た。【００９５】
１５ｃｍ×１２．５ｃｍにカットした抄紙体をアルミバットに満たした樹脂組成物に浸漬し、炭素繊維１００質量部に対して、樹脂成分（熱硬化性樹脂＋炭素系フィラー）が１３０質量部となるように含浸させた後、１００℃で５分間加熱して乾燥させ、予備含浸体を作製した。次に、平板プレスで加圧しながら、１８０℃で５分間熱処理を行った。なお、加圧の際に平板プレスにスペーサーを配置して、熱処理後の予備含浸体の厚さが１３０μｍになるように上下プレス面板の間隔を調整した。【００９６】
予備含浸体を熱処理した基材を、加熱炉において、窒素ガス雰囲気に保たれた、最高温度が２４００℃の加熱炉に導入し、炭素繊維焼成体を得た。【００９７】
炭素繊維焼成体９５質量部に対し、５質量部のＰＴＦＥ樹脂を付与し、１００℃で５分間加熱して乾燥させ、厚さ１００μｍの電極基材を作製した。【００９８】
＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞
マイクロポーラス部［Ａ］を形成するために、パターン部分以外を樹脂でマスクしたスクリーン印刷版を用いて電極基材の一方の面（Ａ面）にパターン様のカーボン塗液部を形成した。ここで用いたカーボン塗液には、カーボンブラックとしてアセチレンブラック（電気化学工業株式会社製“デンカブラック（登録商標）”）、ＰＴＦＥ樹脂（ダイキン工業株式会社製“ポリフロン（登録商標）”Ｄ−１Ｅ）、界面活性剤（ナカライテスク株式会社製“ＴＲＩＴＯＮ（登録商標）”Ｘ−１００）、精製水を用い、カーボンブラック／ＰＴＦＥ樹脂／界面活性剤／精製水＝７．７質量部／２．５質量部／１４質量部／７５．８質量部の配合比でこれらを混合したものを用いた。パターン様のカーボン塗液部を形成した電極基材を１２０℃で１０分間加熱した後、マイクロポーラス部［Ｂ］を形成するために、パターン様のカーボン塗液部を有する面（Ａ面）の反対側に、コーター（ダイコーター）を用いて前記カーボン塗液を塗工し、１２０℃で１０分間加熱した。加熱した塗工物を３８０℃で１０分間加熱して、電極基材の表面にマイクロポーラス部［Ａ］を有し、もう一方の面にマイクロポーラス部［Ｂ］を有するガス拡散電極基材を作製した。【００９９】
換言すると、電極基材にカーボン塗液を塗布し、これを加熱することによってマイクロポーラス部が形成されるので、マイクロポーラス部［Ａ］が所望のパターンを形成するように、電極基材の一方の表面（Ａ面）にカーボン塗液を塗布した。すわなち、電極基材上においてマイクロポーラス部が形成される部分にはカーボン塗液が塗布されるように、一方、電極基材上においてマイクロポーラス部が形成されない部分にはカーボン塗液が塗布されないように、スクリーン印刷版を用いて、電極基材上にカーボン塗液が塗布した。より具体的には、電極基材上においてマイクロポーラス部が形成されない部分にはカーボン塗液が塗布されないように、その一部が樹脂で覆われた（マスクされた）スクリーン印刷版を用いた。塗布後、カーボン塗液を加熱した。続いて、電極基材のもう一方の表面（Ｂ面）にカーボン塗液を塗布した（なお、マイクロポーラス部［Ｂ］にもパターンを形成する場合には、上述のマイクロポーラス部［Ａ］の形成法と同じ方法を採ることができる）。塗布後、これを加熱し、電極基材の一方の表面にマイクロポーラス部［Ａ］を有し、もう一方の表面（Ｂ面）にマイクロポーラス部［Ｂ］を有するガス拡散電極基材を作製した。【０１００】
＜固体高分子型燃料電池の発電性能評価＞
白金担持炭素（田中貴金属工業（株）製、白金担持量：５０質量％）１．００ｇ、精製水  １．００ｇ、“Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）”溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ社製  “Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）”５．０質量％）８．００ｇ、イソプロピルアルコール（ナカライテスク社製）１８．００ｇを順に加えることにより、触媒液を作成した。【０１０１】
次に７ｃｍ×７ｃｍにカットした “ナフロン（登録商標）”ＰＴＦＥテープ“ＴＯＭＢＯ（登録商標）”Ｎｏ．９００１（ニチアス（株）製）に、触媒液をスプレーで塗布し、室温で乾燥させ、白金量が０．３ｍｇ／ｃｍ２の触媒層付きＰＴＦＥシートを作製した。続いて、１０ｃｍ×１０ｃｍにカットした固体高分子電解質膜“Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）”ＮＲＥ−２１１ＣＳ（ＤｕＰｏｎｔ社製）を２枚の触媒層付きＰＴＦＥシートで挟み、平板プレスで５ＭＰａに加圧しながら１３０℃で５分間プレスし、固体高分子電解質膜に触媒層を転写した。プレス後、ＰＴＦＥシートを剥がし、触媒層付き固体高分子電解質膜を作製した。【０１０２】
次に、触媒層付き固体高分子電解質膜を、７ｃｍ×７ｃｍにカットした２枚のガス拡散電極基材で挟み、平板プレスで３ＭＰａに加圧しながら１３０℃で５分間プレスし、膜電極接合体を作製した。なお、ガス拡散電極基材はマイクロポーラス部［Ｂ］を有する面が触媒層側と接するように配置した。【０１０３】
得られた膜電極接合体を燃料電池評価用単セルに組み込み、電流密度を変化させた際の電圧を測定した。ここで、セパレータとしては、溝幅１．５ｍｍ、溝深さ１．０ｍｍ、リブ幅１．１ｍｍの一本流路のサーペンタイン型のものを用いた。また、アノード側には２１０ｋＰａに加圧した水素を、カソード側には１４０ｋＰａに加圧した空気を供給し、評価を行った。なお、水素、空気はともに７０℃に設定した加湿ポットにより加湿を行った。また、水素、空気中の酸素の利用率はそれぞれ８０％、６７％とした。【０１０４】
まず、運転温度を６５℃、電流密度を２．２Ａ／ｃｍ２にセットした場合の、出力電圧を測定し、耐フラッディング性（低温性能）の指標として用いた。また、運転温度を６５℃、電流密度を２．２Ａ／ｃｍ２にセットし、３０分間保持した場合の、出力電圧低下回数をカウントし、耐プラッギング性の指標として用いた。すなわち、３０分間に出力電圧が０.２Ｖ以下になった回数をカウントし、７回以上のものをＣ、回数が５〜６回のものをＢ、３〜４回のものをＡ、２回以下のものをＳとした。次に、電流密度を１．２Ａ／ｃｍ２にセットし、運転温度を８０℃から、５分間保持、５分間かけて２℃上昇を繰り返しながら出力電圧を測定し、発電可能な限界温度を求め、耐ドライアップ性（高温性能）の指標として用いた。【０１０５】
（実施例１）
実施例１のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔０．７ｍｍの直線で構成される格子状（図１に代表される格子形状）のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率を測定したところ６６％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧０．３５Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９１℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表１に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。また、マイクロポーラス部［Ａ］を形成するためのカーボン塗液の電極基材への塗工速度は、１m／minまで速めることができた。【０１０６】
（実施例２）
実施例２のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．１ｍｍ、線間隔１．８ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率を測定したところ１０％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧０．３８Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９０℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表１に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。【０１０７】
（実施例３）
実施例３のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔２ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率を測定したところ３６％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧０．３８Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９２℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）でり、表１に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。【０１０８】
（実施例４）
実施例４のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．３ｍｍ、線間隔１．２ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率を測定したところ３６％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧０．３８Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９２℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表１に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。【０１０９】
（実施例５）
実施例５のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．３ｍｍ、線間隔６ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率を測定したところ９．３％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧０．３９Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９１℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）でり、表１に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。【０１１０】
（実施例６）
実施例６のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔０．７ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。マイクロポーラス部［Ｂ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔０．２ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は６６％で、マイクロポーラス部［Ｂ］の面積率は９２％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧０．３５Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９０℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）でり、表１に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。【０１１１】
（実施例７）
実施例７のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔０．７ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。マイクロポーラス部［Ｂ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔０．２ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。膜電極接合体を作製時にガス拡散電極基材はマイクロポーラス部［Ａ］を有する面が触媒層側と接するように配置した。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は６６％であり、マイクロポーラス部［Ｂ］の面積率は９２％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧０．３３Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９０℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）でり、表１に記載のように、耐ドライアップ性は良好であったが、実施例６と比較すると、耐フラッディング性はやや低下した。【０１１２】
（実施例８）
実施例８のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．１ｍｍ、線間隔０．４ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は３６％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧０．３９Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９２℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）でり、表１に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。【０１１３】
（実施例９）
実施例９のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅３ｍｍ、線間隔１２ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は３６％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧０．３６Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９２℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）でり、表２に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。【０１１４】
（実施例１０）
実施例１０のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔０.９ｍｍの直線で構成されるストライプ状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は３６％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧０．３８Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９２℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）でり、表２に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。【０１１５】
（実施例１１）
実施例１１のマイクロポーラス部［Ａ］は縦と横の幅０．５ｍｍで、間隔０.３３ｍｍの島状（図１１に代表される形状）のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は３６％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性はやや低下した。出力電圧０．３６Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９２℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）でり、表２に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。【０１１６】
（実施例１２）
実施例１２のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅が０．１ｍｍより小さい部分を含むランダムな形状（図１０に代表される形状）になるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は３６％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性はやや低下した。出力電圧０．３５Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９１℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）でり、表２に記載のように、耐フラッディング性がやや低下し、耐ドライアップ性は良好であった。【０１１７】
（実施例１３）
実施例１３のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．１ｍｍ、線間隔０．２ｍｍの直線で構成されるストライプ状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は３３％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性はやや定価した。出力電圧０．３６Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９２℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）でり、表２に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに好であった。【０１１８】
（実施例１４）
実施例１４のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．３ｍｍ、線間隔０．５ｍｍの直線で構成されるストライプ状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は３８％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧０．３８Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９２℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）でり、表２に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。【０１１９】
（実施例１５）
実施例１５のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅１０ｍｍ、線間隔１８ｍｍの直線で構成されるストライプ状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は３６％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性はやや低下した。出力電圧０．３５Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９１℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）でり、表２に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。【０１２０】
（実施例１６）
実施例１６のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．３ｍｍ、線間隔２．０ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率を測定したところ２４％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧０．３９Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９２℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表２に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。【０１２１】
（実施例１７）
実施例１７のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．３ｍｍ、線間隔２．０ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにロータリースクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率を測定したところ２４％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧０．３９Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９２℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表３に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性、はともに良好であった。また、マイクロポーラス部［Ａ］を形成するためのカーボン塗液の電極基材への塗工速度は、５m／minまで速めることができた。【０１２２】
（実施例１８）
実施例１８のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．３ｍｍ、線間隔１．２ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにロータリースクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率を測定したところ３６％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧０．３８Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９２℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表３に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性、マイクロポーラス部［Ａ］の塗工速度はともに良好であった。また、マイクロポーラス部［Ａ］を形成するためのカーボン塗液の電極基材への塗工速度は、５m／minまで速めることができた。【０１２３】
（実施例１９）
実施例１９のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．３ｍｍ、線間隔１．２ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにグラビア印刷を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率を測定したところ３６％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧０．３６Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９１℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表３に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性はともに良好であった。また、マイクロポーラス部［Ａ］を形成するためのカーボン塗液の電極基材への塗工速度は、２m／minまで速めることができた。【０１２４】
（実施例２０）
実施例２０のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔０．９ｍｍの直線で構成されるストライプ状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。マイクロポーラス部［Ｂ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔０．２ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は３６％で、マイクロポーラス部［Ｂ］の面積率は９２％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧０．３８Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度９０℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表３に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。【０１２５】
（実施例２１）
実施例２１のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔０．９ｍｍの直線で構成されるストライプ状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。マイクロポーラス部［Ｂ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔０．２ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。膜電極接合体を作製時に、ガス拡散電極基材をマイクロポーラス部［Ａ］を有する面が触媒層側と接するように配置した。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は３６％であり、マイクロポーラス部［Ｂ］の面積率は９２％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧０．３３Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度８９℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）でり、表１に記載のように、耐ドライアップ性は良好であったが、実施例２０と比較すると、耐フラッディング性はやや低下した。【０１２６】
実施例での評価結果などを表１〜３にまとめて示す。【０１２７】
【表１】
0005614462.tif 000002
【０１２８】
【表２】
0005614462.tif 000003
【０１２９】
【表３】
0005614462.tif 000004
【０１３０】
（比較例１）
比較例１の電極基材にはマイクロポーラス部［Ａ］を設けなかった。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は大きく低下した。出力電圧０．３８Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度８８℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表４に記載のように、耐フラッディング性は良好であったが、耐ドライアップ性は低下した。【０１３１】
（比較例２）
比較例２のマイクロポーラス部［Ａ］は面状になるようにコーター（ダイコーター）を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は１００％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、出力電圧が取り出せず（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度８９℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表４に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに低下した。高温性能が低いのはマイクロポーラス部［Ａ］の面積率が高いためガス拡散電極基材の面直ガス拡散性が低く、触媒への燃料が十分に供給できないためである。また、マイクロポーラス部［Ａ］の面積率が高いため排水性が低くなり、電極基材内部でフラッディングを引き起こし低温性能が低下した。なお、マイクロポーラス部［Ａ］を形成するためのカーボン塗液の電極基材への塗工速度は、２m／minまで速めることができた。【０１３２】
（比較例３）
比較例３のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔０．５ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は７５％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧０．２５Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度８８℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表４に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに低下した。高温性能が低いのはマイクロポーラス部［Ａ］の面積率が高いためガス拡散電極基材の面直ガス拡散性が低く、触媒への燃料が十分に供給できないためである。また、マイクロポーラス部［Ａ］の面積率が高いため排水性が低くなり、電極基材内部でフラッディングを引き起こし低温性能が低下した。【０１３３】
（比較例４）
比較例４のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔２０ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］の面積率は４．８％であり、このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性が大きく低下した。これはマイクロポーラス部［Ａ］の面積率が小さく、流路で液水が滞留しにくくなることが原因である。出力電圧０．３８Ｖ（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度８８℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表４に記載のように、耐フラッディング性は良好であったが、耐ドライアップ性は低下した。【０１３４】
（比較例５）
比較例５の電極基材にはマイクロポーラス部［Ａ］を設けなかった。また、マイクロポーラス部［Ｂ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔２ｍｍの直線で構成される格子状のパターンを有するスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ｂ］の面積率は３６％であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、出力電圧が取り出せず（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度８５℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表４に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに低下した。低温性能が低いのはマイクロポーラス部［Ｂ］の面積率が低いため触媒層との接触面積が低く、接触電気抵抗が大きくなったためであり、高温性能が低いのはマイクロポーラス部［Ｂ］の面積率が低いため水蒸気がセパレータ側へ逃げやすく電解質膜の乾燥が顕著になったためである。【０１３５】
（比較例６）
比較例６のマイクロポーラス部［Ａ］は線幅０．５ｍｍ、線間隔２ｍｍの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。また、マイクロポーラス部［Ｂ］も線幅０．５ｍｍ、線間隔２ｍｍの直線で構成される格子状のパターンを有するスクリーン版を用いて作製した。その他は＜電極基材の作製＞および＜マイクロポーラス部［Ａ］、マイクロポーラス部［Ｂ］の形成＞に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部［Ａ］およびマイクロポーラス部［Ｂ］の面積率は３６％であり、このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、出力電圧は取り出せず（運転温度６５℃、加湿温度７０℃、電流密度２．２Ａ／ｃｍ２）、限界温度８５℃（加湿温度７０℃、電流密度１．２Ａ／ｃｍ２）であり、表４に記載のように、耐フラッディング、耐ドライアップ性ともに低下した。低温性能が低いのはマイクロポーラス部［Ｂ］の面積率が低いため触媒層との接触面積が低く、接触電気抵抗が大きくなったためであり、高温性能が低いのはマイクロポーラス部［Ｂ］の面積率が低いため水蒸気がセパレータ側へ逃げやすく電解質膜の乾燥が顕著になったためである。【０１３６】
比較例での評価結果などを表４にまとめて示す。【０１３７】
【表４】
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【符号の説明】
【０１３８】
１：電極基材
２：マイクロポーラス部［Ａ］
３：マイクロポーラス部［Ｂ］
４：マイクロポーラス部
４１：マイクロポーラス部
５：ガス拡散電極基材
６．電解質膜
７．触媒層
８．膜電極接合体
９．セパレータ
１０．燃料電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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