(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路を有するセパレーターを有している固体高分子型燃料電池用の、炭素質多孔体を用いた固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極であって、セパレーターとの接触面上に固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極の面方向に反応ガスの流れを制御する正弦波形状の溝を設けた固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極の製造方法において、前記正弦波形状の溝が、炭素短繊維（Ａ）と炭素繊維前駆体短繊維（ｂ）とフィブリル状炭素前駆体繊維（ｂ´）を有する抄紙体にウォータージェットパンチング法を適用することにより形成され、不活性ガス中において１５００〜２２００℃で焼成する、固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極の製造方法。
【請求項２】
セパレーターとの接触面上に設けた前記正弦波形状の溝が、幅が０．１〜２．０ｍｍ、深さ５〜１００μｍの溝であって、０．５〜２．０ｍｍピッチで設けられた請求項１に記載のガス拡散電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池に用いられるガス拡散電極およびそれを用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、水素等の燃料ガスと酸素等の酸化ガスを電気化学的に反応させることにより起電力を得る装置であり、前記固体高分子型燃料電池には、水素イオン（プロトン）を選択的に伝導する高分子電解質膜を有する。また、高分子電解質膜の両面には、内側から貴金属系触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒層及びガス拡散電極基材とを有する２組のガス拡散電極が接合されている。
【０００３】
このような高分子電解質膜と２組のガス拡散電極からなる接合体は膜−電極接合体（ＭＥＡ：  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ばれている。また、ＭＥＡの両外側には、燃料ガスまたは酸化ガスを供給し、かつ生成ガスおよび過剰ガスを排出することを目的とするガス流路を形成したセパレーターが設置されている。
【０００４】
ガス拡散電極は、主に次の３つの機能が要求される。第一の機能は、その外側に配置されたセパレーターに形成されたガス流路から触媒層中の貴金属系触媒に均一に燃料ガスまたは酸化ガスを供給する機能である。第２の機能は、触媒層での反応により生成した水を排出する機能および電解質膜を乾燥から防ぐ保水機能を両立する水分管理機能である。第３の機能は、触媒層での反応に必要な電子または触媒層での反応により生成される電子をセパレーターへ導電する機能である。これらの機能を充足する基材としては、通常、炭素質材料からなる多孔質構造を有する基材が使用される。
【０００５】
多孔質構造を有する基材としては、炭素短繊維を抄造後、有機高分子で結着させ、これを高温で焼成して有機高分子を炭素化させたペーパー状の炭素／炭素複合体からなるものが知られている。また、発電中の生成水の滞留によって起こる電圧低下を防止するため、細孔径の異なる多孔質材料を張り合わせて使用することが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２３４８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている多孔質炭素シートを用いた燃料電池では、生成水の排水には優れるが、保水機能がないため、電池内部の湿度が低い等、運転条件によっては高分子電解質膜が乾燥してしまい、十分な起電力が得られない傾向にあった。
【０００８】
本発明は、前記のような問題点を克服し、発電時に生成水の排水機能が高く及び高分子電化質膜の乾燥を防ぐ保水機能に優れたガス拡散電極とそれを用いた燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題は以下の発明〔１〕〜〔２〕によって解決される。
【００１０】
〔１〕ガス流路を有するセパレーターを有している固体高分子型燃料電池用の、炭素質多孔体を用いた固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極であって、セパレーターとの接触面上に固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極の面方向に反応ガスの流れを制御する正弦波形状の溝を設けた固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極の製造方法において、前記正弦波形状の溝が、炭素短繊維（Ａ）と炭素繊維前駆体短繊維（ｂ）とフィブリル状炭素前駆体繊維（ｂ´）を有する抄紙体にウォータージェットパンチング法を適用することにより形成され、不活性ガス中において１５００〜２２００℃で焼成する、固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極の製造方法。
【００１１】
〔２〕セパレーターとの接触面上に設けた前記正弦形状の溝が、幅が０．１〜２．０ｍｍ、深さ５〜１００μｍの溝であって、０．５〜２．０ｍｍピッチで設けられた上記［１］に記載のガス拡散電極の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発電時に生成水の排水機能が高く及び高分子電化質膜の乾燥を防ぐ保水機能に優れたガス拡散電極とそれを用いた燃料電池を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の、固体高分子型燃料電池の構成図である。
【図２】実施例で得られた固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極であって、ガス拡散電極上に設けられた溝を示す図である。
【図３】実施例で得られた固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極を燃料電池に組み付ける際の配置を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、炭素質多孔体を用いた固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極であって、セパレーターとの接触面上に溝を設けて反応ガスの流れを制御する流路を形成した固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極である。以下、詳細に記載する。
【００１９】
固体高分子型燃料電池のガス拡散電極に持ちられる炭素質多孔体としては、例えば、炭素短繊維が炭素により結着された炭素質多孔体が挙げられる。ここで、炭素短繊維とは炭素繊維を任意の繊維長にカットしたものである。炭素短繊維の長さは、２〜１２ｍｍが好ましく、３〜９ｍｍがさらに好ましい。この範囲内であると抄紙時の分散性とガス拡散電極としての機械的強度が高くなる。
【００２０】
炭素短繊維としては、その原料によらず用いることができるが、ポリアクリロニトリル（以後ＰＡＮと略す。）系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、フェノール系炭素繊維から選ばれる１つ以上の炭素繊維を含むことが好ましく、ＰＡＮ系炭素繊維あるいはピッチ系炭素繊維を含むことがより好ましい。
【００２１】
炭素短繊維の平均直径は、３〜３０μｍ程度が好ましく、４〜２０μｍがより好ましく、４〜８μｍがさらに好ましい。この範囲内であるとガス拡散電極としての表面平滑性と導電性がよい。
【００２２】
炭素短繊維を互いに結着させるための炭素材としては、樹脂を炭素化して得られる炭素材や、有機繊維を炭素化して得られる炭素材が挙げられる。炭素化する樹脂としては、炭素化した段階でガス拡散電極の炭素繊維を結着することのできる公知の樹脂から適宜選んで用いることができる。炭素化後に導電性物質として残存しやすいという観点から、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、ピッチ等が好ましく、加熱による炭素化の際に炭化率の高いフェノール樹脂が特に好ましい。炭素化する有機繊維としては、長繊維状の炭素繊維前駆体繊維を適当な長さにカットした炭素繊維前駆体短繊維や、例えば直径１００μｍ以下の繊維状の幹から、直径が数μｍ以下（例えば０．１〜３μｍ）のフィブリルが多数分岐した構造を有する炭素前駆体繊維（ｂ´−１）（以下単に「繊維（ｂ´−１）」という場合がある。）や、叩解によってフィブリル化する炭素繊維前駆体短繊維（ｂ´−２）（以下単に「繊維（ｂ´−２）」などのフィブリル状炭素前駆体繊維（ｂ´）が挙げられる。
【００２３】
炭素材の炭素化は、不活性ガス中において１５００〜２２００℃で焼成することで行うことができる。
【００２４】
本発明の炭素質多孔体は、セパレーターとの接触面上に溝を設けた固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極である。炭素質多孔体の反応ガスとの接触面上に設けられた溝は、反応ガスの流れを制御する流路の役割をはたす。ここで、流路とは、一般的な燃料電池において、燃料ガスや酸化ガス（これらをあわせて「反応ガス」という）を流入・排出させるだけでなく、反応ガスの流れを制御して効率よく反応させるとともに、発電時に発生した生成水の排出などの役割を担う。従って、流路（溝）はガス拡散電極がセパレーターとの接触面上に形成する必要がある。
【００２５】
流路を有するガス拡散電極を製造するためには、炭素化後のガス拡散電極に微細な機械加工などにより溝を設けて流路を形成する方法がある。溝を設ける際には、ガス拡散電極上に凹部を設けることにより溝を形成してもよいし、凸を設けることにより溝を形成してもよいし、凹部と凸部を設けて溝を形成してもよい。具体的には基材が柔軟性を有している抄紙時に行うウォータージェットパンチング法などの高圧液体噴射法、スチームジェットパンチング法などの高圧気体噴射法、高圧水を打ち付けて行うウォータージェットパンチング法、高圧スチームにより行うスチームジェット法、ニードルパンチング法などの機械交絡法或いはこれらの組み合わせによる方法を用いることができる。
【００２６】
炭素化後に機械加工を行う方法では、ガス拡散電極は切削時に炭素粉が生じる問題が生じ、ニードルパンチング法では炭素短繊維が破断してしまう恐れがある。一方でウォータージェットパンチング法、高圧スチームにより行うスチームジェット法を用いれば、上記の問題が生じないだけでなく、連続的に様々な形状の流路を形成できるだけでなく、抄紙体に３次元交絡構造が形成されるため抄紙体の強度も向上する。気体よりも液体を抄紙体に打ち付ける方が、より深い流路を形成するためには適しており、こういった観点からウォータージェットパンチング法を用いることが好ましい。ウォータージェット法ではウォータージェットノズルの孔径を変化させることで、形成させる流路の幅を変更可能であり、またノズル間のピッチを変更することによって流路間の間隔を変更することができる。正弦波形状の流路を形成させる際にはノズルの振幅や振幅周期の変更によっては、形成される流路の振幅および周期を変更することができる。上述の通りウォータージェットパンチング法によれば、多彩な流路形状を持つガス拡散電極を製造することが可能である。
【００２７】
本発明において「反応ガスの流れを制御する」とは、目的に応じて反応ガスの流れを同一方向に整えたり、蛇行させたりすることを意味する。例えば、反応ガスの流れを制御して効率よく反応させるためには、反応ガスの流れを蛇行させればよい。
【００２８】
本発明のガス拡散電極における溝（流路）の形状は直線、曲線のいずれでも良い。しかしながら、溝（流路）の形状が直線状、あるいは曲線状であっても２次曲線のようなガス拡散電極の面方向における流路分布が不均一な溝（流路）であると、直線の流路形状の向きによって、保水性・排水性が大きく変化し、その結果発電性能が大きく変化してしまうため、ガス拡散電極を燃料電池に組み付ける際に注意を要する。ガス拡散電極の面方向において溝（流路）分布が均一に近い流路形状のガス拡散電極を用いれば、ガス拡散電極を燃料電池に組み付ける際に流路の向きが９０度変わってしまっても、保水性・排水性が大きく変化せず、良好な発電性能が得られるので好ましい。ガス拡散電極の面方向において溝（流路）分布が均一に近い溝（流路）形状のガス拡散電極としては、（１）溝（流路）形状がジグザグ状であり、なおかつジグザグが同一パターンの繰り返しによって構成され、当該ジグザグ状の溝（流路）が電極面上に均一に配置されたガス拡散電極、（２）溝（流路）が正弦波形状であり、なおかつ正弦波形状の溝（流路）が電極面上に均一に配置されたガス拡散電極が挙げられる。
【００２９】
ここで言う正弦波形状とは、正弦関数によって規定される一定の周期を持った曲線形状のことを指す。ウォータージェットパンチング法に用いるノズルをシート流れ方向に対して垂直に一定の周波数で振動させることによってシートに正弦波形状の溝（流路）を形成することができる。また、ウォータージェットパンチング法に用いるノズルは１列ノズルでも良いが、シート全面に溝（流路）を均一に形成するという観点から、複数列のノズルを用いることがより好ましい。下記に詳細を記す。
＜ウォータージェットパンチング＞
ウォータージェットパンチング法について以下に述べる。
【００３０】
ウォータージェットパンチングでは、シート搬送方向に対して直角方向に振動する１列もしくは複数列配置されたノズル孔を備える高圧液体噴射ノズルを用い、周期２０〜１００ｍｍ、振幅１〜３ｍｍの正弦派形状の溝（流路）をシート表面に描くように形成する。高圧液体噴射ノズルに振動を与えなければ、シートの流れ方向に沿った直線状の流路を形成することができる。
【００３１】
ウォータージェットパンチングにおいて、シート搬送方向に対して垂直方向に１列もしくは複数列上に配置されたウォータージェットノズルを振動することで、シート表面に正弦派形状の軌跡を均一に付与することができる。
【００３２】
シート搬送速度、ノズル振動速度、ノズル振り幅の関係によりシート表面に形成されるウォータージェットパンチングの軌跡は決まる。ノズル振動数としては１〜１０００ｒｐｍ程度、振り幅６ｍｍ程度で制御することが実用的な範囲であり、シート搬送速度を１〜１０ｍ／ｍｉｎに設定した場合、周期２０〜１００ｍｍ、振幅１〜３ｍｍの正弦派形をシート上に形成することができる。
【００３３】
溝（流路）形成処理およびシートの交絡をより強固にするために、ウォータージェットノズルによる処理を繰り返し行うことも可能である。例えば、１列ノズル間の列間ピッチは３０ｃｍとして２本のノズルを固定して１台のノズル振動装置で振動を与えることもできる。
【００３４】
高圧液体噴射ノズルの、高圧水流を発生させるノズル孔径はΦ（直径）０．０５〜０．３ｍｍが好ましい。直径０．０５ｍｍ以上ではウォータージェットパンチングの打力が好適であり、効率的に溝（流路）形成および交絡処理を行うことができる。直径０．３ｍｍ以下では、ウォータージェットパンチングの水量が増加して打力が強くなることを容易に防止し、シート表面に残る軌跡が太くなって表面が荒れることを容易に防止できる。
【００３５】
高圧液体噴射ノズルのノズル孔間ピッチは特に限定されるものではない。孔間ピッチは狭いほど高密度な交絡処理は可能となるが、ウォータージェットノズルから発生する高圧水流の直進性や使用水量と排水量のバランス、ノズルの加工精度などを考慮すると０．０５〜０．３ｍｍが好ましい。
【００３６】
高圧液体噴射ノズルの高圧水流の圧力は０．１〜６ＭＰａが好ましい。圧力０．１ＭＰａ以上では溝（流路）の形成状態および繊維の交絡を良好にすることが容易である。圧力６ＭＰａ以下では、ガス拡散電極前駆体シートの形態が崩れ破れることを容易に防止できる。
【００３７】
本発明における正弦波形状は、厳密に正弦波形状である必要はなく、ほぼ正弦波形状のものも含む。発電性能の観点からすると、ガス拡散電極面上の溝（流路）分布がより均一であることが好ましいので、正弦波形状により近い方が好ましく、最も好ましくは厳密な意味での正弦波形状である。
【００３８】
溝（流路）を有するガス拡散電極の燃料電池における配置は、ガス拡散電極の溝（流路）を有する面がセパレーターと向き合うように配置することが好ましい。このように配置を行うことによってセパレーターの溝（流路）を流れるガスや水分を効率よく輸送することができる。
【００３９】
固体高分子型燃料電池は図１に示すように高分子電解質膜、触媒層、ガス拡散電極及び集電体からなり、一般には各構成単位は垂直に配置され、水平方向に積層される。
【００４０】
上記の様に各構成単位が垂直に配置される固体高分子型燃料電池においては、本発明のガス拡散電極が有する溝（流路）の形状がジグザグ状もしくは正弦波形状である場合、本発明のガス拡散電極を燃料極（水素極）として用いる際は、ジグザグ状もしくは正弦波形状を垂直方向と直行する方向に配置することにより保湿の面で有効である。また酸化剤極（酸素極）として用いる際は、垂直方向にジグザグ状もしくは正弦波形状を設けることにより排水機能を持たせられるので好ましい。
【００４１】
本発明のガス拡散電極に設けられる溝の幅は０．１〜２．０ｍｍが好ましく、より好ましくは０．２〜１．５ｍｍである。溝の幅が狭すぎると流路としての機能を十分に発現せず、広すぎるとガス拡散電極表面の粗さが良好に保たれない。また、溝の深さは２〜１００μｍであることが好ましく、より好ましくは５〜５０μｍである。溝の深さが浅すぎると、流路として良好な排水性を示さず、深すぎるとガス拡散電極の強度を良好に保つことができない。さらに、溝間のピッチは０．５〜２．０ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは０．５〜１．５ｍｍである。溝間のピッチが狭すぎると精度よく溝を形成することができず、広すぎると面内における溝面積の割合が大きく保つことができない。溝としての機能を最大限に、ガス拡散電極の面内における溝の分布を均一にする上で、溝流路を重ねて形成することも有効である。
【実施例】
【００４２】
＜実施例１＞
炭素短繊維（Ａ）として、平均繊維径が７μｍ、平均繊維長が３ｍｍのＰＡＮ系炭素繊維を用意した。また、炭素繊維前駆体短繊維（ｂ）として、平均繊維径が４μｍ、平均繊維長が３ｍｍのアクリル短繊維（三菱レイヨン（株）製、商品名：Ｄ１２２）、フィブリル状炭素前駆体繊維（ｂ´）として、叩解によってフィブリル化するアクリル系ポリマーとジアセテート（酢酸セルロース）とからなる易割繊性アクリル系海島型複合短繊維（三菱レイヨン（株）製、商品名：ボンネルＭ．Ｖ．Ｐ．−Ｃ６５１、平均繊維長：３ｍｍ）を用意した。
【００４３】
以下の（１）〜（６）の操作によって表面に正弦波形状の流路を有する前駆体シート及び３次元交絡構造を持つ前駆体シートを２層以上積層一体化した前駆体シートを連続的に製造した。
【００４４】
（１）炭素短繊維（Ａ）の離解
炭素短繊維（Ａ）を、繊維濃度が１％（１０ｇ／Ｌ）になるように水中へ分散して、ミキサーを通して離解処理し、離解スラリー繊維（ＳＡ）とした。
【００４５】
（２）炭素繊維前駆体短繊維（ｂ）の離解
炭素繊維前駆体短繊維（ｂ）を、繊維濃度が１％（１０ｇ／Ｌ）になるように水中へ分散して、ミキサーを通して離解処理し、離解スラリー繊維（Ｓｂ）とした。
【００４６】
（３）フィブリル状炭素前駆体繊維（ｂ´）の離解
前記易割繊性アクリル系海島型複合短繊維を、繊維濃度が１％（１０ｇ／Ｌ）になるように水中へ分散させミキサーを通して叩解・離解処理し、離解スラリー繊維（Ｓｂ´）とした。
【００４７】
（４）前駆体シートの製造
炭素短繊維（Ａ）と炭素繊維前駆体短繊維（ｂ）およびフィブリル状炭素前駆体繊維（ｂ´）とが、質量比６０：２０：２０で、かつスラリー中の繊維の濃度が、２．８８ｇ／Ｌとなるように離解スラリー繊維（ＳＡ）、離解スラリー繊維（Ｓｂ）、離解スラリー繊維（Ｓｂ´）、希釈水を計量し、標準角型シートマシン（熊谷理機工業（株）製、商品名：Ｎｏ．２５５５）を用いて、ＪＩＳ  Ｐ−８２０９法に準拠して手動により二次元平面内（縦２５０ｍｍ、横２５０ｍｍ）において分散させ、乾燥させることで、目付けが６０ｇ／ｍ２の前駆体シートを得た。なお、前駆体シートにおける炭素短繊維（Ａ）、炭素繊維前駆体短繊維（ｂ）、およびフィブリル状炭素繊維前駆体短繊維（ｂ´）の分散状態は良好であった。
【００４８】
（５）流路を有する３次元交絡構造を持つ前駆体シートの製造
ネット駆動部及び幅６０ｃｍ×長さ５８５ｃｍのプラスチックネット製平織メッシュをベルト状につなぎあわせて連続的に回転させるネットよりなるシート状物搬送装置、スラリー供給部幅が４８ｃｍであるスラリー供給装置、ネット下部に配置した減圧脱水装置からなる処理装置を用いた。処理装置の下流には下記の３本のウォータージェットノズルを備えた加圧水流噴射処理装置を配置した。
【００４９】
ノズル１：孔径φ０．１５ｍｍ×５０１孔、幅方向孔間ピッチ１ｍｍ（１００１孔／幅１ｍ）、１列配置、ノズル有効幅５００ｍｍ
ノズル２：孔径φ０．１５ｍｍ×５０１孔、幅方向孔間ピッチ１ｍｍ（１００１孔／幅１ｍ）、１列配置、ノズル有効幅５００ｍｍ
ノズル３：孔径φ０．１５ｍｍ×１００２孔、幅方向孔間ピッチ１．５ｍｍ、３列配置、列間ピッチ５ｍｍ、ノズル有効幅５００ｍｍ
前記（４）で得られた前駆体シートを、シート状搬送装置の上に配置した。加圧水流噴射圧力を１ＭＰａノズル１、圧力２ＭＰａ（ノズル２）、圧力１ＭＰａ（ノズル３）として、前駆体シートをノズル１、ノズル２、ノズル３の順で通過させて交絡処理を加え３次元交絡構造を持つ積層一体化した前駆体シートを得た。この前駆体シートには振幅２ｍｍ、周期２ｍｍの正弦波形状の溝（流路）が溝間隔１ｍｍピッチで形成され、溝の深さは１０μｍ、幅は０．５ｍｍであった。
【００５０】
（６）乾燥処理
前記３次元交絡構造を持つ積層一体化させた前駆体シートを、ピンテンター試験機（辻井染機工業（株）製ＰＴ−２Ａ−４００）により１５０℃で３分間乾燥させた。この溝および３次元交絡構造を有する前駆体シート中での炭素短繊維（Ａ）、炭素繊維前駆体短繊維（ｂ）およびフィブリル状炭素前駆体繊維（ｂ´）の分散状態は良好で、更に、繊維の絡み合いも良好であり、剥離を生じることがなく、ハンドリング性は良好であった。
【００５１】
（７）加圧加熱成型
次に、この前駆体シートの両面を、シリコーン系離型剤をコートした紙で挟んだ後、バッチプレス装置にて１８０℃、３ＭＰａの条件下で３分間加圧加熱成型した。
【００５２】
（８）炭素化処理
その後、この前駆体シートをバッチ炭素化炉にて、窒素ガス雰囲気中、２０００℃の条件下で１時間炭素化処理してガス拡散電極を得た。得られたガス拡散電極を図２に示す。このガス拡散電極上には、振幅２ｍｍ、周期２ｍｍの正弦波形状の溝（流路）が溝間隔１ｍｍピッチで形成され、溝の深さは１０μｍ、溝幅は０．５ｍｍであった。
【００５３】
（９）燃料電池の作製
両面に触媒担持カーボン（触媒：Ｐｔ、触媒担持量：５０質量％）からなる触媒層（触媒層面積：２５ｃｍ２、Ｐｔ付着量：０．３ｍｇ／ｃｍ２）を形成したパーフルオロスルホン酸系の高分子電解質膜（膜厚：３０μｍ）を、ガス拡散電極の溝（流路）を有していない面側を高分子電解質膜と接する面ように２組のガス拡散電極で挟持し、これらを接合して得た膜−電極接合体（ＭＥＡ）を蛇腹状のガス流路を有する２枚のカーボンセパレーターによって挟み、固体高分子型燃料電池（単セル）を形成した。この際、燃料極側および酸化剤極側のガス拡散電極の溝流路面がセパレーターと面するように配置し、かつ燃料極、酸化剤極それぞれ、正弦波の振幅が水平方向に対して直交するように配置した（図３参照）。
【００５４】
（１０）電池性能の評価
温度を８０℃としたこの単セルにセル内部の相対湿度が４０％となるように水素ガスと空気をバブラーを介して供給し発電させた。起電力―電流密度曲線を記録し、電流密度０．８Ａ／ｃｍ２で発電時に取り出される起電力を評価した。同様にして、温度を６０℃としたこの単セルにセル内部の相対湿度が１００％となるように水素ガスと空気をバブラーを介して供給して発電させた。起電力―電流密度曲線を記録し、電流密度０．８Ａ／ｃｍ２で発電時に取り出される起電力を評価した。電池内部の湿度条件に関わらず、良好な発電性能を示した。結果は表１に示す。
【００５５】
＜実施例２＞
燃料電池作製の際に、酸化剤極側におけるガス拡散電極の溝（流路）形状が実施例１に比べ正弦波を９０℃回転させた状態となるように配したこと以外は実施例１と同様である。電池性能の評価を行った結果、加湿条件に関わらず良好な発電性能を示した。結果は表１に示した。
【００５６】
＜実施例３＞
燃料電池作製の際に、燃料極側におけるガス拡散電極の溝（流路）形状が実施例１に比べ正弦波を９０℃回転させた状態となるように配したこと以外は実施例１と同様である。電池性能の評価を行った結果、加湿条件に関わらず良好な発電性能を示した。結果は表１に示した。
【００５７】
＜実施例４＞
燃料電池作製の際に、燃料極側におけるガス拡散電極の溝（流路）形状も実施例１に比べ正弦波を９０℃回転させた状態となるように配したこと以外は実施例２と同様である。電池性能の評価を行った結果、加湿条件に関わらず良好な発電性能を示した。結果は表１に示した。
【００５８】
＜比較例３＞
３次元交絡を有する前駆体シートを製造する際に、ウォータージェットノズルを振動させず、直線状の溝（流路）形状を形成したことおよび、燃料電池を作成する際に直線状の溝（流路）形状が燃料電池の上下方向にわたるように配置したこと以外は実施例１と同様である。なお、前駆体シート及び炭化処理後のガス拡散電極上の溝は間隔１ｍｍピッチで形成され、溝の深さは１０μｍ、溝幅は０．５ｍｍであった。
電池性能の評価を行った結果、加湿条件に関わらず良好な発電性能を示した。結果は表１に示した。
【００５９】
＜比較例１＞
前駆体シートを製造する際に３次元交絡処理を行わなかった。すなわち溝（流路）を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にしてガス拡散電極を得た。得られたガス拡散電極（溝（流路）を有さないガス拡散電極）を用いて燃料電池を作製し、その発電性能の評価を行った。得られたガス拡散電極を用いた燃料電池では、低加湿条件・高加湿条件いずれにおいても起電力の低下が見られた。結果を表１に示した。
【００６０】
＜比較例２＞
実施例１と同様にして得られたガス拡散電極の溝（流路）面が、高分子電解質側に面するように燃料極側および酸化剤極側のガス拡散電極を配して燃料電池を作製し、その発電性能の評価を行った。得られたガス拡散電極を用いた燃料電池では、低加湿条件・高加湿条件いずれにおいても起電力の低下が見られた。結果を表１に示した。
【００６１】
【表１】
0005902897.tif 000002
【図１】
0005902897.tif 000003
【図２】
0005902897.tif 000004
【図３】
0005902897.tif 000005