(57)【要約】【課題】  燃料電池の電極の下流側に過剰な水が蓄積することを防止することができる技術を提供することを目的とする。【解決手段】  燃料電池に、触媒層に接する第１ガス拡散層と、第１ガス拡散層に接する第２ガス拡散層と、を設ける。また、この第２ガス拡散層に、第２ガス拡散層の下流側の端部を通る下端側ガス流路を設ける。ここで、下端側ガス流路の形状を、第２ガス拡散層のうちで下流側の端部における第２ガス拡散層部分の部材量が、上流側の端部における第２ガス拡散層部分の部材量よりも小さくなるように、構成する。【選択図】  図２
2006172871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質層と、
前記電解質層を挟むように配置された２つの電極と、を備え、
前記２つの電極のうちの少なくとも一方の特定の電極は、
前記電解質層に接して設けられた触媒層と、
前記触媒層の前記電解質側の面とは反対側の面に接して設けられるとともに反応ガスが流れるガス透過層と、を有し、
前記ガス透過層は、
前記触媒層に接して設けられた第１ガス拡散層と、
前記第１ガス拡散層の前記触媒層側の面とは反対側の面に接して設けられた第２ガス拡散層と、を有し、
前記第２ガス拡散層は、前記第２ガス拡散層の下流側の端部を通るスリット状のガスの流路である下端側ガス流路を有し、
前記下端側ガス流路の形状は、前記第２ガス拡散層のうちで下流側の端部における前記第２ガス拡散層部分の部材量が、上流側の端部における前記第２ガス拡散層部分の部材量よりも小さくなるように、構成されている、
燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記ガス透過層は、さらに、
前記第２ガス拡散層の前記第１ガス拡散層側の面とは反対側の面に接して設けられた第３ガス拡散層を有し、
前記第３ガス拡散層は、前記第３ガス拡散層の上流側の端部を通るスリット状のガスの流路である上端側ガス流路を有する、
燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記上端側ガス流路は、前記下端側ガス流路と連通するように構成されている、燃料電池。
【請求項４】
請求項２ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記下端側ガス流路は、前記第２ガス拡散層の下流側にのみ設けられ、
前記上端側ガス流路は、前記第３ガス拡散層の上流側にのみ設けられている、
燃料電池。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記第１ガス拡散層と、前記第２ガス拡散層と、は撥水性を有し、
前記第３ガス拡散層は親水性を有する、
燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池であって、
前記第１ガス拡散層と、前記第２ガス拡散層と、前記第３ガス拡散層と、は、多孔質部材を用いて形成されており、
前記第１ガス拡散層は、その気孔率が前記第２ガス拡散層の気孔率よりも小さくなるように形成され、
前記第２ガス拡散層は、その気孔率が前記第３ガス拡散層の気孔率よりも小さくなるように形成されている、
燃料電池。
【請求項７】
請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記第１ガス拡散層と、前記第２ガス拡散層と、前記第３ガス拡散層と、は撥水性を有する、燃料電池。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池であって、
前記第１ガス拡散層と、前記第２ガス拡散層と、前記第３ガス拡散層と、は、多孔質部材を用いて形成されており、
前記第１ガス拡散層は、その気孔率が前記第２ガス拡散層の気孔率よりも小さくなるように形成され、
前記第２ガス拡散層は、その気孔率が前記第３ガス拡散層の気孔率よりも小さくなるように形成されている、
燃料電池。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記各ガス拡散層のそれぞれは、別体のシートとして形成されている、燃料電池。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記各ガス拡散層のそれぞれは、カーボン多孔質体を用いて形成されている、
燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池では、反応ガス（例えば、酸化ガスとしての空気や、燃料ガスとしての水素ガス）の供給と排ガスの排出とを効率良く行うことが要求される。そのために、燃料電池にガスの流路を設ける方法が提案されている（特許文献１〜２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１２３８５０号公報
【特許文献２】特開平６−１６８７２８号公報
【０００４】
ところで、燃料電池では、電気化学反応によって電極で水が生成される。このような生成水は、排ガスとともに外に排出される。この際、電極の上流側で生成された生成水は下流側に移動する。その結果、電極の下流側に過剰な水が蓄積し、発電効率が低下する場合があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の電極の下流側に過剰な水が蓄積することを防止することができる技術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】
【０００６】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、この発明における燃料電池は、電解質層と、前記電解質層を挟むように配置された２つの電極と、を備え、前記２つの電極のうちの少なくとも一方の特定の電極は、前記電解質層に接して設けられた触媒層と、前記触媒層の前記電解質側の面とは反対側の面に接して設けられるとともに反応ガスが流れるガス透過層と、を有し、前記ガス透過層は、前記触媒層に接して設けられた第１ガス拡散層と、前記第１ガス拡散層の前記触媒層側の面とは反対側の面に接して設けられた第２ガス拡散層と、を有し、前記第２ガス拡散層は、前記第２ガス拡散層の下流側の端部を通るスリット状のガスの流路である下端側ガス流路を有し、前記下端側ガス流路の形状は、前記第２ガス拡散層のうちで下流側の端部における前記第２ガス拡散層部分の部材量が、上流側の端部における前記第２ガス拡散層部分の部材量よりも小さくなるように、構成されている。
【０００７】
この燃料電池は、触媒層に接して設けられた第１ガス拡散層と、第１ガス拡散層に接して設けられた第２ガス拡散層と、を有し、この第２ガス拡散層には、第２ガス拡散層の下流側の端部を通る下端側ガス流路が設けられ、この下端側ガス流路の形状は、第２ガス拡散層のうちで下流側の端部における第２ガス拡散層部分の部材量が、上流側の端部における第２ガス拡散層部分の部材量よりも小さくなるように、構成されているので、燃料電池の電極の下流側に過剰な水が蓄積することを防止することができる。
【０００８】
上記燃料電池において、前記ガス透過層は、さらに、前記第２ガス拡散層の前記第１ガス拡散層側の面とは反対側の面に接して設けられた第３ガス拡散層を有し、前記第３ガス拡散層は、前記第３ガス拡散層の上流側の端部を通るスリット状のガスの流路である上端側ガス流路を有することが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、ガス透過層における圧損が過剰に高くなることを防止することができ、また、電極の上流側から水を過剰に排出することを防止することができる。
【００１０】
上記燃料電池において、前記上端側ガス流路は、前記下端側ガス流路と連通するように構成されていることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、ガス透過層での圧損の増大を抑制する効果が顕著となる。
【００１２】
上記各燃料電池において、前記下端側ガス流路は、前記第２ガス拡散層の下流側にのみ設けられ、前記上端側ガス流路は、前記第３ガス拡散層の上流側にのみ設けられていることとしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、上端側ガス流路と下端側ガス流路とに積極的にガスを流すことが可能となるので、電極の下流側から水を効率よく排出し、さらに、電極の上流側から水を過剰に排出することを適切に防止することができる。
【００１４】
上記各燃料電池において、前記第１ガス拡散層と、前記第２ガス拡散層と、は撥水性を有し、前記第３ガス拡散層は親水性を有することとしてもよい。
【００１５】
この構成によれば、第３ガス拡散層を介して、電極の下流側から上流側へ水を移動させることが可能となるので、電極の上流側が過剰に乾燥することを防止することができる。
【００１６】
上記燃料電池において、前記第１ガス拡散層と、前記第２ガス拡散層と、前記第３ガス拡散層と、は、多孔質部材を用いて形成されており、前記第１ガス拡散層は、その気孔率が前記第２ガス拡散層の気孔率よりも小さくなるように形成され、前記第２ガス拡散層は、その気孔率が前記第３ガス拡散層の気孔率よりも小さくなるように形成されていることとしてもよい。
【００１７】
この構成によれば、触媒層に接する第１ガス拡散層では、水の過剰な排出を防止し、さらに、集電性を高めて電気的な抵抗が過剰に高くなることを防止することができる。また、触媒層から比較的遠い第３ガス拡散層では、ガスが比較的流れやすくなるので、圧損が過剰に高くなることを防止することができる。
【００１８】
上記各燃料電池において、前記第１ガス拡散層と、前記第２ガス拡散層と、前記第３ガス拡散層と、は撥水性を有することとしてもよい。
【００１９】
この構成によれば、各ガス拡散層から水が排出されやすくなるので、電極に過剰な水が蓄積することを防止する効果がより顕著となる。
【００２０】
上記燃料電池において、前記第１ガス拡散層と、前記第２ガス拡散層と、前記第３ガス拡散層と、は、多孔質部材を用いて形成されており、前記第１ガス拡散層は、その気孔率が前記第２ガス拡散層の気孔率よりも小さくなるように形成され、前記第２ガス拡散層は、その気孔率が前記第３ガス拡散層の気孔率よりも小さくなるように形成されていることとしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、触媒層に接する第１ガス拡散層では、水の過剰な排出を防止し、さらに、集電性を高めて電気的な抵抗が過剰に高くなることを防止することができる。また、触媒層から比較的遠い第３ガス拡散層では、ガスが比較的流れやすくなるので、圧損が過剰に高くなることを防止することができる。
【００２２】
上記各燃料電池において、前記各ガス拡散層のそれぞれは、別体のシートとして形成されていることとしてもよい。
【００２３】
この構成によれば、各ガス拡散層を容易に形成することが可能となる。
【００２４】
上記各燃料電池において、前記各ガス拡散層のそれぞれは、カーボン多孔質体を用いて形成されていることとしてもよい。
【００２５】
この構成によれば、各ガス拡散層を容易に形成することが可能となる。
【００２６】
なお、この発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池用のガス透過層、そのガス透過層を有する電極、その電極を有する燃料電池、その燃料電池を備える車両等の移動体、等の態様で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．第５実施例：
Ｆ．第６実施例：
Ｇ．第７実施例：
Ｈ．変形例：
【００２８】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池１００（「単セル」とも呼ぶ）の構造を示す分解図である。この単セル１００は、電解質膜３０と、電解質膜３０の両側に接した状態で設けられたカソード電極８０およびアノード電極７０と、単セル１００を積層する際にカソード電極８０とアノード電極７０との間に介挿されるセパレータ６０とを有している。電解質膜３０は、例えば固体高分子電解質で形成されている。セパレータ６０は、水素透過性が低く導電性の良好な材料で形成されており、例えば樹脂に導電材料を混入して成形したものが用いられる。また、セパレータ６０のアノード電極７０と接する面には、複数の溝が形成されている（図示省略）。セパレータ６０とアノード電極７０とが接合されると、この溝によって燃料ガス（例えば、水素ガス）の流路が形成される。一方、カソード電極８０と接する面は、平らに形成されている。酸化ガス（例えば、空気）の流路については後述する。
【００２９】
アノード電極７０は、電解質膜３０に接して設けられたアノード触媒層２０と、アノード触媒層２０に接して設けられたアノード透過層１０と、で構成されている。また、カソード電極８０は、電解質膜３０に接して設けられたカソード触媒層４０と、カソード触媒層４０に接して設けられたカソード透過層５０と、で構成されている。アノード触媒層２０とカソード触媒層４０とは、触媒を含み導電性の良好な材料で形成されており、例えば、触媒としての白金を担持したカーボン粉と、電解質膜３０に用いられる電解質とを混ぜた樹脂を、膜状に成形したものが用いられる。また、アノード透過層１０とカソード透過層５０とは、ガス透過性（拡散性）と導電性とが良好な材料で形成されており、例えば、カーボン多孔質体で形成されている。
【００３０】
図２は、カソード電極８０の詳細を示す分解図である。図２では、アノード電極７０の図示が省略されている。カソード透過層５０は、カソード触媒層４０に接して設けられた第１ガス拡散層５１と、第１ガス拡散層５１に接して設けられた第２ガス拡散層５２と、で構成されている。これらのガス拡散層５１、５２（すなわち、カソード透過層５０）には、厚さ方向とは垂直な方向に酸化ガスが流される。第１ガス拡散層５１は、溝やスリットのない平らなシート形状を有している。本実施例では、このようなシート形状のカーボン多孔質体として、カーボンペーパを用いている。同様に、第２ガス拡散層５２もカーボンペーパを用いて形成されている。ただし、この第２ガス拡散層５２の下流側には、複数のスリット５２２が設けられている。これらのスリット５２２のそれぞれは、第２ガス拡散層５２の上流側端部と下流側端部とのほぼ中間位置から下流側へ向かってまっすぐに延び、下流側の端部に設けられた開口へ至る。すなわち、各スリット５２２は、第２ガス拡散層５２を形成する多孔質体で閉じられてはおらず、カソード電極８０の下流側に接続された排ガスの排出流路（図示せず）に連通している。これらのスリット５２２は、ガス（酸化ガスと排ガス）の流路として機能する（以下、スリット５２２のことを「下端側ガス流路５２２」とも呼ぶ）。
【００３１】
図３は、単セル１００を側面（図２のＳ方向）から見た断面図である。このＳ方向は、酸化ガスの流れる方向と直交する方向である。また、図３では、単セル１００のカソード電極８０側の半分が示されている。また、この断面図は、スリット５２２を通る断面を示しており、左側が上流側を示し、右側が下流側を示している。
【００３２】
上流側から供給された酸化ガスは、第１ガス拡散層５１と第２ガス拡散層５２とを通って拡散され、カソード触媒層４０に供給される。反応後の排ガスは、第１ガス拡散層５１と第２ガス拡散層５２とを通って排出される。また、カソード電極８０において電気化学反応で生成された水の一部は排ガスとともに排出され、残りはカソード透過層５０内に留まることとなる。
【００３３】
ここで、第１実施例の単セル１００は、以下のような種々の特徴と利点とを有している。第１の特徴点は、第２ガス拡散層５２の下流側にスリット５２２が設けられている点である。上流側で生成された水はガスの流れによって下流側に移動するので、カソード透過層５０の下流側には、過剰な水が蓄積される可能性がある。ところが、生成水は、このスリット５２２を通って効率良く排出される。その結果、カソード透過層５０の下流側に過剰な水が蓄積されることを防止することができるという利点がある。
【００３４】
第２の特徴点は、第１ガス拡散層５１にはスリットが設けられていない点である。この構成により、カソード触媒層４０と第１ガス拡散層５１との接触面積が過剰に小さくなることを防止することができる。その結果、カソード触媒層４０からの集電の効率が低下することを抑制することができる。また、カソード触媒層４０上の位置による酸化ガス供給量の分布のバラツキが大きくなることを抑制することもできる。なお、第１ガス拡散層５１の形状としてはスリットのない矩形状に限らず種々の形状を採用することができる。一般には、第１ガス拡散層５１の形状を、第１ガス拡散層５１とカソード触媒層４０との接触面積が、第１ガス拡散層５１と第２ガス拡散層５２との接触面積よりも大きくなるような形状に設定することが好ましい。
【００３５】
また、第１実施例では、電解質膜３０が固体高分子電解質を用いて形成されている。従って、電解質膜３０が乾燥すると発電効率が低下する場合があるので、電解質膜３０の過剰な乾燥を防止することが重要となる。第１実施例では、電解質膜３０に近い第１ガス拡散層５１に蓄積された生成水によって、電解質膜３０の乾燥が抑制されている。ここで、この第１ガス拡散層５１にはスリットが設けられていないので、カソード触媒層４０と接する部分、すなわち、電解質膜３０（カソード触媒層４０）に対して水を供給できる部分の面積が過剰に小さくなることが防止される。その結果、電解質膜３０が過剰に乾燥し、発電効率が低下することを抑制することができる。また、第２ガス拡散層５２の上流側にはスリット５２２が延びていないので、上流側の生成水が過剰に排出されて、カソード電極８０の上流側、すなわち、電解質膜３０の上流側が過剰に乾燥することを防止することができる。
【００３６】
第３の特徴点は、第１ガス拡散層５１と第２ガス拡散層５２とが、別体として、すなわち、別々のカーボン多孔質体のシート（以下「カーボン多孔質シート」とも呼ぶ）を用いて構成されている点である。この構成により、第２ガス拡散層５２にスリット５２２を設ける際には、第１ガス拡散層５１と同じカーボン多孔質シートに単純な打ち抜き加工を施せばよいので、単セル１００の製造を容易なものとすることができる。また、第１実施例の単セル１００は、各スリット５２２が途中で分岐していないという特徴も有している。この構成により、分岐した流路の間を仕切るための部材を用いることなく、１つの部材のみを用いて第２ガス拡散層５２を形成することができる。その結果、単セル１００の製造において、第１ガス拡散層５１の表面に複数の部材を配置するといった手間を省略し、単セル１００の製造コストを低減させることが可能となる。
【００３７】
Ｂ．第２実施例：
図４は、第２実施例の単セル１００ａのカソード電極８０ａの詳細を示す分解図である。図２に示す第１実施例の単セル１００との差異は、カソード透過層５０ａが、さらに、第２ガス拡散層５２に接して設けられた第３ガス拡散層５３を有している点だけである。この第３ガス拡散層５３は、第２ガス拡散層５２とセパレータ６０との間に挿入される。他の構成は、第１実施例の単セル１００と同じである。
【００３８】
第３ガス拡散層５３は、第２ガス拡散層５２と同様のカーボン多孔質シートで形成されている。第２ガス拡散層５２との差異は、下流側の代わりに上流側に複数のスリット５３２が設けられている点だけである。これらのスリット５３２のそれぞれは、第３ガス拡散層５３の上流側端部と下流側端部とのほぼ中間位置から上流側へ向かってまっすぐに延び、上流側の端部に設けられた開口へ至る。すなわち、各スリット５３２は、第３ガス拡散層５３を形成する多孔質体で閉じられておらず、カソード電極８０ａの上流側に接続された酸化ガスの供給流路（図示せず）に連通している。これらのスリット５３２は、ガス（酸化ガスと排ガス）の流路として機能する（以下、スリット５３２のことを「上端側ガス流路５３２」とも呼ぶ）。また、この上端側ガス流路５３２は、第３ガス拡散層５３の中間位置において下端側ガス流路５２２と重なっている、すなわち、下端側ガス流路５２２と連通している。
【００３９】
図５は、単セル１００ａのカソード電極８０ａ側の半分を側面からみた断面図である。この断面図は、図３の断面図と同様に、酸化ガスの流れる方向とは直交する方向（図４のＳａ方向）から見た断面図であり、下端側ガス流路５２２と上端側ガス流路５３２とを通る断面図である。
【００４０】
上流側（図５の左側）から供給された酸化ガスは、第１ガス拡散層５１と第２ガス拡散層５２と第３ガス拡散層５３とを通って拡散され、カソード触媒層４０に供給される。この際、酸化ガスは、カソード透過層５０ａの上流側から下流側まで連通するガス流路、すなわち、上端側ガス流路５３２と下端側ガス流路５２２とを経て、供給される。また、排ガスも、カソード透過層５０ａの上流側から下流側まで連通するガス流路を経て排出される。
【００４１】
以上説明したように、第２実施例の単セル１００ａは、上述した第１実施例の単セル１００の種々の特徴に加えて、上流側に上端側ガス流路５３２を有する第３ガス拡散層５３が、第２ガス拡散層５２の外側に設けられているという特徴を有している。その結果、第２実施例の単セル１００ａは、上述した第１実施例の利点に加えて、カソード透過層５０ａにおける圧損（圧力損失とも呼ばれる）が過剰に高くなることを防止することが可能となるという利点を有する。また、上流側の上端側ガス流路５３２は、下流側の下端側ガス流路５２２と比べてより外側の層、すなわち、電解質膜３０からより遠い第３ガス拡散層５３に設けられている。従って、電解質膜３０の上流側が過剰に乾燥することを防止することができる。また、第２実施例では、上端側ガス流路５３２と下端側ガス流路５２２とが連通しているので、カソード透過層５０ａでの圧損の増大を抑制する効果が顕著である。
【００４２】
また、第３ガス拡散層５３にスリット５３２を設ける際には、第２ガス拡散層５２のスリット５２２と同様に、第１ガス拡散層５１と同じカーボン多孔質シートに単純な打ち抜き加工を施せばよいので、単セル１００ａの製造コストの上昇を抑えることが可能となる。
【００４３】
Ｃ．第３実施例：
図６は、第３実施例の単セル１００ｂの断面図である。この断面図は、図５に示した第２実施例の断面図と同じ側面からみた断面図である。図４、図５に示した第２実施例の単セル１００ａとの差異は、カソード透過層５０ｂを構成する３つの拡散層５１ｂ、５２ｂ、５３ｂのそれぞれに、撥水処理が施されている点だけである。他の構成は、第２実施例の単セル１００ａと同じである。
【００４４】
第１ガス拡散層５１ｂと、第２ガス拡散層５２ｂと、第３ガス拡散層５３ｂと、のそれぞれには、撥水処理が施されている。第３実施例では、撥水処理として、カーボン多孔質シートを、カーボンブラックとポリテトラフルオロチレン（ＰＴＦＥ）との混合物でコーティングする処理を採用している。コーティングの方法としては、スプレーを用いる方法や、含浸を用いる方法等を採用することができる。
【００４５】
以上説明したように、第３実施例の単セル１００ｂは、上述した第２実施例の単セル１００ａの種々の特徴に加えて、カソード透過層５０ｂを構成する各拡散層５１ｂ、５２ｂ、５３ｂのそれぞれに、撥水処理が施されているという特徴を有している。その結果、第３実施例の単セル１００ｂは、上述した第２実施例の利点に加えて、各層５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ内において、生成水を効率よく排出することが可能になるという利点を有する。
【００４６】
また、３つの層５１ｂ、５２ｂ、５３ｂのそれぞれを、撥水処理の施された同じカーボン多孔質シートを用いて形成することが可能であるので、単セル１００ｂの製造コストの上昇を抑えることもできる。
【００４７】
なお、各拡散層５１ｂ、５２ｂ、５３ｄに撥水性を付与する方法としては、周知の種々の処理を採用することができる。例えば、各拡散層５１ｂ、５２ｂ、５３ｄに、撥水性を有する材料（以下「撥水性材料」と呼ぶ）を付着させる処理（例えば、撥水性材料をスプレーして塗布する処理や、撥水性材料を含浸させる処理）を採用することができる。また、撥水性材料を、各拡散層５１ｂ、５２ｂ、５３ｄの形成に用いる材料に添加する方法を採用してもよい。撥水性材料としては、例えば、カーボンブラックとフッ素樹脂（例えば、上述した「ＰＴＦＥ」や、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ））との混合物を用いることができる。
【００４８】
Ｄ．第４実施例：
図７は、第４実施例の単セル１００ｃの断面図である。この断面図は、図６に示した第３実施例の断面図と同じ側面からみた断面図である。図６に示した第３実施例の単セル１００ｂとの差異は、カソード透過層５０ｃを構成する各拡散層５１ｃ、５２ｃ、５３ｃの気孔率が互いに異なっている点だけである。他の構成は、第３実施例の単セル１００ｂと同じである。
【００４９】
図７に示すように、第４実施例では、第１ガス拡散層５１ｃの気孔率Ｐ５１ｃは第２ガス拡散層５２ｃの気孔率Ｐ５２ｃよりも小さくなるように設定されている。さらに、第２ガス拡散層５２ｃの気孔率Ｐ５２ｃは第３ガス拡散層５３ｃの気孔率Ｐ５３ｃよりも小さくなるように設定されている（なお、以下の説明では、拡散層を表す符号の前に文字「Ｐ」を加えた符号を、その拡散層の気孔率を表す符号として用いる）。すなわち、第４実施例の単セル１００ｃは、上述した第３実施例の単セル１００ｂの種々の特徴に加えて、カソード透過層５０ｃを構成する各拡散層５１ｃ、５２ｃ、５３ｃのそれぞれの気孔率Ｐ５１ｃ、Ｐ５２ｃ、Ｐ５３ｃが、電解質膜３０に近い拡散層ほど小さくなるように設定されているという特徴を有している。その結果、第４実施例の単セル１００ｃは、上述した第３実施例の利点に加えて、以下の種々の利点を有することとなる。具体的には、第１ガス拡散層５１ｃでは、第１ガス拡散層５１ｃとカソード触媒層４０との電気的な接触抵抗の過剰な上昇を防止することができ、集電効率の過剰な低下を防止することができる。また、第１ガス拡散層５１ｃでは、比較的に生成水が保持されやすくなるので、電解質膜３０の過剰な乾燥を防止することが可能となる。また、第３ガス拡散層５３ｃでは、比較的にガスが流れやすくなるので、カソード透過層５０ｃでの圧損が過剰に高くなることを防止することが可能となる。
【００５０】
なお、第４実施例では、各拡散層５１ｃ、５２ｃ、５３ｃの気孔率を、カーボン多孔質シートに対する撥水性材料の付着量を調整することによって、調整している。具体的には、付着量を多くすれば、カーボン多孔質シートの孔の内に入り込む撥水性材料の量が多くなるので、気孔率を小さくすることができる。このように、撥水性材料の付着量を調整して気孔率を調整する方法を採用すれば、同じカーボン多孔質シートを用いて各拡散層５１ｃ、５２ｃ、５３ｃを形成することができるので、単セル１００ｃの製造コストの上昇を抑えることが可能となる。なお、各拡散層５１ｃ、５２ｃ、５３ｃの気孔率を調整する方法としては、周知の種々の方法を採用することができる。例えば、各拡散層５１ｃ、５２ｃ、５３ｃ毎に気孔率の異なるカーボン多孔質シートを用いることとしてもよい。カーボン多孔質シートの気孔率は、カーボン多孔質シートを形成する際に用いるカーボン繊維の量や太さなどを調整することによって変更可能である。なお、各拡散層５１ｃ、５２ｃ、５３ｃの気孔率は、例えば超音波計測や密度計測によって計測することができる。
【００５１】
Ｅ．第５実施例：
図８は、第５実施例の単セル１００ｄの断面図である。この断面図は、図７に示した第４実施例の断面図と同じ側面からみた断面図である。図７に示した第４実施例の単セル１００ｃとの差異は、第３ガス拡散層５３ｄには撥水処理の代わりに親水処理が施されている点だけである。他の構成は、第４実施例の単セル１００ｃと同じである。
【００５２】
第１ガス拡散層５１ｄと第２ガス拡散層５２ｄとのそれぞれには、撥水処理が施されている。これらの拡散層５１ｄ、５２ｄの構成は、第４実施例の拡散層５１ｃ、５２ｃと同じである。一方、第３ガス拡散層５３ｄには親水処理が施されている。第５実施例では、カーボン多孔質シートを、過酸化水素水中で煮沸処理して、カーボン表面に水酸基（−ＯＨ基）を導入することによって、親水性を付与している。その結果、この第３ガス拡散層５３ｄには、生成水が染み込みやすくなる。また、第３ガス拡散層５３ｄが親水性を有するので、この第３ガス拡散層５３ｄに染み込んだ生成水は、ガスの流れに逆らって上流側に移動することが可能である。第３ガス拡散層５３ｄを伝って上流側に移動した生成水は、第２ガス拡散層５２ｄ、第１ガス拡散層５１ｄ内を拡散して、カソード触媒層４０（電解質膜３０）に供給される。その結果、電解質膜３０の上流側が過剰に乾燥することが防止される。
【００５３】
以上説明したように、第５実施例の単セル１００ｄは、上述した第４実施例の単セル１００ｃの種々の特徴に加えて、第３ガス拡散層５３ｃに親水処理が施されているという特徴を有している。その結果、第５実施例の単セル１００ｄは、上述した第４実施例の利点に加えて、電解質膜３０の上流側が過剰に乾燥することを防止することが可能になるという利点を有する。
【００５４】
なお、第３ガス拡散層５３ｄに親水性を付与する方法としては、周知の種々の方法を採用することができる。例えば、親水性を有する材料（以下「親水性材料」と呼ぶ）を、第３ガス拡散層５３ｄの形成に用いる材料に添加する方法を採用してもよい。また、第３ガス拡散層５３ｄの形成に用いる部材（例えば、カーボン多孔質シート）に親水性材料を付着させる処理（例えば、塗布処理や含浸処理）を採用してもよい。親水性材料としては周知の種々の材料を用いることが可能であり、例えば、酸化ケイ素や酸化チタンを用いることができる。
【００５５】
また、第３ガス拡散層５３ｄの気孔率Ｐ５３ｄを、第２ガス拡散層５２ｄの気孔率Ｐ５２ｄよりも大きくする方法としては、第２ガス拡散層５２ｄへの撥水性材料の付着量を調整する方法を採用することができる。こうすれば、同じカーボン多孔質シートを用いて各拡散層５１ｄ、５２ｄ、５３ｄを形成することができるので、単セル１００ｄの製造コストの上昇を抑えることが可能となる。また、第３ガス拡散層５３ｄへの親水性材料の付着量を調整することとしてもよく、各拡散層５１ｄ、５２ｄ、５３ｄ毎に気孔率の異なるカーボン多孔質シートを用いることとしてもよい。なお、各拡散層５１ｄ、５２ｄ、５３ｄの気孔率を同じ値に設定してもよい。
【００５６】
図９は、上述した第３〜第５実施例の各単セル１００ｂ〜１００ｄの電流密度／電圧特性を示すグラフである。このグラフには比較例の特性も示されている。図１０は、比較例の単セル１００ｅのカソード電極８０ｅの詳細を示す分解図である。各実施例の単セル１００ｂ〜１００ｄとの差異は、カソード透過層５０ｅに設けられたガスの流路と、電解質膜３０と、の距離が、上流側と下流側とで同じである点である。このカソード透過層５０ｅのセパレータ６０と接する面には、上流側から下流側へ至る複数の溝５０２ｅが設けられている。これらの溝５０２ｅはガスの流路として機能する。また、このカソード透過層５０ｅは、カーボン多孔質シートに撥水処理を施したものを用いて形成されており、また、このカソード透過層５０ｅの厚みは、各単セル１００ｂ〜１００ｄのカソード透過層５０ｂ〜５０ｄの厚みとほぼ同じに設定されている。なお、アノード電極については、各実施例の単セル１００ｂ〜１００ｄと、比較例の単セル１００ｄとで共通である。
【００５７】
図９のグラフに示すように、各実施例の単セル１００ｂ〜１００ｄについては、比較例の単セル１００ｅと比べて、電流密度の高い範囲において高い電圧を示している。このように、カソード透過層の上流側では電解質膜３０から比較的遠い第３ガス拡散層にガス流路（例えば、図６の上端側ガス流路５３２ｂ）を設け、下流側では電解質膜３０に比較的近い第２ガス拡散層にガス流路（例えば、図６の下端側ガス流路５２２ｂ）を設けることによって、発電効率を向上させることが可能となる。
【００５８】
Ｆ．第６実施例：
図１１は、第６実施例の単セル１００ｆのカソード電極８０ｆの詳細を示す分解図である。図６に示す第３実施例の単セル１００ｂとの差異は、カソード透過層５０ｆが、さらに、第３ガス拡散層５３ｆに接して設けられた第４ガス拡散層５４ｆを有している点である。この第４ガス拡散層５４ｆには、親水処理が施されている。また、この第４ガス拡散層５４ｆは、第３ガス拡散層５３ｆとセパレータ６０との間に挿入される。他の構成は、第３実施例の単セル１００ｂと同じである。
【００５９】
第４ガス拡散層５４ｆは、第１ガス拡散層５１ｆと同様のカーボン多孔質シートで形成されており、第２ガス拡散層５２ｆや第３ガス拡散層５３ｆのようなスリットは設けられていない。また、第４ガス拡散層５４ｆには、親水処理が施されている。親水処理としては、上述した第５実施例と同じ処理を用いることができる。その結果、生成水の一部は、この第４ガス拡散層５４ｆに染み込むこととなる。第４ガス拡散層５４ｆに染み込んだ生成水は、第４ガス拡散層５４ｆを伝って上流側に移動することが可能である。上流側に移動した生成水は、第３ガス拡散層５３ｆ、第２ガス拡散層５２ｆ、第１ガス拡散層５１ｆを伝って、カソード触媒層４０（電解質膜３０）に供給される。その結果、電解質膜３０の上流側が過剰に乾燥することが防止される。
【００６０】
以上説明したように、第６実施例の単セル１００ｆは、上述した第３実施例の単セル１００ｂの種々の特徴に加えて、親水処理が施された第４ガス拡散層５４ｆが設けられているという特徴を有している。その結果、第６実施例の単セル１００ｆは、上述した第３実施例の利点に加えて、電解質膜３０の上流側が過剰に乾燥することを防止することが可能になるという利点を有する。
【００６１】
Ｇ．第７実施例：
上述の各実施例において、第２ガス拡散層の下端側ガス流路の形状としては、種々の形状を採用することが可能である。例えば、図４に示す第２実施例において、下端側ガス流路５２２が途中で屈曲していてもよい。図１２は、このような特徴を有する第２ガス拡散層５２ｇを示す説明図である。図１２には、第２ガス拡散層５２ｇの、上面から（図４のＵ方向に沿って）見た上面図が示されている。また、図１２には、第２ガス拡散層５２ｇを含むカソード透過層からの排ガスが流れる排出流路７１０が示されている。この排出流路７１０は、第２ガス拡散層５２ｇの下流側（右側）の端部の下側に接続されている。また、複数の下端側ガス流路５２２ｇのそれぞれは、第２ガス拡散層５２ｇの中間位置から下流側の端部へ向かう途中で、下方向に向かってステップ状に屈曲している。このように、各下端側ガス流路５２２ｇは、排出流路７１０に近づく方向へ屈曲するという特徴を有している。その結果、各下端側ガス流路５２２ｇを排出流路７１０に近づけることができるので、圧損の上昇を抑えることが可能となる。なお、排出流路７１０の位置に拘わらずに、下端側ガス流路５２２ｇを屈曲させることとしてもよい。いずれの場合も、複数の下端側ガス流路５２２ｇの少なくとも一部を屈曲させれば、第２ガス拡散層５２ｇの設計の自由度を向上させることができる。
【００６２】
また、下端側ガス流路の幅を、上流側よりも下流側の方が広くなるように設定してもよい。図１３は、このような特徴を有する第２ガス拡散層５２ｈの上面図である。この第２ガス拡散層５２ｈが有する複数（図１３の例は５つ）の下端側ガス流路５２２ｈのそれぞれの幅は、下流側ほど広くなるように設定されている。従って、下流側ほど、生成水が排出され易くなるので、第２ガス拡散層５２ｈを含むカソード透過層の下流側に過剰な水が蓄積されることを防止することができる。なお、幅が変化する下端側ガス流路５２２ｈの形状としては、直線的に幅が拡がる形状以外の種々の形状を採用することができる。例えば、ステップ状に幅が拡がる形状を採用してもよい。いずれの場合も、複数の下端側ガス流路５２２ｈの少なくとも一部について、その幅を下流側ほど広くなるように設定すれば、カソード透過層の下流側に過剰な水が蓄積されることを防止することができる。
【００６３】
また、下流側へ向かって延びる下端側ガス流路が、その途中で、複数の流路に分岐していてもよい。図１４は、このような特徴を有する第２ガス拡散層５２ｉの上面図である。この第２ガス拡散層５２ｉが有する複数（図１４の例では３つ）の下端側ガス流路５２２ｉのそれぞれは、下流側（図１４の右側）へ向かって延びる途中で２つのガス流路に分岐している。従って、下流側ほど、生成水が排出され易くなるので、第２ガス拡散層５２ｉを含むカソード透過層の下流側に過剰な水が蓄積されることを防止することができる。なお、途中で分岐する下端側ガス流路５２２ｉの形状としては、１本から２本へ分岐する形状以外の種々の形状を採用することができる。例えば、分岐した後の２本の流路のそれぞれが、さらに、下流側に向かって２本に分岐してもよい。いずれの場合も、複数の下端側ガス流路５２２ｉの少なくとも一部について、下流側に向かって延びる複数の流路に分岐することとすれば、カソード透過層の下流側に過剰な水が蓄積されることを防止することができる。
【００６４】
なお、図１４の第２ガス拡散層５２ｉには、各下端側ガス流路５２２ｉを囲む主壁５２６ｉと、この主壁５２６ｉと分離した仕切壁５２４ｉとが設けられている。このような第２ガス拡散層５２ｉを形成する方法としては、第１ガス拡散層５１の上に主壁５２６ｉと仕切壁５２４ｉとを別々に配置して形成する方法や、１枚のカーボン多孔質シートに下端側ガス流路５２２ｉとしての溝を掘ることによって、第１ガス拡散層５１と第２ガス拡散層５２ｉとを一体に形成する方法等を採用すればよい。また、第２ガス拡散層において仕切壁５２４ｉと主壁５２６ｉとを一体に形成することとしてもよい。図１５は、このような特徴を有する第２ガス拡散層５２ｊの上面図である。図１４の第２ガス拡散層５２ｉとの差異は、仕切壁５２４ｊと主壁５２６ｊとを接続する接続部５２８ｊを有している点だけである。こうすれば、図４の第２ガス拡散層５２と同様に、第２ガス拡散層５２ｊを容易に形成することが可能となる。
【００６５】
なお、このように、第２ガス拡散層５２ｊにおいて、下端側ガス流路５２２ｊが、第２ガス拡散層５２ｊを形成する部材によって閉じられていても良い。この場合も、生成水は下端側ガス流路５２２ｊを通ることによって下流側へ移動し易くなるので、カソード透過層５０に過剰な水が蓄積されることを防止することができる。ただし、図４や図１２〜１４に示した実施例のように、下端側ガス流路が、第２ガス拡散層を形成する部材によって閉じられておらず、カソード電極の下流側に接続された排ガスの排出流路（図示せず）に連通していることが、水を排出しやすくできる点と、圧損の上昇を抑えることができる点で好ましい。
【００６６】
また、下端側ガス流路が、第２ガス拡散層の上流側の端部まで延びることとしてもよい。図１６は、このような特徴を有する第２ガス拡散層５２ｋの上面図である。この第２ガス拡散層５２ｋが有する複数（図１６の例では５つ）の下端側ガス流路５２２ｋのそれぞれの幅は、上流側よりも下流側の方が広くなるように設定されている。さらに、各下端側ガス流路５２２ｋは、第２ガス拡散層５２ｋの上流側（図１６の左側）へ延びて、上流側の端部に設けられた開口へ至る。すなわち、各下端側ガス流路５２２ｋは、カソード電極の上流側に接続された酸化ガスの供給流路（図示せず）に連通している。その結果、圧損の上昇を抑えることが可能となる。ただし、図４や図１２〜１４に示した実施例のように、第２ガス拡散層（例えば、図４の第２ガス拡散層５２）の上流側には下端側ガス流路（例えば、図４の下端側ガス流路５２２）を設けないこととすれば、上流側の生成水が過剰に排出されることを防止できる点で好ましい。
【００６７】
以上、図１２〜図１６に示した下端側ガス流路の種々の特徴は、図４に示した第２実施例に限らず、上述した各実施例に適用することが可能である。また、複数の特徴を適用して第２ガス拡散層を構成してもよい。一般には、第２ガス拡散層の下端側ガス流路が、第２ガス拡散層の下流側の端部を通るとともに、さらに、下端側ガス流路の形状が、第２ガス拡散層のうちで下流側の端部における第２ガス拡散層部分の部材量が、上流側の端部における第２ガス拡散層部分の部材量よりも小さくなるように、構成されていればよい。こうすれば、カソード透過層の下流側に過剰な水が蓄積されることを防止することができる。ここで、部材量としては、下端側ガス流路部分を除いた第２ガス拡散層部分の体積を用いてもよく、また、下端側ガス流路部分を除いた第２ガス拡散層部分の重量を用いてもよい。また、図２、図４に示した下端側ガス流路５２２のように、下端側ガス流路は、第２ガス拡散層の下流側にのみ設けられることが好ましい。こうすれば、電解質膜３０の上流側が過剰に乾燥することを防止することができる。ここで、「下流側にのみ設けられる」とは、上流側の端部に達していないことを意味する。
【００６８】
また、上端側ガス流路（例えば、図４の上端側ガス流路５３２）の形状についても、種々の形状を採用することができる。例えば、図４に示す第２実施例において、上端側ガス流路５３２が、図１２の下端側ガス流路５２２ｇと同様に、途中で屈曲していてもよい。こうすれば、第３ガス拡散層５３の設計の自由度を高めることができる。ここで、上流側へ向かって延びる上端側ガス流路５３２を、カソード電極の上流側に接続された酸化ガスの供給流路（図示せず）に近づく方向に屈曲させれば、圧損の上昇を抑えることが可能となる。また、上端側ガス流路５３２を、途中で分岐させてもよい。
【００６９】
また、上端側ガス流路５３２が、図１５の下端側ガス流路５２２ｊと同様に、第３ガス拡散層５３を形成する部材によって閉じられていても良い。ただし、上端側ガス流路５３２が、第３ガス拡散層５３を形成する部材によって閉じられておらず、カソード電極の上流側に接続された酸化ガスの供給流路（図示せず）に連通していることが、圧損の上昇を抑えることができる点で好ましい。
【００７０】
また、上端側ガス流路５３２が、図１６の下端側ガス流路５２２ｋと同様に、第３ガス拡散層５３の下流側の端部まで延びていてもよい。こうすれば、圧損の過剰な上昇を防止する効果が顕著となる。
【００７１】
以上説明した上端側ガス流路の種々の特徴は、図４に示した第２実施例に限らず、上述した各実施例に適用することが可能である。また、複数の特徴を適用して第３ガス拡散層を構成してもよい。一般に、第３ガス拡散層の上端側ガス流路は、第３ガス拡散層の上流側の端部を通るように構成されていればよい。こうすれば、圧損が過剰に高くなることを防止することができる。また、上端側ガス流路を、第２ガス拡散層の下端側ガス流路と連通するように構成すれば、圧損の過剰の上昇を防止する効果がより顕著となる。また、図４に示した上端側ガス流路５３２のように、上端側ガス流路は、第３ガス拡散層の上流側にのみ設けられることが好ましい。こうすれば、第２ガス拡散層の下端側ガス流路（例えば、図４の下端側ガス流路５２２）に積極的にガスを流すことができるので、カソード透過層（例えば、図４のカソード透過層５０）の下流側に蓄積された生成水の排出効率を高める効果が顕著となる。なお、「上流側にのみ設けられる」とは、下流側の端部に達していないことを意味する。
【００７２】
また、上端側ガス流路と下端側ガス流路とを連通させる場合には、第２ガス拡散層の中央部の位置で連通させることが好ましい。こうすれば、水の蓄積と排出とのバランスをとることが容易となる。この際、図４に示した第２実施例のように、下端側ガス流路を、第２ガス拡散層の下流側の端部から中央部に至るように構成すればよい。また、上端側ガス流路を、第３ガス拡散層の上流側の端部から中央部に至るように構成すればよい。
【００７３】
Ｈ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７４】
変形例１：
上述の各実施例において、各拡散層（例えば、図４の第１ガス拡散層５１、第２ガス拡散層５２、第３ガス拡散層５３）を形成する材料としては、ガス透過性（拡散性）と導電性とが良好な種々の材料を採用することが可能である。このような材料としては、例えば、カーボン多孔質体を用いることができる。ここで、カーボン多孔質体は、カーボンペーパ、カーボンクロス、カーボンフェルト等のカーボン繊維を用いて形成されたものに限らず、カーボン粉末を用いて形成されたものも含んでいる。また、各拡散層を形成する材料としては、カーボン多孔質体に限らず、焼結金属や金属メッシュなどの金属多孔質体を用いてもよい。但し、カーボン多孔質体は加工し易いので、カーボン多孔質体を用いれば、燃料電池の製造コストの上昇を抑制することが可能となる。
【００７５】
変形例２：
上述の各実施例において、拡散層（例えば、図６の第１ガス拡散層５１ｂ）が撥水性を有するか否かを判断する方法としては、周知の種々の方法を採用することができる。例えば、拡散層に水滴を滴下させたときの接触角が９０度よりも大きい場合に、撥水性を有すると判断してもよい。また、拡散層が撥水性材料によって覆われている場合に、撥水性を有すると判断してもよい。また、拡散層の材料が撥水性材料を含んでいる場合に、撥水性を有すると判断してもよい。また、拡散層に撥水処理が施されている場合に、撥水性を有すると判断してもよい。
【００７６】
同様に、拡散層（例えば、図８の第３ガス拡散層５３ｄ）が親水性を有するか否かを判断する方法としても、周知の種々の方法を採用することができる。例えば、拡散層に水滴を滴下させたときの接触角が９０度よりも小さい場合に、親水性を有すると判断してもよい。また、拡散層が親水性材料によって覆われている場合に、親水性を有すると判断してもよい。また、拡散層の材料が親水性材料を含んでいる場合に、親水性を有すると判断してもよい。また、拡散層に親水処理が施されている場合に、親水性を有すると判断してもよい。
【００７７】
変形例３：
上述の各実施例では、各拡散層（例えば、図４の第１ガス拡散層５１、第２ガス拡散層５２、第３ガス拡散層５３）が、別体のシートとして形成されていたが、その代わりに、複数の拡散層を一体に形成することとしてもよい。例えば、図４の第２実施例において、第２ガス拡散層５２と第３ガス拡散層５３とを一体に形成することとしてもよい。この場合には、１枚のカーボン多孔質シートの１つの面に下端側ガス流路５２２としての溝を掘り、その裏面に、上端側ガス流路５３２としての溝を掘り、さらに、このカーボン多孔質シートに、下端側ガス流路５２２と上端側ガス流路５３２とを連通させるための穴を開ければよい。ただし、各拡散層を別体として形成すれば、各拡散層の加工が容易となるので、カソード透過層（例えば、図４のカソード透過層５０）の製造コストの上昇を抑制することが可能となる。なお、この場合には、各拡散層を積層して接合させてもよく、また、各拡散層をホットプレスにより接合させてもよい。
【００７８】
変形例４：
カソード透過層の構成としては、上述した各実施例のカソード透過層の構成に限らず、種々の構成を採用することができる。例えば、図１１に示す第６実施例において、第３ガス拡散層５３ｆを省略した構成を採用してもよい。一般に、カソード透過層が、触媒層に接して設けられた第１ガス拡散層と、第１ガス拡散層に接して設けられるとともに下端側ガス流路を有する第２ガス拡散層（例えば、図４の第１ガス拡散層５１、第２ガス拡散層５２）と、を備えていれば、カソード電極の下流側に過剰な水が蓄積することを防止することができる。さらに、第２ガス拡散層に接して設けられるとともに上端側ガス流路を有する第３ガス拡散層（例えば、図４の第３ガス拡散層５３）を設ければ、カソード拡散層における圧損が過剰に高くなることを防止でき、また、カソード電極の上流側から水を過剰に排出することを防止することができる。さらに、図１１に示す第６実施例のように、カソード透過層５０ｆが、第１ガス拡散層５１ｆ、第２ガス拡散層５２ｆ、第３ガス拡散層５３ｆ以外の層（この例では、第４ガス拡散層５４ｆ）を有することとしてもよい。
【００７９】
また、上述の各実施例において、上端側ガス流路（例えば、図４の上端側ガス流路５３２）と、下端側ガス流路（例えば、図４の下端側ガス流路５２２）とが互いに連通していない構成を採用してもよい。ただし、上端側ガス流路と下端側ガス流路とが連通していれば、圧損の過剰な上昇を容易に防止することが可能となる。
【００８０】
変形例４：
上述の各実施例において、さらに、アノード電極７０のアノード透過層１０（図１）が、カソード電極のカソード透過層（例えば、図２のカソード透過層５０）と同様に、触媒層に接して設けられた第１ガス拡散層と、第１ガス拡散層に接して設けられるとともに下端側ガス流路を有する第２ガス拡散層と、を備えることとしてもよい。また、この場合には、セパレータ６０のアノード電極７０と接する面を平らに形成することが好ましい。こうすれば、セパレータ６０の製造を容易なものとすることができる。
【００８１】
カソード電極（例えば、図１のカソード電極８０）で生成された水の一部は、電解質膜３０を介してアノード電極７０に移動する。従って、アノード電極７０の下流側にも過剰な水が蓄積する可能性がある。そこで、アノード透過層１０に、第１ガス拡散層と、第２ガス拡散層と、を設ければ、アノード電極７０の下流側に過剰な水が蓄積することを防止することができる。この際、アノード透過層１０の構成としては、上述した各実施例のカソード透過層（例えば、図４のカソード透過層５０ａや、図６のカソード透過層５０ｂ）と同じ構成を採用することができる。また、アノード透過層１０のみが、第１ガス拡散層と、第２ガス拡散層と、を備えることとしてもよい。ただし、通常の燃料電池では、アノード電極７０と比べてカソード電極に蓄積される水の量が多い傾向があるので、少なくとも、カソード透過層が、第１ガス拡散層と、第２ガス拡散層と、を備えることが好ましい。
【００８２】
変形例５：
上述の各実施例では、電解質として固体高分子電解質を用いたが、この他にも、固体酸化物電解質や、リン酸電解質や、アルカリ水溶液電解質や、溶融炭酸塩電解質等、種々のタイプの電解質を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池１００の構造を示す分解図である。
【図２】カソード電極８０の詳細を示す分解図である。
【図３】単セル１００を側面（図２のＳ方向）から見た断面図である。
【図４】第２実施例のカソード電極８０ａの詳細を示す分解図である。
【図５】単セル１００ａのカソード電極８０ａ側の半分を側面からみた断面図である。
【図６】第３実施例の単セル１００ｂの断面図である。
【図７】第４実施例の単セル１００ｃの断面図である。
【図８】第５実施例の単セル１００ｄの断面図である。
【図９】電流密度／電圧特性を示すグラフである。
【図１０】比較例の単セル１００ｅのカソード電極８０ｅの詳細を示す分解図である。
【図１１】第６実施例の単セル１００ｆのカソード電極８０ｆの詳細を示す分解図である。
【図１２】第２ガス拡散層５２ｇを示す説明図である。
【図１３】第２ガス拡散層５２ｈの上面図である。
【図１４】第２ガス拡散層５２ｉの上面図である。
【図１５】第２ガス拡散層５２ｊの上面図である。
【図１６】第２ガス拡散層５２ｋの上面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０...アノード透過層
２０...アノード触媒層
３０...電解質膜
４０...カソード触媒層
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５０ｆ...カソード透過層
５１、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｆ...第１ガス拡散層
５２、５１ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｆ、５２ｇ、５２ｈ、５２ｉ、５２ｊ、５２ｋ...第２ガス拡散層
５３、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｆ...第３ガス拡散層
５４ｆ...第４ガス拡散層
６０...セパレータ
７０...アノード電極
８０、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ、８０ｅ、８０ｆ...カソード電極
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ...単セル（燃料電池）
５０２ｅ...溝
５２２、５２２ｂ、５２２ｃ、５２２ｄ、５２２ｆ、５２２ｇ、５２２ｈ、５２２ｉ、５２２ｊ、５２２ｋ...下端側ガス流路（スリット）
５２４ｉ、５２４ｊ...仕切壁
５２６ｉ、５２６ｊ...主壁
５２８ｊ...接続部
５３２、５３２ｂ...上端側ガス流路（スリット）
７１０...排出流路
【図１】
2006172871.tif 000003
【図２】
2006172871.tif 000004
【図３】
2006172871.tif 000005
【図４】
2006172871.tif 000006
【図５】
2006172871.tif 000007
【図６】
2006172871.tif 000008
【図７】
2006172871.tif 000009
【図８】
2006172871.tif 000010
【図９】
2006172871.tif 000011
【図１０】
2006172871.tif 000012
【図１１】
2006172871.tif 000013
【図１２】
2006172871.tif 000014
【図１３】
2006172871.tif 000015
【図１４】
2006172871.tif 000016
【図１５】
2006172871.tif 000017
【図１６】
2006172871.tif 000018