(57)【要約】【課題】      電解質膜１にダメージを与えることなく、ガス拡散性を確保することができ、また、単位セル１００各層内の結着力が向上する燃料電池を提供する。【解決手段】      固体高分子電解質膜１と、固体高分子電解質膜１の両主面に配置された電極触媒層２ａ、２ｃと、電極触媒層２ａ、２ｃそれぞれの外側に配置され、少なくとも一方のガス拡散層基材４ａまたは４ｃの電極触媒層２ａ、２ｃと対峙する表面に、少なくとも一端を固設した繊維９Ａを有するガス拡散層５ａ、５ｃとを備える。そして、繊維９Ａは、固体高分子電解質膜１側に向かって凸の湾曲形状を構成する。  また、繊維９Ａが電極触媒層２ａ、２ｃ内に湾曲形状の頂点部を形成した前記燃料電池の製造方法であって、一対のガス拡散層５ａおよび５ｃそれぞれの繊維９Ａの湾曲形状の頂点部が突出した表面に、繊維９Ａを略覆うように電極触媒層２ａ、２ｃを設けることによりガス拡散電極６ａ、６ｃを形成する。そして、電極触媒層２ａ、２ｃ側表面が互いに対向するように、一対のガス拡散電極６ａおよび６ｃにより固体高分子電解質膜１を挟持する。【選択図】      図１
2006049191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の両主面に配置された電極触媒層と、
前記電極触媒層それぞれの外側に配置され、少なくとも一方のガス拡散層基材の前記電極触媒層と対峙する表面に、少なくとも一端を固設した繊維を有するガス拡散層と、を備え、
前記繊維は、前記固体高分子電解質膜側に向かって凸の湾曲形状を構成することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記繊維は、両端部を前記ガス拡散層基材に固設したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池
【請求項３】
前記繊維は、前記電極触媒層内に前記湾曲形状の頂点部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池
【請求項４】
前記繊維は、前記固体高分子電解質膜および前記電極触媒層の界面に接して前記湾曲形状の頂点部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池
【請求項５】
請求項３に記載の燃料電池の製造方法であって、
一対の前記ガス拡散層それぞれの前記繊維の湾曲形状の頂点部が突出した表面に、前記繊維を略覆うように前記電極触媒層を設けることによりガス拡散電極を形成し、
前記電極触媒層側表面が互いに対向するように、前記一対のガス拡散電極により前記固体高分子電解質膜を挟持することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項６】
前記電極触媒層を、湿式スプレー塗布工法または粉末散布工法によって形成することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池の製造方法。
【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。特に、固体高分子型燃料電池におけるガス拡散層の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池として、以下のようなものが知られている。
【０００３】
燃料電池用触媒組成物を、触媒成分を担持した導電性粉粒体と繊維状炭素を混合することにより得る。そして、このような触媒組成物を用いて触媒層を形成する。
【０００４】
また、電解質膜の両面に、触媒層とガス拡散層とからなる電極を具備した燃料電池の接合体において、撥水性樹脂および繊維状炭素を含む層を有するガス拡散層、さらには導電性粉粒子体、撥水性樹脂、および繊維状炭素を含む層を有するガス拡散層を用いる（例えば、特許文献１、参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１１５３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、触媒層内またはガス拡散層内に繊維（繊維状炭素）を混入することによって、埋没させた繊維沿いに流路が形成され、層内のガス拡散性および排水性が向上する。また、導電性の繊維を用いた場合には、層内の電気抵抗が低減する。
【０００６】
しかしながら、混入した繊維が短い場合には、十分なガス拡散性および電気抵抗の低減効果を得らない。一方、繊維が長い場合には、繊維の先端が電解質膜に到達して突き刺さり、ダメージを与えるという問題点があった。
【０００７】
そこで本発明は、電解質膜にダメージを与えることなく、ガス拡散性および排水性を確保することができる燃料電池の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の燃料電池は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の両主面に配置された電極触媒層と、前記電極触媒層それぞれの外側に配置され、少なくとも一方のガス拡散層基材の前記電極触媒層と対峙する表面に、少なくとも一端を固設した繊維を有するガス拡散層とを備える。そして前記繊維は、前記固体高分子電解質膜側に向かって凸の湾曲形状を構成する。
【０００９】
また、前記繊維が前記電極触媒層内に前記湾曲形状の頂点部を形成した前記燃料電池の製造方法であって、一対の前記ガス拡散層それぞれの前記繊維の湾曲形状の頂点部が突出した表面に、前記繊維を略覆うように前記電極触媒層を設けることによりガス拡散電極を形成し、
前記電極触媒層側表面が互いに対向するように、前記一対のガス拡散電極により前記固体高分子電解質膜を挟持する。
【発明の効果】
【００１０】
ガス拡散層基材表面に、電解質膜に向かって湾曲した繊維を固設する。これにより、電解質膜にダメージを与えることなく、膜−電極接合体におけるガス拡散性および排水性を確保することができる。また、繊維は各層内を貫通する。これにより、各層間の結着力が向上する。
【００１１】
また、繊維を有するガス拡散層の表面に電極触媒層を形成した後に、電解質膜を圧着することにより、繊維を電極触媒層内に設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の実施形態について説明する。
【００１３】
本実施形態に用いられる燃料電池単位セル１００の構成を、図１を用いて説明する。ここでは、固体高分子型燃料電池の膜−電極接合体７を構成するガス拡散層５ａ、５ｃに、本実施形態のガス拡散層構造を適用する。
【００１４】
燃料電池単位セル１００の膜−電極接合体７を、高分子電解質膜１、および、ガス拡散電極６ａ、６ｃにより構成する。このガス拡散電極６ａ、６ｃは、電極触媒層２ａ、２ｃ、および、カーボン粒子層３ａ、３ｃとガス拡散層基材４ａ、４ｃとからなるガス拡散層５ａ、５ｃにより構成される。
【００１５】
具体的には、高分子電解質膜１の各面に、アノード電極触媒層２ａおよびカソード電極触媒層２ｃを配置する。触媒としては、例えば、白金や、白金と他の金属からなる合金を用いる。
【００１６】
そして、電極触媒層２ａ、２ｃの両側に、カーボン粒子層３ａ、３ｃを配置する。さらに、カーボン粒子層３ａ、３ｃの両側に、ガス拡散層基材４ａ、４ｃを配置することにより、膜−電極接合体７を構成する。
【００１７】
カーボン粒子層３ａ、３ｃは、ガス拡散層基材４ａ、４ｃとともに、ガス拡散層５ａ、５ｃを構成する。また、電極触媒層２ａ、２ｃは、ガス拡散層５ａ、５ｃとともに、ガス拡散電極６ａ、６ｃを構成する。ガス拡散電極６ａ、６ｃは、触媒面へのガス拡散機能と電極としての機能を有する。
【００１８】
一方、膜−電極接合体７の両側には、それぞれセパレータ８ａ、８ｃを配置する。セパレータ８ａ、８ｃは、ガス拡散層５ａ、５ｃとの接触面積を維持しつつ、その接面において複数のガス流路溝１２ａ、１２ｃを備える。
【００１９】
燃料電池の発電時には、アノード側のセパレータ８ａに設けたガス流路溝１２ａに燃料ガス（水素）を、カソード側のセパレータ８ｃのガス流路溝１２ｃに酸化剤ガス（空気）を導入し、それぞれガス拡散層５ａ、５ｃを通じて電極触媒層２ａ、２ｃに供給される。
【００２０】
アノード側では、燃料ガスがガス拡散層５ａに拡散し、電極触媒層２ａにおける発電反応によりプロトンおよび電子を生成する。プロトンは電解質膜１を透過してカソード側へ移動し、電子は外部回路へ流れる。
【００２１】
一方、カソード側では、アノード側の発電反応により生じたプロトンおよび外部回路からの電子と、カソード側の酸化剤ガスに含まれる酸素とが反応して水が生成され、セパレータ８ｃのガス流路溝１２ｃにこの生成水が排出される。
【００２２】
次に、ガス拡散層基材４ａ、４ｃに設ける繊維９Ａ、９Ｂの構成について説明する。
【００２３】
ガス拡散層基材４ａ、４ｃそれぞれのカーボン粒子層側表面１１Ａに、所定間隔で多数の繊維９Ａが突出するように構成する。繊維９Ａの構成を、カソード側のガス拡散層基材４ｃを用いて説明する。
【００２４】
繊維９Ａは、その両端部をガス拡散層基材４ｃの表面１１Ａに固設する。そして、繊維９Ａは、その全長を二つ折り状にし、屈曲部は湾曲した形状とする。つまり、繊維９Ａは、全体としてループ形状を形成する。なお、表面１１Ａに固設した両端部は、繊維９Ａが電解質膜１に向かって十分な高さをもって直立するよう、狭い間隔で固設する。
【００２５】
繊維９Ａが形成するループは、その両端部をガス拡散層基材４ｃの表面１１Ａに埋設させた状態で、電解質膜１に向かってカーボン粒子層３ｃを貫通する。そして、表面１１Ａから最も離れて位置するループの先端を、電解質膜１に向かって凸の湾曲形状に構成する。ここでは、湾曲形状の頂点部が、電極触媒層２ｃおよび電解質膜１の界面に接するように構成する。
【００２６】
このように構成することで、繊維９Ａの両端部が電解質膜１にダメージを与えることがなく、繊維９Ａに沿って形成された水の流路によって、各層間のガス拡散性および排水性を確保することができる。
【００２７】
また、繊維９Ａの両端部から湾曲形状の頂点部までの高さが、カーボン粒子層３ｃと電極触媒層２ｃを合計した厚さとほぼ同等となる。つまり、繊維９Ａは、カーボン粒子層３ｃおよび電極触媒層２ｃの厚さ方向をほぼ全域で貫通する。
【００２８】
これにより、ガス拡散層基材４ｃとカーボン粒子層３ｃ間、および、カーボン粒子層３ｃと電極触媒層２ｃ間の結着力が向上する。その結果、製造過程における各層間の剥がれを防止し、取扱い性が向上する。
【００２９】
なお、繊維９Ａは、その一方の端部のみをガス拡散層基材４ｃの表面１１Ａに固設する形状でもよい。
【００３０】
この場合、繊維９Ａは、一方の端部を表面１１Ａに埋設させ、その端部からもう一方の端部にかけて、電解質膜１に向かって湾曲した形状を有するように構成する。つまり、繊維９Ａは、全体としてフック形状を形成する。表面１１Ａに固設しないもう一方の端部は、その先端をガス拡散層基材４ｃ方向に向け、または、湾曲形状が形成する円弧内に格納して配置する。
【００３１】
このように構成することで、繊維９Ａの両端部が電解質膜１にダメージを与えることがなく、各層間のガス拡散性および排水性を確保することができる。
【００３２】
また、繊維９Ａの両端部から湾曲形状の頂点部までの高さを、カーボン粒子層３ｃの厚さより小さくしてもよい。これにより、ガス拡散層基材４ｃおよびカーボン粒子層３ｃ間の結着力が向上する。
【００３３】
次に、ガス拡散層基材４ａ、４ｃのセパレータ側表面１１Ｂに設ける繊維９Ｂの構成について、カソード側のガス拡散層基材４ｃを用いて説明する。
【００３４】
繊維９Ｂは、その両端部をガス拡散層基材４ｃの表面１１Ｂに固設する。そして、繊維９Ｂは、その全長を二つ折り状にし、屈曲部は湾曲した形状とする。つまり、繊維９Ｂは、全体としてループ形状を形成する。なお、表面１１Ｂに固設した両端部は、繊維９Ｂがガス流路溝１２ｃ内に十分な高さをもって直立するよう、狭い間隔で固設する。
【００３５】
このループ形状の繊維９Ｂを有する表面１１Ｂと、複数のガス流路溝１２ｃを有するセパレータ８ｃを圧着する。これにより、ガス拡散層基材４ｃの表面１１Ｂに設けたループ形状の繊維９Ｂが、ガス流路溝１２ｃ内に突出する。
【００３６】
図１では、繊維９Ｂは、その両端部から湾曲形状の頂点部までの高さを、ガス流路溝１２ｃの溝の深さより小さく形成する。ただし、この限りではなく、ガス流路溝１２ｃの溝の深さよりも大きく形成してもよい。
【００３７】
このように、ガス拡散層基材４ｃの表面１１Ｂに繊維９Ｂを設けることにより、ガス流路溝１２ｃ内にループ形状の繊維９Ｂが突出する。そして、カソード側の発電反応により生じた生成水が、繊維９Ｂに沿ってガス流路溝１２ｃ内へ移動する。繊維９Ｂに付着した生成水は、ガス流路溝１２ｃに導入されたガスの風圧によって吹き飛ばされる。この結果、生成水が表面張力によりガス拡散層５ｃ内に保持されるのを抑制し、層内の滞留を防止する。また、ガス拡散層５ｃからガス流路溝１２ｃへの生成水の排水性が向上する。
【００３８】
なお、繊維９Ｂは、湾曲した形状、例えば、フック形状やループ形状に限られず、直線形状でも同様の効果を得ることができる。
【００３９】
以上のような繊維９Ａおよび９Ｂを、アノード側のガス拡散層基材４ａの表面１１Ａおよび１１Ｂにおいても同様の構成で設ける。ガス拡散層基材４ａの表面１１Ａに繊維９Ａを設けることによって、ガス拡散層基材３ａおよび電極触媒層２ａ内でのガス拡散性および排水性が向上する。また、ガス拡散層基材４ａの表面１１Ｂに繊維９Ｂを設けることよって、電解質膜１の湿潤を保つために導入された余剰の加湿水が、繊維９Ｂに沿ってガス流路溝１２ａへ伝わり、排水性が向上する。
【００４０】
ガス拡散層基材４ａ、４ｃの表面１１Ａ、１１Ｂに設けた繊維９Ａと繊維９Ｂは、その長さが異なっていてもよい。また、繊維９Ａ、９Ｂは、同一の形状で設ける必要はない。ただし、繊維９Ａ、９Ｂの長さや形状が異なる場合、ガス拡散層基材４ａ、４ｃの製造が煩雑になる。また、表裏の形状が異なっていてもその識別は容易ではないため、いずれの面も同一の構成とするのが好ましい。
【００４１】
ガス拡散層基材４ａ、４ｃとしては、カーボンクロスを用いることができる。カーボンクロスによりなるガス拡散層基材４ａ、４ｃをパイル織等で形成することによって、ガス拡散層基材４ａ、４ｃの構成繊維自体を表面１１Ａ、１１Ｂから突出させ、繊維９Ａ、９Ｂを形成する。この場合、繊維９Ａ、９Ｂをガス拡散層基材４ａ、４ｃに縫いこむ工程が不要となり、また、ガス拡散層基材４ａ、４ｃと繊維９Ａ、９Ｂに用いる材料を別々に用意する必要がなく、コスト低減を図ることができる。
【００４２】
また、ガス拡散層基材４ａ、４ｃの形成後に繊維９Ａ、９Ｂを縫いこみ、樹脂等で固定する方法や、繊維９Ａ、９Ｂをミシンで縫いこむこともできる。この場合、ガス拡散層基材４ａ、４ｃはカーボンクロスに限定されず、繊維９Ａ、９Ｂに用いる材料も自由に選択することができる。
【００４３】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００４４】
固体高分子電解質膜１と、固体高分子電解質膜１の両主面に配置された電極触媒層２ａ、２ｃと、電極触媒層２ａ、２ｃそれぞれの外側に配置され、少なくとも一方のガス拡散層基材４ａ、４ｃの電極触媒層２ａ、２ｃと対峙する表面１１Ａに、少なくとも一端を固設した繊維９Ａを有するガス拡散層５ａ、５ｃとを備える。そして、繊維９Ａは、固体高分子電解質膜１側に向かって凸の湾曲形状を構成する。
【００４５】
このように、カーボン粒子層３ａ、３ｃまたは電極触媒層２ａ、２ｃ内を、湾曲形状の繊維９Ａが貫通することにより、繊維９Ａに沿って水の流路が形成される。そのため、繊維９Ａが、その先端で電解質膜１に突き刺さりによるダメージを与えることなく、ガス拡散層５ａ、５ｃに拡散する燃料ガスおよび酸化剤ガスのガス拡散性、および、加湿水や生成水の排水性を向上することができる。さらに、繊維９Ａとして導電性繊維を用いることにより、各層内の電気抵抗が低減する。この結果、拡散抵抗および電気抵抗による損失が低減し、燃料電池の発電効率および出力密度が向上する。
【００４６】
また、繊維９Ａの両端部をガス拡散層基材４ａ、４ｃに固設する。
【００４７】
このように構成することで、繊維９Ａの両端部が表面１１Ａの内部に埋設した状態で、繊維９Ａ全体としてループ形状を形成する。これにより、繊維９Ａの突き刺さりによる、電解質膜１へダメージを確実に防ぐことができる。また、繊維９Ａの両端部をガス拡散層基材４ａ、４ｃに固設することによりループ形状を保持することができ、繊維９Ａを湾曲形状に成形加工する必要がない。
【００４８】
さらに、繊維９Ａを、電極触媒層２ａ、２ｃ内に湾曲形状の頂点部を形成し、または、固体高分子電解質膜１および電極触媒層２ａ、２ｃの界面に接して湾曲形状の頂点部を形成する。
【００４９】
このように構成することで、繊維９Ａが、カーボン粒子層３ａ、３ｃを貫通し、または、カーボン粒子層３ａ、３ｃと電極触媒層２ａ、２ｃをそれぞれ合計した厚さ方向にほぼ全域で貫通する。これにより、ガス拡散層基材４ａ、４ｃとカーボン粒子層３ａ、３ｃ間、および、カーボン粒子層３ａ、３ｃと電極触媒層２ａ、２ｃ間の結着力が向上する。その結果、製造過程における各層間の剥がれを防止し、取扱い性が向上する。
【００５０】
次に、第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００５１】
本実施形態では、燃料電池の膜−電極接合体７の製造方法について説明する。
【００５２】
膜−電極接合体を製造する方法として、図２に示すように、カーボン粒子層３０と電極触媒層２０を圧着する方法が考えられる。
【００５３】
つまり、図２に示す方法では、まず、ガス拡散層基材４０の表面１１０Ａに、繊維９０Ａの両端部を固設し、繊維９０Ａ全体でループ形状を形成する。そして、表面１１０Ａにカーボン粒子層３０を形成する。このとき、繊維９０Ａの湾曲形状の頂点部近傍は、カーボン粒子層３０の表面から外部へ突出している。
【００５４】
一方、電極触媒層２０は、電解質膜１０の両面に触媒を塗布することによって形成する。
【００５５】
このようにしてガス拡散層基材４０とカーボン粒子層３０の接合体と、電解質膜１０と電極触媒層２０の接合体とを、それぞれ得る。そして、繊維９０Ａの湾曲形状の頂点部近傍が突出するカーボン粒子層３０の表面と、電極触媒層２０を圧着する。これにより、電解質膜１に向かって凸の湾曲形状を構成する繊維９０Ａを、ガス拡散層基材４０の表面１１０Ａに設けた膜−電極接合体を製造することができる。
【００５６】
しかし、このカーボン粒子層３０と電極触媒層２０の圧着時に、カーボン粒子層３０の表面から突出した繊維９０Ａが、カーボン粒子層３０と電極触媒層２０の間に挟まれて横倒しとなる。よって、繊維９０Ａを確実に電極触媒層２０内に埋没させることができないという問題が生じる。
【００５７】
そこで、図３に示す方法により膜−電極接合体７を製造する。
【００５８】
まず、繊維９Ａの両端部をガス拡散層基材４ｃの表面１１Ａに固設し、繊維９Ａ全体としてループを形成する。そして、ループ状の繊維９Ａを有するガス拡散層基材４ｃの表面１１Ａに、カーボン粒子層３ｃを形成する。さらに、このカーボン粒子層３ｃの表面に、電極触媒層２ｃを形成する。この場合、電極触媒層２ｃは、繊維９Ａが確実に埋没する厚さに形成する。
【００５９】
アノード側においても同時に、同様の工程でガス拡散層基材４ａの表面１１Ａに、カーボン粒子層３ａおよび電極触媒層２ａを形成する。
【００６０】
このようにしてアノードガス拡散電極６ａとカソードガス拡散電極６ｃを得る。そして、ガス拡散電極６ａ、６ｃの電極触媒層２ａ、２ｃ側の表面を対向させて、電解質膜１の両面を挟持し、圧着することにより、膜−電極接合体７を製造する。
【００６１】
これにより、カーボン粒子層３ａ、３ｃおよび電極触媒層２ａ、２ｃ内に、繊維９Ａがその湾曲形状の頂点部まで確実に埋没し、各層間で横倒れすることなく、膜−電極接合体７を製造することができる。
【００６２】
次に、このような電極触媒層２ａ、２ｃまたはカーボン粒子層３ａ、３ｃの形成方法を説明する。
【００６３】
各層を形成する方法として、図４に示す方法がある。図４は、ガス拡散層基材４０の表面１１０Ａにカーボン粒子層３０を形成する方法であり、カーボン粒子層３０として用いるカーボン粒子を比較的粘度の高いスラリーとする。これをダイコーター１３を用いて各層の表面に連続的に塗布することにより、カーボン粒子層３０を得る。
【００６４】
しかし、繊維９０Ａの剛性がスラリーの粘度より小さい場合、ガス拡散層基材４０の表面にカーボン粒子層３０のスラリーを塗布する際に、繊維９０Ａがスラリーの粘度に抑圧され、スラリー塗布の方向に横倒しになる。
【００６５】
そこで、本実施形態では、図５に示すように、スプレー塗布工法や粉末散布工法を用いて、カーボン粒子層３ａ、３ｃおよび電極触媒層２ａ、２ｃを形成する。
【００６６】
まず、繊維９Ａの両端部をガス拡散層基材４ｃの表面１１Ａに固設し、繊維９Ａ全体としてループに形成する。そして、ループ状の繊維９Ａを有するガス拡散層基材４ｃの表面１１Ａに、液滴状としたカーボン粒子をスプレーによって吹き付ける。吹き付けは、繊維９Ａの端部から湾曲形状頂点部までの厚さ方向に半分ほど覆うように繰り返し行う。このようにカーボン粒子を所定の厚さとなるまでスプレー塗布することにより、カーボン粒子層３ｃを形成する。
【００６７】
カーボン粒子が十分に乾燥すると、同様にして液滴状とした触媒を、カーボン粒子層３ｃの表面にスプレーによって吹き付ける。触媒の塗布は、繊維９Ａの湾曲形状頂点部まで完全に埋没するように繰り返し行う。このように触媒を所定の厚さとなるまでスプレー塗布することにより、電極触媒層２ｃを形成する。
【００６８】
アノード側においても同様に、ガス拡散層基材４ａの表面１１Ａに繊維９Ａを固設し、スプレー塗布工法により、表面１１Ａにカーボン粒子層３ａを、カーボン粒子層３ａの表面に電極触媒層２ａを形成する。
【００６９】
スプレー塗布により形成されたガス拡散電極６ａ、６ｃは、電極触媒層２ａ、２ｃ側の表面を対向させて、電解質膜１の両面を挟持し、圧着することにより、膜−電極接合体７を製造する。
【００７０】
このようにして膜−電極接合体７を製造することにより、ガス拡散層基材４ａ、４ｃの表面１１Ａから突出した繊維９Ａは、カーボン粒子層３ａ、３ｃおよび電極触媒層２ａ、２ｃ内に単位セル１００の積層方向に直立して埋没させることができる。
【００７１】
なお、カーボン粒子および触媒を粉末状にしてガス拡散層基材４ａ、４ｃの表面１１Ａまたはカーボン粒子層３ａ、３ｃの表面に散布することにより、カーボン粒子層３ａ、３ｃまたは電極触媒層２ａ、２ｃを形成することもできる。
【００７２】
この工法によって膜−電極接合体７を製造することにより、スプレー塗布工法と同様に、ガス拡散層基材４ａ、４ｃの表面１１Ａから突出した繊維９Ａは、カーボン粒子層３ａ、３ｃおよび電極触媒層２ａ、２ｃ内に単位セル１００の積層方向に直立して埋没させることができる。
【００７３】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００７４】
一対のガス拡散層５ａおよび５ｃそれぞれの繊維９Ａの湾曲形状の頂点部が突出した表面に、繊維９Ａを略覆うように電極触媒層２ａ、２ｃを設けることによりガス拡散電極６ａ、６ｃを形成する。そして、電極触媒層２ａ、２ｃ側表面が互いに対向するように、一対のガス拡散電極６ａおよび６ｃにより固体高分子電解質膜１を挟持する。
【００７５】
このように、一対のガス拡散層５ａ、５ｃそれぞれの繊維９Ａを有する面に、電極触媒層２ａ、２ｃを設けて、ガス拡散電極６ａ、６ｃを構成した後に、電解質膜１を狭持することで、繊維９Ａを単位セル１００の積層方向に直立して埋没することができる。これにより、カソード側に導入された酸化剤ガスおよびアノード側に導入された燃料ガスが、ガス拡散層５ａ、５ｃおよび電極触媒層２ａ、２ｃを迅速に拡散し、ガス拡散性および排水性が向上する。
【００７６】
また、電極触媒層２ａ、２ｃおよびカーボン粒子層３ａ、３ｃを、湿式スプレー塗布工法または粉末散布工法によって形成する。
【００７７】
これにより、ガス拡散電極６ａ、６ｃの製造過程において、繊維９Ａを単位セル１００の積層方向に直立して設けることができる。
【００７８】
なお、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更を為し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、燃料電池に適用することができる。特に電解質膜にダメージを与えることなく、ガス拡散性を確保する必要がある固体高分子型燃料電池に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】第１の実施形態に用いる燃料電池単位セルの構成図である。
【図２】カーボン粒子層および電極触媒層の圧着状態を示す図である。
【図３】第２の実施形態における電極触媒層および電解質膜の圧着状態を示す図である。
【図４】ダイコーターによるカーボン粒子層の形成方法を示す図である。
【図５】第２の実施形態に用いるカーボン粒子層の形成方法を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  高分子電解質膜
２ａ、２ｃ  電極触媒層
３ａ、３ｃ  カーボン粒子層
４ａ、４ｃ  ガス拡散層基材
５ａ、５ｃ  ガス拡散層
６ａ、６ｃ  ガス拡散電極
７  膜−電極接合体
８ａ、８ｃ  セパレータ
９Ａ、９Ｂ  繊維
１１Ａ、１１Ｂ  ガス拡散層基材表面
１２ａ、１２ｃ  ガス流路溝
１００  燃料電池単位セル
【図１】
2006049191.tif 000003
【図２】
2006049191.tif 000004
【図３】
2006049191.tif 000005
【図４】
2006049191.tif 000006
【図５】
2006049191.tif 000007