(57)【要約】【課題】ガス拡散電極を燃料電池に用いた際に、排水性が高く、発電性能が高い燃料電池を得ることができる。【解決手段】導電性多孔質基材の少なくとも片面に微多孔層を有するガス拡散電極であって、前記微多孔層を厚み方向に貫通する領域の合計の面積率が０．０５％以上０．７％以下であり、前記貫通する領域の中で、アスペクト比が０．３３以下又は２．０以上の領域を非ホール領域とすると、前記貫通する領域における、非ホール領域の合計の面積率が９０％以上９９％以下であることを特徴とする、ガス拡散電極。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性多孔質基材の少なくとも片面に微多孔層を有するガス拡散電極であって、
前記微多孔層を厚み方向に貫通する領域の合計の面積率が０．０５％以上０．７％以下であり、
前記貫通する領域の中で、アスペクト比が０．３３以下又は２．０以上の領域を非ホール領域とすると、前記貫通する領域における、非ホール領域の合計の面積率が９０％以上９９％以下であることを特徴とする、ガス拡散電極。
【請求項２】
前記貫通する領域の面積が、０．１μｍ２以上２０００μｍ２以下であることを特徴とする、請求項１に記載のガス拡散電極。
【請求項３】
前記微多孔層の厚さ１００％における、前記導電性多孔質基材中へしみ込んだ前記微多孔層（以下、しみ込み部分という）の厚さの割合（以下、しみ込み量という）が、５０％以上９０％以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のガス拡散電極。
【請求項４】
前記導電性多孔質基材の密度が０．１５ｇ／ｃｍ３以上０．５ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のガス拡散電極。
【請求項５】
前記微多孔層の厚さが１００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のガス拡散電極。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のガス拡散電極を有することを特徴とする、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
燃料電池は、水素と酸素を反応させてエネルギーを得る方法であり排出物が水しかないことから、次世代のクリーンなエネルギーとして、普及が期待されている分野である。本発明は、燃料電池に用いられるガス拡散電極に関して、特に、微多孔層の微小穴を制御した触媒塗工性に優れたガス拡散電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に使用されている電極のうち、固体高分子電解質型燃料電池で使用される電極は、２つのセパレータで挟まれた状態で配置されるもので、高分子電解質膜の両面において、高分子電解質膜の表面に形成される触媒層と、触媒層の外側に形成されるガス拡散電極とからなる構造を有する。このガス拡散電極に求められる性能は、例えばガス拡散性、触媒層で発生した電気を集電するための導電性、および触媒層表面に発生した水分を効率よく除去する排水性などがあげられる。このようなガス拡散電極を得るために用いられる部材として、一般的に、ガス拡散能および導電性を兼ね備えた導電性多孔質基材が多くなっている。
【０００３】
前述した導電性多孔質基材には、具体的には、炭素繊維からなるカーボンペーパーやカーボンフェルト、およびカーボンクロスなどが用いられることが多いが、この中でも機械的強度などの点からカーボンペーパーが最も好ましいとされている。
【０００４】
また、燃料電池は水素と酸素が反応し水が生成する際に生じるエネルギーを電気的に取り出すシステムであるため、電気的な負荷が大きくなると、即ち電池外部へ取り出す電流を大きくすると、多量の水（水蒸気）が発生し、この水蒸気が低温では凝縮して水滴になり、ガス拡散電極の細孔を塞いでしまうと、ガス（酸素あるいは水素）の触媒層への供給量が低下し、最終的に全ての細孔が塞がれてしまうと、発電が停止することになる（この現象をフラッディングという）。
【０００５】
このフラッディングを可能な限り発生させないように、ガス拡散電極には排水性が求められる。この排水性を高める手段として、通常、導電性多孔質基材に撥水処理を施したガス拡散電極基材を用いて撥水性を高めている。
【０００６】
また、上記のような撥水処理された導電性多孔質基材をそのままガス拡散電極として用いると、その繊維の目が粗いため、水蒸気が凝縮すると大きな水滴が発生し、フラッディングを起こしやすい。このため、撥水処理を施した導電性多孔質基材の上に、カーボンブラックなどの導電性微粒子を分散した塗液を塗布し乾燥焼結することにより、微多孔層と呼ばれる層（マイクロポーラスレイヤーともいう）を設ける場合がある。
【０００７】
特許文献１には、微多孔層の表面に貫通する孔が存在することで、排水性が向上し、フラッディングを起きにくくした方法が示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、導電性多孔質基材を厚く、密にすることで浸み込みを防止することが可能なガス拡散電極が示されている。
【０００９】
さらに、特許文献３では、意図的に微多孔層に貫通する孔を設けることで、排水性を向上させることが可能であることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１５−１９５１１１号公報
【特許文献２】特開２０１１−０８０１６０号公報
【特許文献３】特開２０１３−０１５２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１に記載のガス拡散電極では、ガス拡散電極の排水性にだけ着目した技術であり、排水性は保たれていても、触媒層を塗布するには不十分な場合がある。
【００１２】
特許文献２に記載のガス拡散電極では、基材への浸み込みが抑制されている観点から、触媒の塗布性に関しては十分になっている可能性もあるが、排水性への考慮がなされず、性能が不十分であるケースや、ガス拡散電極のひび割れ（以下、これをクラックと記載）過多で、触媒が抜けてしまい、塗工性が不十分となるケースがある。
【００１３】
また、特許文献３に記載のガス拡散電極は、意図的に孔を作り、性能を向上させることができるが、触媒層を塗布する際に、安定に塗布できないという問題があり、本発明の趣旨とは逆の関係にある。
【００１４】
そこで本発明は、排水性を向上させつつも、触媒の塗工性を阻害する孔を抑制することで、性能および塗工性を両立したガス拡散電極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】
【００１５】
本発明は上記の課題を解決するため、次のような手段を採用するものである。
【００１６】
導電性多孔質基材の少なくとも片面に微多孔層を有するガス拡散電極であって、
前記微多孔層を厚み方向に貫通する領域の合計の面積率が０．０５％以上０．７％以下であり、
前記貫通する領域の中で、アスペクト比が０．３３以下又は２．０以上の領域を非ホール領域とすると、前記貫通する領域における、非ホール領域の合計の面積率が９０％以上９９％以下であることを特徴とする、ガス拡散電極。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のガス拡散電極によれば、ガス拡散電極の表面に触媒を塗布した場合でも、高い収率および性能を維持することが可能なガス拡散電極を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のガス拡散電極の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、導電性多孔質基材の少なくとも片面に微多孔層を有するガス拡散電極であって、前記微多孔層を厚み方向に貫通する領域の合計の面積率が０．０５％以上０．７％以下であり、前記貫通する領域の中で、アスペクト比が０．３３以下又は２．０以上の領域を非ホール領域とすると、前記貫通する領域における、非ホール領域の合計の面積率が９０％以上９９％以下であることを特徴とする、ガス拡散電極である。
【００２０】
本発明のガス拡散電極において用いられる導電性多孔質基材としては、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、カーボンフェルト、カーボンペーパー、カーボンクロスなどの炭素繊維を含む多孔質基材、発泡焼結金属、金属メッシュ、エキスパンドメタルなどの金属多孔質基材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、炭素繊維を含むカーボンフェルト、カーボンペーパー、カーボンクロスなどの多孔質基材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することで得られる、樹脂炭化物を含む基材、すなわちカーボンペーパーを用いることが最も好ましい。
【００２１】
本発明においては、導電性多孔質基材の少なくとも片面に微多孔層を有する。  ここで微多孔層とは、孔を有する層であって、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、炭素繊維のチョップドファイバー、グラフェン、黒鉛などの導電性微粒子を含んだ層である。
【００２２】
導電性微粒子としては、コストが低く、安全性や製品の品質の安定性の点から、カーボンブラックが好適に用いられる。不純物が少なく触媒の活性を低下させにくいという点でアセチレンブラックが最も良く用いられる。またカーボンブラックの不純物の含有量の目安として灰分が挙げられるが、灰分が０．１質量％以下のカーボンブラックを用いることがより好ましい。なお、カーボンブラック中の灰分は少ないほど好ましく、灰分が０質量％のカーボンブラック、つまり、灰分を含まないカーボンブラックが最も好ましい。
【００２３】
また、微多孔層には、導電性、ガス拡散性、水の排水性、あるいは保湿性、熱伝導性といった特性、さらには燃料電池内部のアノード側での耐強酸性、カソード側での耐酸化性が求められるため、微多孔層は、導電性微粒子に加えて、フッ素樹脂をはじめとする撥水性樹脂を含むことが好ましい。微多孔層が含むフッ素樹脂としては、導電性多孔質基材を撥水する際に好んで用いられるフッ素樹脂と同様で、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＥＴＦＡ等が上げられる。撥水性が特に高いという点でＰＴＦＥ、あるいはＦＥＰが好ましい。
【００２４】
本発明はその微多孔層中に、微多孔層を厚み方向に貫通する領域が存在する。厚み方向に貫通する領域は、穴状である場合、クラック（ヒビ、割れ目）状である場合、もしくは、穴とクラックが混在する場合等がある。微多孔層を厚み方向に貫通する領域は、ガス拡散電極の導電性多孔質基材側から光を当てると、微多孔層側まで光が透過する。そのため、ガス拡散電極の導電性多孔質基材側から光を当てた際の、微多孔層側から検出される光の有無によって、微多孔層の厚み方向に貫通する領域の有無を判断することができる。
【００２５】
本発明において、微多孔層を厚み方向に貫通する領域の合計の面積率は、０．０５％以上０．７％以下であり、さらに微多孔層を厚み方向に貫通する領域における非ホール領域の合計の面積率が９０％以上９９％以下である。
【００２６】
ここで非ホール領域とは、微多孔層を厚み方向に貫通する領域の中で、アスペクト比が０．３３以下又は２．０以上の領域を意味する。なお、微多孔層を厚み方向に貫通する領域の中で、非ホール領域以外の領域は、ホール領域と呼ぶ。そして、微多孔層を厚み方向に貫通する領域の合計の面積率が０．０５％以上０．７％以下とは、微多孔層を厚み方向に貫通する領域が複数存在する場合にそれら各領域の和を求め、微多孔層の全面１００％における前記和の割合が０．０５％以上０．７％以下であることを意味する。さらに微多孔層を厚み方向に貫通する領域における非ホール領域の合計の面積率が９０％以上９９％以下とは、非ホール領域が複数存在する場合にそれらの領域の和を求め、また微多孔層を厚み方向に貫通する領域が複数存在する場合にそれらの領域の和を求め、微多孔層を厚み方向に貫通する領域の和を１００％とした場合の非ホール領域の和の割合が９０％以上９９％以下であることを意味する。
【００２７】
微多孔層を厚み方向に貫通する領域の合計の面積率が０．０５％未満であると、非ホール領域が少なく、排水性が不十分である可能性がある。一方、微多孔層を厚み方向に貫通する領域の合計の面積率が０．７％を超え、非ホール領域の合計の面積率が９０％未満になると、微多孔層の上から触媒を塗布する際に、触媒液が穴から漏れてしまい、欠陥となる。また、発電を繰り返すうちに、微多孔層の凹凸に沿って電解質膜が変形し、穴や破れが発生して、燃料電池の耐久性が低下する恐れがある。
【００２８】
本発明のガス拡散電極は、微多孔層を厚み方向に貫通する領域の面積が、０．１μｍ２以上２０００μｍ２以下であることが好ましい。微多孔層を厚み方向に貫通する領域の面積を０．１μｍ２以上とすることで、排水性を保つことができる。また、微多孔層を厚み方向に貫通する領域の面積を２０００μｍ２以下とすることで微多孔質の上から触媒を塗布する際に、触媒液が穴から漏れるのを防ぐことができる。なお、ここでいう微多孔層を厚み方向に貫通する領域の面積とは、当該貫通する領域が複数存在したとしても、それらの合計の面積を意味するものではなく、各々の当該貫通する領域の面積を意味する。
【００２９】
本発明において、微多孔層の中でも導電性多孔質基材中へしみ込んだ微多孔層を、以下、しみ込み部分という。そして微多孔層の厚さを１００％とした際の、しみ込み部分の厚さの割合を、以下、しみ込み量と呼び、本発明においてはしみ込み量が５０％以上９０％以下であることが好ましい。しみ込み量を５０％以上９０％以下とすることで、微多孔層を厚み方向に貫通する領域の合計の面積率を０．０５％以上０．７％以下とし、前記貫通する領域における非ホール領域の合計の面積率が９０％以上９９％以下に制御することができるからである。
【００３０】
なお、しみ込み量を５０％以上９０％以下にするには、微多孔層１００質量％中の撥水性樹脂の含有量を、５質量％以上１５質量％以下にすることで制御することができる。または、微多孔層塗液の塗布位置と導電性多孔質基材の距離を、微多孔層塗液の膜厚の７０％以上１１０％以下にすることで制御することで制御することもできる。撥水性樹脂の含有量が５質量％未満であると、しみ込み量が９０％を超えて、ガス拡散電極の排水性が下がり、燃料電池の発電性能が下がる恐れがある。一方、撥水性樹脂の含有量が１５質量％を超えると、しみ込み量が５０％を下回り、かつ、微多孔層を貫通する領域が０．７％を超え、触媒の塗布性に不具合が生じたり、燃料電池の耐久性が低下したりすることがある。また、微多孔層塗液の塗布位置と導電性多孔質基材の距離が、微多孔層塗液の膜厚の７０％未満であると、しみ込み量が９０％を超えて、ガス拡散電極の排水性が下がり、燃料電池の発電性能が下がることがある。一方、微多孔層塗液の塗布位置と導電性多孔質基材の距離が、微多孔層塗液膜厚の１１０％を超えると、触媒の塗布性に不具合が生じることがある。
【００３１】
しみ込み部分、および、しみ込み量の測定法は後述する。
【００３２】
しみ込み量が５０％未満であると、貫通する領域が増加し、触媒の塗工に不具合が生じることがある。また、微多孔層中のガス拡散抵抗が生じ、燃料電池の発電性能が低下することがある。しみ込み量が９０％を超えると、ガスや水が導電性多孔質基材内で拡散しにくくなり、燃料電池の発電性能が低下することがある。
【００３３】
本発明では、微多孔層の厚みは、現状の導電性多孔質基材の粗さを考慮すれば、１００μｍ以下であることが好ましい。１００μｍを超えるとガス拡散電極自体のガスや水の拡散性（透過性や排水性）が低下したり、電気抵抗が高くなったりすることがある。透過性や排水性を高める、あるいは電気抵抗を下げるという観点からは、微多孔層の厚みは、好ましくは８０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下であり、導電性多孔質基材の粗さを覆うために１５μｍ以上であることが好ましい。
【００３４】
また、導電性多孔質基材の密度は、０．１５ｇ／ｃｍ３以上０．５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。０．１５ｇ／ｃｍ３未満である場合は、導電性多孔質基材の強度が不足し、耐久性が低下することがある。導電性多孔質基材の密度が０．５ｇ／ｃｍ３を超える場合は、排水性やガス透過性が低下することがある。
【００３５】
ガス拡散電極または導電性多孔質基材の厚みについては、（株）日立ハイテクノロジーズ製ＩＭ４０００などのイオンミリング装置を用いて、ガス拡散電極を厚み方向にカットし、その面直断面（厚み方向の断面）をＳＥＭで観察した像から算出する方法で求める。また、微多孔層の厚みについては、ガス拡散電極の厚みから導電性多孔質基材の厚みを差し引いて求めることができる。
【００３６】
導電性多孔質基材の少なくとも片面に微多孔層を形成する方法としては、微多孔層形成用の塗液（以下、微多孔層塗液という）をスクリーン印刷、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、ダイコーター印刷、バー塗布、ブレード塗布、ナイフコーター等により、塗布する方法が好ましく、貫通する領域中のホール領域の低減（つまり非ホール領域の面積率の増大）、表面平滑性の観点から、より好ましくは、スクリーン印刷、ダイコーター印刷による塗布方法である。微多孔層塗液中の導電性微粒子の濃度は、生産性の観点から、好ましくは５質量％以上、より好ましくは８質量％以上、さらに好ましくは１２質量％以上である。粘度、導電性粒子の分散安定性、塗液の塗布性などが公的であれば濃度に上限はないが、実際的には微多孔層塗液中の導電性微粒子の濃度が５０質量％を超えると塗液としての適正が損なわれることがある。微多孔層塗液を塗布した後に、２５０℃以上４００℃以下に焼結を行うことが一般的である。
【００３７】
本発明においてガス拡散性を高める観点から、カーボンペーパーなどの導電性多孔質基材の厚みを薄くすることが好ましい。つまりカーボンペーパーなどの導電性多孔質基材の厚みは２２０μｍ以下が好ましく、１５０μｍ以下がさらに好ましく、特に好ましくは１２０μｍ以下であるが、余り薄くすると機械的強度が弱くなり、製造工程でのハンドリングが難しくなるので、通常７０μｍが下限である。
【００３８】
本発明のガス拡散電極に用いられる導電性多孔質基材は、フッ素樹脂を付与することで撥水処理が施されたものが好適に用いられる。フッ素樹脂は撥水性樹脂として作用するので、本発明の導電性多孔質基材は、フッ素樹脂などの撥水性樹脂を含むことが好ましい。導電性多孔質基材が含む撥水性樹脂、つまり導電性多孔質基材が含むフッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）（たとえば“テフロン”（登録商標））、ＦＥＰ（四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ化樹脂）、ＥＴＦＡ（エチレン四フッ化エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）等が挙げられるが、強い撥水性を発現するＰＴＦＥ、あるいはＦＥＰが好ましい。
【００３９】
撥水性樹脂の量は特に限定されないが、導電性多孔質基材の全体１００質量％中に０．１質量％以上２０質量％以下程度が適切である。０．１質量％より少ないと撥水性が十分に発揮されないことがあり、２０質量％を超えるとガスの拡散経路あるいは排水経路となる細孔を塞いでしまったり、電気抵抗が上がったりする可能性がある。
【００４０】
導電性多孔質基材を撥水処理する方法は、一般的に知られている撥水性樹脂を含むディスパージョンに導電性多孔質基材を浸漬する処理技術のほか、ダイコート、スプレーコートなどによって導電性多孔質基材に撥水性樹脂を塗布する塗布技術も適用可能である。また、フッ素樹脂のスパッタリングなどのドライプロセスによる加工も適用できる。なお、撥水処理の後、必要に応じて乾燥工程、さらには焼結工程を加えても良い。
【００４１】
また本発明の燃料電池は、本発明のガス拡散電極を有することを特徴とする。本発明の燃料電池は、本発明のガス拡散電極を有するので、発電性能が高い特徴を有する。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。実施例で用いた材料、ガス拡散電極の作製方法、燃料電池の発電性能評価方法を次に示した。
【００４３】
（実施例１）
＜材料＞
Ａ．導電性多孔質基材
東レ（株）製ポリアクリロニトリル系炭素繊維“トレカ”（登録商標）Ｔ３００（平均直径：７μｍ）を短繊維の平均長さ６ｍｍ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て乾燥させ、炭素繊維の目付が２６ｇ／ｍ２の炭素繊維シートを作製した。ポリビニルアルコールの付着量は、炭素繊維１００質量部に対して１８質量部であった。
【００４４】
次に、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不揮発分が１：１の質量比となるように混合したフェノール樹脂と、炭素粉末として鱗片状黒鉛粉末（平均粒径５μｍ）と、溶媒としてメタノールを用い、熱硬化性樹脂（不揮発分）／炭素粉末／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、均一に分散した樹脂組成物（混合液）を得た。
【００４５】
次に、炭素繊維シートを上記樹脂組成物の混合液に連続的に浸漬し、ロールで挟んで絞る樹脂含浸工程を経た後、ロール状に巻き取って前駆体繊維シートを得た。この際、ロールはドクターブレードで余分な樹脂組成物を取り除くことができる構造を持つ平滑な金属ロールであり、一定のクリアランスをあけて水平に２本配置して炭素繊維シートを垂直に上に引き上げることで全体の樹脂組成物の付着量を調整した。前駆体繊維シートにおけるフェノール樹脂の付着量は、炭素繊維１００質量部に対し、１３０質量部であった。
【００４６】
プレス成型機に熱板が互いに平行になるようにセットし、下熱板上にスペーサーを配置して、上下から離型紙で挟み込んだ樹脂含浸炭素繊維紙を間欠的に搬送し、圧縮処理した。その際、加圧処理後に所望の前駆体繊維シートの厚さになるように、上下プレス面板の間隔を調整した。
【００４７】
また、加熱加圧、型開き、炭素繊維の送り、を繰り返すことによって圧縮処理を行い、ロール状に巻き取った。圧縮工程における加圧処理後の前駆体繊維シートの０．１５ＭＰａでの厚さを測定したところ、１８０μｍであった。
【００４８】
加圧処理をした前駆体繊維シートを、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、加熱炉内を連続的に走行させながら焼成する炭化工程に通した後、ロール状に巻き取って導電性多孔質基材を得た。得られた導電性多孔質基材の０．１５ＭＰａでの厚さは、１４５μｍであった。
【００４９】
さらに、上記で得られた導電性多孔質基材を、常温下で一定圧力にてプレスしながら連続的に搬送することで、ロール状に巻き取った。得られた導電性多孔質基材の０．１５ＭＰａでの厚さは、１３５μｍであった。
【００５０】
Ｂ．微多孔層
カーボンブラック、撥水性樹脂（“ネオフロン”（登録商標）ＦＥＰディスパージョンＮＤ−１１０（ＦＥＰ樹脂、ダイキン工業（株）製））、界面活性剤（“ＴＲＩＴＯＮ”（登録商標）Ｘ−１００（ナカライテスク（株）製））、および、水を用いた。
【００５１】
＜評価＞
Ａ．しみ込み量の測定方法
まず、イオンミリング装置（日立ハイテクノロジーズ社製  ＩＭ４０００型）により面直断面（厚み方向の断面）を切り出し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、（株）日立製作所製Ｓ−４８００）により、画像の倍率を２００倍として観察した。
【００５２】
次に、図１を用いて、微多孔層と導電性多孔質基材の境界を求める方法を説明する。微多孔層の最表面に存在する点（１１）を起点に導電性多孔質基材の最表面（１０）と平行な線を引き、その線を微多孔層の最表面（１２）とした。微多孔層が導電性多孔質基材中にしみ込んでいる部分（しみ込み部分）の中で、最も導電性多孔質基材の最表面側へしみ込んでいる点（１３）を起点に、導電性多孔質基材の最表面（１０）と平行な線を引き、その線を微多孔層の最奥面（１４）とした。導電性多孔質基材の微多孔層側の最表面の中で、最も微多孔層の最表面に近い点（１５）を起点に、導電性多孔質基材の最表面（１０）と平行な線を引き、その線を導電性多孔質基材の最奥面（１６）とした。
【００５３】
導電性多孔質基材の最表面（１０）と導電性多孔質基材の最奥面（１６）との距離を導電性多孔質基材の厚さ（ａ）、微多孔層の最奥面（１４）と導電性多孔質基材の最奥面（１６）との距離をしみ込み部分の厚さ（ｂ）、および、微多孔層の最表面（１２）と微多孔層の最奥面（１４）との距離を微多孔層の厚さ（ｃ）と定めた。
【００５４】
また、しみ込み部分の厚さ（ｂ）／微多孔層の厚さ（ｃ）×１００の式からしみ込み量を求めた。微多孔層のしみ込み部分を３箇所の画像から３つ定義し、しみ込み量を３つの値の平均値として求めた。
【００５５】
Ｂ．微多孔層を厚み方向に貫通する領域の合計の面積率の測定方法
微多孔層を厚み方向に貫通する領域の合計の面積を求める場合は、ガス拡散電極の微多孔層側から光学顕微鏡下で観察し、導電性多孔質基材側から光を照射し、微多孔層を厚み方向に貫通する領域を光らせ、撮像した。その後、画像処理ソフト（ＪＴｒｉｍ）に取り込み、輝度レベルが２４０以上の画素数の積算、つまり、白色領域の画素数の積算を貫通する領域の合計として、全体の画素数で除して、微多孔層を厚み方向に貫通する領域の合計の面積率（％）を求めた。
【００５６】
Ｃ．微多孔層を貫通する領域の面積とそれのアスペクト比の測定
得られたガス拡散電極を、透過光学系と反射光学系を組み合わせた装置に、水平になるようにガス拡散電極をセットした。ガス拡散電極に対して垂直に拡大鏡をセットし、上部から目視で、微多孔層を貫通する領域を確認してマークを入れ、連続搬送の際における、基材の流れ方向（以降、Ｘ方向と記載する）、基材の幅方向（以降、Ｙ方向と記載する）の位置を計測した。その後、マークをした部分を光学顕微鏡で観察し、微多孔層を貫通する領域のそれぞれの面積を算出した。
【００５７】
さらに、微多孔層を貫通する領域それぞれのアスペクト比（ここでいう、アスペクト比は、最も長い方向と最も短い方向で求める）を求め、非ホール領域の合計の面積率を算出した。
【００５８】
Ｄ．導電性多孔質基材の密度の測定方法
導電性多孔質基材の密度は、導電性多孔質基材の質量を電子天秤で秤量し、Ａ項で求めた導電性多孔質基材の厚さ（ａ）で除することで求めた。
【００５９】
Ｅ．透水圧の測定方法
ポーラスマテリアル（株）製のパームポロメーター（ＣＦＰ−１５００ＡＥＸＬＣ）を用い、微多孔層上に水を滴下し、圧空を微多孔層側から導電性多孔質基材側に向かってかけ、圧空の圧力を上昇させ、導電性多孔質基材側に空気が流れ始めた圧空の圧力を測定することで、透水圧（ｋＰａ）を測定した。
【００６０】
Ｆ．厚み方向のガス拡散性の測定方法
西華産業製水蒸気ガス水蒸気透過拡散評価装置（ＭＶＤＰ−２００Ｃ）を用い、ガス拡散電極の一方の面側（１次側）に拡散性を測定したい酸素ガスと窒素ガスの混合ガスを流し、他方の面側（２次側）に窒素ガスを流した。１次側と２次側の差圧を０Ｐａ近傍（０±３Ｐａ）に制御しておき（即ち圧力差によるガスの流れはほとんどなく、分子拡散によってのみガスの移動現象が起こる）、２次側の酸素濃度計により、平衡に達したときのガス濃度を測定し、この値（％）を厚み方向のガス拡散性の指標とした。
【００６１】
（実施例１）
ロール状に巻き取られたカーボンペーパーを巻き取り式の搬送装置を用いて、搬送しながら、フッ素樹脂濃度を２質量％になるように水に分散した撥水性樹脂ディスパージョンを満たした浸漬槽に浸漬して撥水処理を行い、１００℃に設定した乾燥機で乾燥して巻き取り機で巻き取って、撥水処理した導電性多孔質基材を得た。撥水性樹脂ディスパージョンとして、ＦＥＰディスパージョン  ＮＤ−１１０を水でＦＥＰが３質量％濃度になるように薄めたものを用いた。
【００６２】
次に、巻き出し機、ガイドロール、バックロール、合紙巻き出し機、巻き取り機を備えた搬送装置にダイコーター、乾燥機および焼結機を備えた巻き取り式の連続コーターを用意した。
【００６３】
前記撥水処理した導電性多孔質基材として、カーボンペーパーを４００ｍロール状に巻いた原反を巻き出し機にセットした。
【００６４】
巻き出し部、巻き取り部、コーター部に設置された駆動ロールにより原反を搬送した。まず、ダイコーターを用いて微多孔層塗液の塗布位置と導電性多孔質基材の距離を、微多孔層塗液膜厚の９０％にして塗布した後、乾燥機において１４０℃の熱風により水分を乾燥、さらに温度を３５０℃に設定した焼結機において、焼結を行なった後、巻き取り機にて巻き取った。
【００６５】
なお、微多孔層塗液は以下のように調製した。
【００６６】
微多孔層塗液：
カーボンブラック  １５質量部、撥水性樹脂（ＦＥＰディスパージョン、“ネオフロン”（登録商標）ＮＤ−１１０）９質量部、界面活性剤（“ＴＲＩＴＯＮ”（登録商標）Ｘ−１００）７質量部、精製水６９  質量部をプラネタリーミキサーで混練し、塗液を調製した。
【００６７】
微多孔層塗液の塗布にあたっては、焼結後の微多孔層の目付け量が２５ｇ／ｍ２となるように調整した。
【００６８】
測定した物性を表１に示す。
【００６９】
（実施例２）
カーボンブラック  １５質量部、撥水性樹脂（ＦＥＰディスパージョン、“ネオフロン”（登録商標）ＮＤ−１１０）１３質量部、界面活性剤（“ＴＲＩＴＯＮ”（登録商標）Ｘ−１００）７質量部、精製水６５  質量部をプラネタリーミキサーで混練し、塗液を調製した以外は、実施例１と同様にしてガス拡散電極を得た。測定した物性を表１に示す。
【００７０】
（実施例３）
ダイコーターを用いて微多孔層塗液の塗布位置と導電性多孔質基材の距離を、微多孔層塗液膜厚の１１０％にして塗布した後、乾燥機において１４０℃の熱風により水分を乾燥、さらに温度を３５０℃に設定した焼結機において、焼結を行なった後、巻き取り機にて巻き取った以外は、実施例１と同様にしてガス拡散電極を得た。測定した物性を表１に示す。
【００７１】
（実施例４）
導電性多孔質基材の密度を０．５３ｇ／ｃｍ３とした以外は、実施例１と同様にしてガス拡散電極を得た。測定した物性を表１に示す。
【００７２】
（比較例１）
カーボンブラック  １５質量部、撥水性樹脂（ＦＥＰディスパージョン、“ネオフロン”（登録商標）ＮＤ−１１０）１７質量部、界面活性剤（“ＴＲＩＴＯＮ”（登録商標）Ｘ−１００）７質量部、精製水６１  質量部をプラネタリーミキサーで混練し、塗液を調製した以外は、実施例１と同様にしてガス拡散電極を得た。測定した物性を表１に示す。
【００７３】
（比較例２）
ダイコーターを用いて微多孔層塗液の塗布位置と導電性多孔質基材の距離を、微多孔層塗液膜厚の１３０％にして塗布した後、乾燥機において１４０℃の熱風により水分を乾燥、さらに温度を３５０℃に設定した焼結機において、焼結を行なった後、巻き取り機にて巻き取った以外は、実施例１と同様にしてガス拡散電極を得た。測定した物性を表１に示す。
【００７４】
【表１】
2018156818.tif 000002
【符号の説明】
【００７５】
１  微多孔層
２  炭素繊維
１０  導電性多孔質基材の最表面
１１  微多孔層の最表面に存在する点
１２  微多孔層の最表面
１３  しみ込み部分の中で、最も導電性多孔質基材の最表面側へしみ込んでいる点
１４  微多孔層の最奥面
１５  導電性多孔質基材の微多孔層側の最表面の中で、最も微多孔層の最表面に近い点
１６  導電性多孔質基材の最奥面
【図１】
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