(57)【要約】【課題】ＩＤＦＦ型流路を備える燃料電池において、ドライアップをより効果的に抑制する。【解決手段】アノード側ガス拡散層２０ａは、ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部において、アノード側セパレータ３０の溝部３０ｄｉ（燃料ガス流入流路）、および、溝部３０ｄｏ（燃料ガス流出流路）と対向する部位に、ガス拡散層基材の厚さ方向の全体に亘って撥水処理が施された撥水処理部２０ｗｒを備え、アノード側セパレータ３０のリブ部３０ｒと当接する部位に、ガス拡散層基材に撥水処理が施されていない非撥水処理部２０ｎを備える。非撥水処理部２０ｎのガス透過性は、撥水処理部２０ｗｒのガス透過性よりも高い。【選択図】図３
2011243386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
固体高分子からなる電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体と、
前記アノードの表面に接合されたガス拡散層と、
前記ガス拡散層の表面に沿って、第１の方向に燃料ガスを流すためのアノード側ガス流路と、
前記カソードの表面に沿って、前記第１の方向と互いに対向する第２の方向に酸化剤ガスを流すためのカソード側ガス流路と、
を備え、
前記アノード側ガス流路は、
前記ガス拡散層の表面に当接する部材であって、
前記燃料ガスが流れる空隙を形成するとともに、前記燃料ガスの流入側とは反対側の端部がそれぞれ閉塞されている複数の第１の溝部と、
前記複数の第１の溝部と並行に、かつ、所定の間隔を隔てて交互に配置され、前記燃料ガスが流れる空隙を形成するとともに、前記燃料ガスの流出側とは反対側の端部がそれぞれ閉塞されている複数の第２の溝部と、
前記複数の第１の溝部と前記複数の第２の溝部とを互いに隔離するとともに、前記ガス拡散層の表面と当接するリブ部と、
を有する前記部材によって構成されており、
前記複数の第１の溝部および前記リブ部によって構成され、流入した前記燃料ガスを流すための複数の燃料ガス流入流路と、
前記複数の第２の溝部および前記リブ部によって構成され、前記複数の燃料ガス流入流路から前記ガス拡散層を透過した前記燃料ガスを受け取って、流出させるための複数の燃料ガス流出流路と、
を備えており、
前記ガス拡散層は、
前記燃料ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部のうちの少なくとも一方において、少なくとも、前記第１の溝部と前記第２の溝部との間の前記リブ部と当接する部位におけるガス透過性が、他の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されている、
燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記ガス拡散層は、前記燃料ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部の双方において、少なくとも、前記第１の溝部と前記第２の溝部との間の前記リブ部と当接する部位におけるガス透過性が、他の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されている、
燃料電池。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記ガス拡散層は、前記燃料ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部のうちの少なくとも一方におけるガス透過性が、前記上流部と前記下流部との間の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されている、
燃料電池。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池であって、
前記ガス拡散層は、前記燃料ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部の双方におけるガス透過性が、前記上流部と前記下流部との間の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されている、
燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載された燃料電池であって、
前記ガス拡散層は、前記燃料ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部のうちの少なくとも一方において、少なくとも、前記第１の溝部と前記第２の溝部との間の前記リブ部と当接する部位には撥水処理を施さず、他の部位には撥水処理を施すことによって、前記第１の溝部と前記第２の溝部との間の前記リブ部と当接する部位におけるガス透過性が、他の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されている、
燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、酸素）との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、電解質膜として固体高分子膜を用いた固体高分子型燃料電池がある。そして、この固体高分子型燃料電池では、所望の発電性能を得るために、電解質膜を適正な湿潤状態に維持し、電解質膜のプロトン伝導性を適正に保つ必要がある。
【０００３】
ところで、近年では、発電に利用される反応ガス（例えば、燃料ガス）の利用効率を向上させるために、燃料電池の電極に反応ガスを供給するためのガス流路として、ＩＤＦＦ（InterDigitated Flow Field）と呼ばれるガス流路（以下、ＩＤＦＦ型流路とも言う）を用いることが提案されている。このＩＤＦＦ型流路は、電極表面に沿って設けられ、反応ガスの流入側とは反対側の端部がそれぞれ閉塞された複数のガス流入流路と、反応ガスの流出側とは反対側の端部がそれぞれ閉塞された複数のガス流出流路とが、平行に、かつ、所定の間隔を隔てて交互に配置された構成を有している。
【０００４】
そして、従来、このようなＩＤＦＦ型流路を備える固体高分子型燃料電池について、加湿器を用いることなく、ドライアップ（電解質膜の乾燥による発電性能の低下）を、抑制するための技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、ＩＤＦＦ型流路を備える燃料電池において、電極層（ガス拡散層）のガス流路側の表面に親水層を形成し、この親水層に、発電によって生成された生成水を保持することによって、固体高分子膜（電解質膜）を適正な湿潤状態に維持する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７９４５７号公報
【特許文献２】特開２００５−９３２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載された技術では、電解質膜が比較的乾燥しやすくなる高温運転時には、ドライアップが特に生じやすい酸化剤ガスの導入部近傍において、ドライアップを十分に抑制することができない場合があった。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、ＩＤＦＦ型流路を備える燃料電池において、ドライアップをより効果的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
燃料電池であって、
固体高分子からなる電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体と、
前記アノードの表面に接合されたガス拡散層と、
前記ガス拡散層の表面に沿って、第１の方向に燃料ガスを流すためのアノード側ガス流路と、
前記カソードの表面に沿って、前記第１の方向と互いに対向する第２の方向に酸化剤ガスを流すためのカソード側ガス流路と、
を備え、
前記アノード側ガス流路は、
前記ガス拡散層の表面に当接する部材であって、
前記燃料ガスが流れる空隙を形成するとともに、前記燃料ガスの流入側とは反対側の端部がそれぞれ閉塞されている複数の第１の溝部と、
前記複数の第１の溝部と並行に、かつ、所定の間隔を隔てて交互に配置され、前記燃料ガスが流れる空隙を形成するとともに、前記燃料ガスの流出側とは反対側の端部がそれぞれ閉塞されている複数の第２の溝部と、
前記複数の第１の溝部と前記複数の第２の溝部とを互いに隔離するとともに、前記ガス拡散層の表面と当接するリブ部と、
を有する前記部材によって構成されており、
前記複数の第１の溝部および前記リブ部によって構成され、流入した前記燃料ガスを流すための複数の燃料ガス流入流路と、
前記複数の第２の溝部および前記リブ部によって構成され、前記複数の燃料ガス流入流路から前記ガス拡散層を透過した前記燃料ガスを受け取って、流出させるための複数の燃料ガス流出流路と、
を備えており、
前記ガス拡散層は、
前記燃料ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部のうちの少なくとも一方において、少なくとも、前記第１の溝部と前記第２の溝部との間の前記リブ部と当接する部位におけるガス透過性が、他の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されている、
燃料電池。
【００１０】
適用例１の燃料電池（固体高分子型燃料電池）は、燃料ガスと酸化剤ガスとが対向流（カウンターフロー）となるように、アノード側ガス流路、および、カソード側ガス流路を備える。また、適用例１の燃料電池は、アノード側ガス流路として、ＩＤＦＦ型流路、すなわち、上記燃料ガス流入流路、および、上記燃料ガス流出流路を備える。アノード側ガス流路は、上記複数の第１の溝部と、上記複数の第２の溝部と、上記リブ部とを有する上記部材（セパレータ）が、アノード側のガス拡散層と当接することによって形成される。
【００１１】
一般に、このような燃料電池では、酸化剤ガスの流れ方向についての上流部、すなわち、燃料ガスの流れ方向についての下流部では、電解質膜が比較的乾燥しやすく、ドライアップが生じやすい。一方、酸化剤ガスの流れ方向についての下流部、すなわち、燃料ガスの流れ方向についての上流部では、電解質膜が比較的乾燥しにくく、ドライアップは生じにくい。これは、カソード側ガス流路において、発電によって生成された生成水が酸化剤ガスに取り込まれ、酸化剤ガスの流れ方向についての上流部から下流部に移動するため、酸化剤ガスの流れ方向についての上流部では、酸化剤ガスに含まれる水分量が比較的少なくなり、酸化剤ガスの流れ方向についての下流部では、酸化剤ガスに含まれる水分量が比較的多くなるからである。
【００１２】
適用例１の燃料電池では、アノード側のガス拡散層は、燃料ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部のうちの少なくとも一方において、少なくとも、上記第１の溝部と上記第２の溝部との間の上記リブ部と当接する部位におけるガス透過性が、他の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されている。
【００１３】
アノード側のガス拡散層における燃料ガスの流れ方向についての上流部に、上記構成を適用することによって、燃料ガスの流れ方向についての上流部において、燃料ガス流入流路から燃料ガス流出流路に、ガス拡散層を通じて、燃料ガスの受け渡しが行われる際に、酸化剤ガスの流れ方向についての下流部における電解質膜を透過した比較的多くの水分を、燃料ガス中に効果的に取り込むことができる。そして、比較的多くの水分を取り込んだ燃料ガスは、燃料ガスの流れ方向についての上流部から下流部に移動する。したがって、この燃料ガスに含まれる水分を用いて、比較的乾燥しやすい燃料ガスの流れ方向についての下流部、すなわち、酸化剤ガスの流れ方向についての上流部における電解質膜を加湿することができる。
【００１４】
また、アノード側のガス拡散層における燃料ガスの流れ方向についての下流部に、上記構成を適用することによって、燃料ガスの流れ方向についての下流部において、燃料ガス流入流路から燃料ガス流出流路に、ガス拡散層を通じて、燃料ガスの受け渡しが行われる際に、燃料ガスに含まれる水分を用いて、比較的乾燥しやすい燃料ガスの流れ方向についての下流部、すなわち、酸化剤ガスの流れ方向についての上流部における電解質膜の加湿を効果的に行うことができる。
【００１５】
つまり、適用例１の燃料電池によって、ＩＤＦＦ型流路を備える燃料電池におけるドライアップをより効果的に抑制することができる。
【００１６】
なお、適用例１の燃料電池において、「燃料ガスの流れ方向についての上流部」とは、例えば、燃料ガスの流路長における最上流端から１／２０〜１／３程度の部位を意味している。また、「燃料ガスの流れ方向についての下流部」とは、例えば、燃料ガスの流路長における最下流端から１／２０〜１／３程度の部位を意味している。これらのことは、「酸化剤ガスの流れ方向についての上流部」および「酸化剤ガスの流れ方向についての下流部」についても同様である。
【００１７】
また、上記部材（セパレータ）において、上記複数の第１の溝部と、上記複数の第２の溝部と、上記リブ部とは、上記複数の第１の溝部と、上記複数の第２の溝部とが、並行に、かつ、所定の間隔を隔てて交互に配置されるように形成されていればよく、上記複数の第１の溝部と、上記複数の第２の溝部とは、それぞれ、直線状に設けられていても、非直線状に設けられていてもよい。
【００１８】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池であって、
前記ガス拡散層は、前記燃料ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部の双方において、少なくとも、前記第１の溝部と前記第２の溝部との間の前記リブ部と当接する部位におけるガス透過性が、他の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されている、
燃料電池。
【００１９】
適用例２の燃料電池では、上述した、燃料ガスの流れ方向についての上流部における燃料ガスへの水分の取り込み、および、燃料ガスの流れ方向についての下流部における電解質膜の加湿の双方を効果的に行うことができる。したがって、上述した、燃料ガスの流れ方向についての上流部における燃料ガスへの水分の取り込み、および、燃料ガスの流れ方向についての下流部における電解質膜の加湿のいずれかを行う構成よりも、燃料電池のドライアップを抑制する効果が高い。
【００２０】
［適用例３］
適用例１記載の燃料電池であって、
前記ガス拡散層は、前記燃料ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部のうちの少なくとも一方におけるガス透過性が、前記上流部と前記下流部との間の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されている、
燃料電池。
【００２１】
適用例３の燃料電池では、上記第１の溝部と上記第２の溝部との間の上記リブ部と当接する部位のみにおけるガス透過性が、他の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成される場合よりも、ガス拡散層の製造を容易に行うことができる。また、燃料電池の製造も容易に行うことができる。例えば、ガス拡散層とセパレータとを積層する際に、ガス拡散層におけるガス透過性が高い部位と、セパレータにおけるリブ部との精密な位置合わせを不要とすることができる。
【００２２】
［適用例４］
適用例３記載の燃料電池であって、
前記ガス拡散層は、前記燃料ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部の双方におけるガス透過性が、前記上流部と前記下流部との間の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されている、
燃料電池。
【００２３】
適用例４の燃料電池によって、適用例２の燃料電池と同様に、燃料ガスの流れ方向についての上流部における燃料ガスへの水分の取り込み、および、燃料ガスの流れ方向についての下流部における電解質膜の加湿を効果的に行うことができる。
【００２４】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれかに記載された燃料電池であって、
前記ガス拡散層は、前記燃料ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部のうちの少なくとも一方において、少なくとも、前記第１の溝部と前記第２の溝部との間の前記リブ部と当接する部位には撥水処理を施さず、他の部位には撥水処理を施すことによって、前記第１の溝部と前記第２の溝部との間の前記リブ部と当接する部位におけるガス透過性が、他の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されている、
燃料電池。
【００２５】
ガス拡散層を備える固体高分子型燃料電池では、ガス拡散層の全面に撥水処理を施すことが多い。これは、ガス拡散層に撥水処理を施すことによって、ガスの拡散を阻害する凝縮した過剰な生成水の排水性を向上させることができるからである。その反面、ガス拡散層に撥水処理を施すと、撥水処理を施さない場合よりも、ガス拡散層においてガスの流路となる空隙が狭くなり、ガス透過性が低くなる。
【００２６】
適用例５の燃料電池では、上記撥水処理の有無によって、ガス拡散層における各部位のガス透過性を変える。したがって、ガス拡散層に比較的ガス透過性が高い部位と比較的ガス透過性が低い部位とを設けるために、ガス透過性が比較的高いガス拡散層基材とガス透過性が比較的低いガス拡散層基材と組み合わせてガス拡散層を製造するよりも、製造を容易に行うことができる。また、適用例５の燃料電池では、ガス拡散層における撥水処理が施された部位では、上述した過剰な生成水の排水性を確保することができる。
【００２７】
なお、ガス拡散層に撥水処理を施さないことと、ガス拡散層の親水性を向上させることとは異なる。ガス拡散層の親水性を向上させるために、ガス拡散層に親水処理を施せば、ガス拡散層に撥水処理を施す場合と同様に、ガス拡散層においてガスの流路となる空隙が狭くなり、ガス透過性は低くなる。
【００２８】
本発明は、上述の燃料電池の発明としての構成の他、燃料電池に用いられるガス拡散層の発明、燃料電池の製造方法、燃料電池に用いられるガス拡散層の製造方法の発明として構成することもできる。なお、それぞれの態様において、先に示した種々の付加的要素を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】アノード側セパレータ３０の一部を示す平面図である。
【図３】アノード側ガス拡散層２０ａの構成を示す説明図である。
【図４】実施例の効果を示す説明図である。
【図５】変形例としてのアノード側ガス拡散層２０Ａａの構成を示す説明図である。
【図６】変形例としてのアノード側ガス拡散層２０Ｂａの構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．燃料電池の構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池１００の概略構成を示す説明図である。図１では、燃料電池１００の断面構造を模式的に示した。この燃料電池１００は、膜電極接合体１０の両面に、それぞれ、アノード側ガス拡散層２０ａ、および、カソード側ガス拡散層２０ｃを接合し、これらを、図示しないアノード側セパレータ、および、カソード側セパレータで挟持することによって構成されている。
【００３１】
膜電極接合体１０は、固体高分子からなり、プロトン伝導性を有する電解質膜１２の両面に、それぞれ、アノード側触媒層１４ａ、および、カソード側触媒層１４ｃを接合することによって構成されている。本実施例では、電解質膜１２として、ナフィオン（登録商標）を用いるものとした。電解質膜１２として、プロトン伝導性を有する他の固体高分子膜を用いるものとしてもよい。また、本実施例では、アノード側ガス拡散層２０ａ、および、カソード側ガス拡散層２０ｃとして、カーボンクロスを用いるものとした。アノード側ガス拡散層２０ａ、および、カソード側ガス拡散層２０ｃとして、カーボンペーパ等、ガス拡散性、および、導電性を有する他の材料を用いるものとしてもよい。また、アノード側セパレータ、および、カソード側セパレータとしては、カーボンや、金属など、導電性を有する種々の材料を適用可能である。
【００３２】
また、本実施例の燃料電池１００は、図示するように、燃料ガスとしての水素と酸化剤ガスとしての酸素を含む空気とが対向流（カウンターフロー）となるように、アノード側ガス流路、および、カソード側ガス流路を備えている。なお、後述するように、本実施例の燃料電池１００では、アノード側ガス流路として、いわゆるＩＤＦＦ型流路を採用している。
【００３３】
以下、本発明の燃料電池における特徴部分であるアノード側の構成について詳細に説明し、カソード側の構成については説明を省略する。
【００３４】
Ｂ．アノード側セパレータの構成：
図２は、アノード側セパレータ３０の一部を示す平面図である。図２では、アノード側ガス拡散層２０ａと当接する側から見た平面図を示した。アノード側セパレータ３０におけるアノード側ガス拡散層２０ａと当接する側の表面には、複数の溝部３０ｄｉと、複数の溝部３０ｄｏと、リブ部３０ｒが形成されている。アノード側セパレータ３０は、［課題を解決するための手段］における「ガス拡散層の表面に当接する部材」に相当する。また、溝部３０ｄｉは、［課題を解決するための手段］における「第１の溝部」に相当する。また、溝部３０ｄｏは、［課題を解決するための手段］における「第２の溝部」に相当する。
【００３５】
複数の溝部３０ｄｉ、および、リブ部３０ｒは、複数の燃料ガス流入流路を構成する。複数の燃料ガス流入流路は、それぞれ、ガスの流れ方向についての最上流端から流入した水素をアノード側ガス拡散層２０ａの表面に沿って流すとともに、アノード側ガス拡散層２０ａに供給するためのガス流路である。複数の燃料ガス流入流路において、水素の流入側とは反対側に端部は、それぞれ閉塞されている。
【００３６】
また、複数の溝部３０ｄｏ、および、リブ部３０ｒは、複数の燃料ガス流出流路を構成する。複数の燃料ガス流出流路は、それぞれ、燃料ガス流入流路からアノード側ガス拡散層２０ａを透過した発電に未使用の水素を受け取り、アノード側ガス拡散層２０ａの表面に沿ってガスの流れ方向についての最下流端に流出させるためのガス流路である。複数の燃料ガス流出流路において、水素の流出側とは反対側の端部は、それぞれ閉塞されている。
【００３７】
なお、本実施例では、複数の燃料ガス流入流路、および、複数の燃料ガス流出流路は、それぞれ、直線状に設けられており、これらは、平行に、かつ、所定の間隔（リブ部３０ｒの幅）を隔てて交互に配置されている。このようなＩＤＦＦ型流路をアノード側ガス流路に採用することによって、発電に利用される水素の利用効率を向上させることができる。燃料ガス流入流路に流入した水素のすべてが、強制的にアノード側ガス拡散層２０ａに押し込まれるからである。
【００３８】
Ｃ．アノード側ガス拡散層の構成：
図３は、アノード側ガス拡散層２０ａの構成を示す説明図である。アノード側ガス拡散層２０ａにアノード側セパレータ３０を積層したときの断面図を示した。図３（ａ）に、図２に示したガスの流れ方向についての上流部、および、下流部におけるアノード側ガス拡散層２０ａの断面構造を示した。また、図３（ｂ）に、図２に示したガスの流れ方向についての中流部におけるアノード側ガス拡散層２０ａの断面構造を示した。なお、上述した「ガスの流れ方向についての上流部」とは、例えば、燃料ガスの流路長における最上流端から１／２０〜１／３程度の部位を意味している。また、「ガスの流れ方向についての下流部」とは、例えば、燃料ガスの流路長における最下流端から１／２０〜１／３程度の部位を意味している。
【００３９】
図３では、燃料ガス流入流路（溝部３０ｄｉ）から燃料ガス流出流路（溝部３０ｄｏ）への水素の流れを併せて示した。図中に破線矢印で示したように、燃料ガス流入流路（溝部３０ｄｉ）に流入した水素は、溝部３０ｄｉからアノード側ガス拡散層２０ａを透過して溝部３０ｄｏ（燃料ガス流出流路）に流出する。
【００４０】
図３（ｂ）に示したように、アノード側ガス拡散層２０ａは、ガスの流れ方向についての中流部においては、ガス拡散層基材の全面に、厚さ方向の全体に亘って撥水処理が施されている。また、図３（ａ）に示したように、本実施例では、アノード側ガス拡散層２０ａは、ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部において、アノード側セパレータ３０の溝部３０ｄｉ，３０ｄｏと対向する部位に、ガス拡散層基材の厚さ方向の全体に亘って撥水処理が施された撥水処理部２０ｗｒを備え、アノード側セパレータ３０のリブ部３０ｒと当接する部位に、ガス拡散層基材に撥水処理が施されていない非撥水処理部２０ｎを備えている。非撥水処理部２０ｎのガス透過性は、撥水処理部２０ｗｒのガス透過性よりも高い。撥水処理部２０ｗｒでは、撥水処理によって、ガスの流路となる空隙が非撥水処理部２０ｎよりも狭くなるからである。なお、本実施例では、各撥水処理部２０ｗｒの幅は、それぞれ、溝部３０ｄｉ，３０ｄｏの幅とほぼ同じであり、各非撥水処理部２０ｎの幅は、それぞれ、リブ部３０ｒの幅とほぼ同じであるものとした。
【００４１】
Ｄ．実施例の効果：
図４は、実施例の効果を示す説明図である。燃料電池１００の断面構造、および、アノードにおける水蒸気の流れを模式的に示した。
【００４２】
燃料電池１００では、空気の流れ方向についての上流部（水素の流れ方向についての下流部）では、カソード側ガス流路内が比較的低湿度であり、電解質膜１２が比較的乾燥しやすく、ドライアップが生じやすい。一方、空気の流れ方向についての下流部（水素の流れ方向についての上流部）では、カソード側ガス流路内が比較的高湿度であり、電解質膜１２が比較的乾燥しにくく、ドライアップは生じにくい。これは、カソード側ガス流路において、発電によって生成された生成水が空気に取り込まれ、空気の流れ方向についての上流部から下流部に移動するため、空気の流れ方向についての上流部では、空気に含まれる水分量が比較的少なくなり、空気の流れ方向についての下流部では、空気に含まれる水分量が比較的多くなるからである。
【００４３】
本実施例の燃料電池１００では、アノード側ガス拡散層２０ａが、水素の流れ方向についての上流部、および、下流部の双方において、アノード側セパレータ３０の溝部３０ｄｉ（燃料ガス流入流路）と溝部３０ｄｏ（燃料ガス流出流路）との間のリブ部３０ｒと当接する部位（非撥水処理部２０ｎ）におけるガス透過性が、他の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されている。したがって、水素の流れ方向についての上流部において、燃料ガス流入流路から燃料ガス流出流路に、アノード側ガス拡散層２０ａを通じて、水素の受け渡しが行われる際に、電解質膜１２を透過した比較的多くの水分を、非撥水処理部２０ｎを介して、水素中に効果的に取り込むことができる。そして、比較的多くの水分を取り込んだ水素は、水素の流れ方向についての上流部から下流部に移動する。したがって、この水素に含まれる水分を用いて、比較的乾燥しやすい水素の流れ方向についての下流部、すなわち、空気の流れ方向についての上流部における電解質膜１２を加湿することができる。また、燃料ガスの流れ方向についての下流部において、燃料ガス流入流路から燃料ガス流出流路に、アノード側ガス拡散層２０ａを通じて、燃料ガスの受け渡しが行われる際に、燃料ガスに含まれる水分を用いて、比較的乾燥しやすい燃料ガスの流れ方向についての下流部、すなわち、酸化剤ガスの流れ方向についての上流部における電解質膜１２の加湿を、非撥水処理部２０ｎを介して、効果的に行うことができる。つまり、本実施例の燃料電池１００によって、ドライアップを効果的に抑制することができる。
【００４４】
Ｅ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００４５】
Ｅ１．変形例１：
上記実施例では、アノード側ガス拡散層２０ａは、水素の流れ方向についての上流部、および、下流部の双方に、撥水処理部２０ｗｒ、および、非撥水処理部２０ｎを備え、アノード側セパレータ３０のリブ部３０ｒと当接する部位におけるガス透過性が、他の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されているものとしたが、本発明は、これに限られない。アノード側ガス拡散層２０ａは、水素の流れ方向についての上流部、および、下流部の少なくとも一方において、アノード側セパレータ３０のリブ部３０ｒと当接する部位におけるガス透過性が、他の部位におけるガス透過性よりも高くなるように形成されているようにしてもよい。
【００４６】
Ｅ２．変形例２：
上記実施例では、図３（ａ）に示したように、アノード側ガス拡散層２０ａは、水素の流れ方向についての上流部、および、下流部において、各撥水処理部２０ｗｒの幅が、それぞれ、溝部３０ｄｉ，３０ｄｏの幅とほぼ同じであり、各非撥水処理部２０ｎの幅が、それぞれ、リブ部３０ｒの幅とほぼ同じであるものとしたが、本発明は、これに限られない。
【００４７】
図５は、変形例としてのアノード側ガス拡散層２０Ａａの構成を示す説明図である。図３と同様に、アノード側ガス拡散層２０Ａａにアノード側セパレータ３０を積層したときの断面図を示した。本変形例のアノード側ガス拡散層２０Ａａでは、図５（ａ），（ｂ）に示したように、ガスの流れ方向についての上流部、および、中流部における構成は、実施例におけるアノード側ガス拡散層２０ａと同じである。ただし、本変形例のアノード側ガス拡散層２０Ａａでは、図５（ｃ）に示したように、ガスの流れ方向についての下流部における構成が、実施例におけるアノード側ガス拡散層２０ａと異なっている。
【００４８】
具体的には、本変形例のアノード側ガス拡散層２０Ａａでは、ガスの流れ方向についての下流部において、アノード側セパレータ３０の溝部３０ｄｏ（燃料ガス流出流路）と対向する部位における撥水処理部２０ｗｒの幅は、実施例のアノード側ガス拡散層２０ａと同様である。また、ガスの流れ方向についての下流部において、アノード側セパレータ３０の溝部３０ｄｉ（燃料ガス流入流路）と対向する部位における撥水処理部２０ｗｒの幅は、溝部３０ｄｉの幅よりも狭い。また、ガスの流れ方向についての下流部において、アノード側セパレータ３０のリブ部３０ｒと当接する部位における非撥水処理部２０ｎの幅は、リブ部３０ｒの幅よりも広い。そして、ガスの流れ方向についての下流部において、非撥水処理部２０ｎは、アノード側セパレータ３０の溝部３０ｄｉと対向する部位にまではみ出している。非撥水処理部２０ｎのガス透過性は、撥水処理部２０ｗｒのガス透過性よりも高いから、上記構成とすることによって、ガスの流れ方向についての下流部において、燃料ガス流入流路（溝部３０ｄｉ）からアノード側ガス拡散層２０Ａａに水素を押し込みやすくし、凝縮した過剰な生成水の排水性を向上させることができる。
【００４９】
Ｅ３．変形例３：
上記実施例では、図３（ａ）に示したように、アノード側ガス拡散層２０ａは、水素の流れ方向についての上流部、および、下流部において、撥水処理部２０ｗｒと非撥水処理部２０ｎとを備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。
【００５０】
図６は、変形例としてのアノード側ガス拡散層２０Ｂａの構成を示す説明図である。図３と同様に、アノード側ガス拡散層２０Ｂａにアノード側セパレータ３０を積層したときの断面図を示した。本変形例のアノード側ガス拡散層２０Ｂａでは、図６（ｂ）に示したように、ガスの流れ方向についての中流部における構成は、実施例におけるアノード側ガス拡散層２０ａと同じである。ただし、本変形例のアノード側ガス拡散層２０Ｂａでは、図６（ａ）に示したように、ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部における構成が、実施例におけるアノード側ガス拡散層２０ａと異なっている。
【００５１】
具体的には、本変形例のアノード側ガス拡散層２０Ｂａでは、ガスの流れ方向についての上流部、および、下流部の全体を非撥水処理部２０ｎとしている。こうすることによって、アノード側セパレータ３０のリブ部３０ｒと当接する部位に非撥水処理部２０ｎを設け、他の部位に撥水処理部２０ｗｒを設ける実施例のアノード側ガス拡散層２０ａよりも、製造を容易に行うことができる。また、燃料電池の製造を容易に行うこともできる。例えば、アノード側ガス拡散層２０Ｂａとアノード側セパレータ３０とを積層する際に、撥水処理部２０ｗｒとアノード側セパレータ３０のリブ部３０ｒとの精密な位置合わせを不要とすることができる。
【００５２】
Ｅ４．変形例４：
上記実施例および変形例では、アノード側ガス拡散層を構成するガス拡散層基材への撥水処理の有無によって、各部位におけるガス透過性を変えるものとしたが、本発明は、これに限られない。空隙率が比較的高く、ガス透過性が比較的高いガス拡散層基材と、空隙率が比較的低く、ガス透過性が比較的低いガス拡散層基材とを組み合わせて、アノード側ガス拡散層２０ａを構成するようにしてもよい。ただし、ガス拡散層基材への撥水処理の有無によって、各部位におけるガス透過性を変えるようにすれば、ガス透過性が比較的高いガス拡散層基材とガス透過性が比較的低いガス拡散層基材とを組み合わせて、アノード側ガス拡散層を構成する場合よりも、アノード側ガス拡散層を容易に製造することができる。
【００５３】
Ｅ５．変形例５：
上記実施例では、複数の燃料ガス流入流路、および、複数の燃料ガス流出流路は、それぞれ、直線状に設けられるものとしたが、本発明は、これに限られない。複数の燃料ガス流入流路、および、複数の燃料ガス流出流路は、並行に、かつ、所定の間隔を隔てて交互に配置されるように設けられればよく、これらは、それぞれ、非直線状に設けられものとしてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１００…燃料電池
１０…膜電極接合体
１２…電解質膜
１４ａ…アノード側触媒層
１４ｃ…カソード側触媒層
２０ａ，２０Ａａ，２０Ｂａ…アノード側ガス拡散層
２０ｗｒ…撥水処理部
２０ｎ…非撥水処理部
２０ｃ…カソード側ガス拡散層
３０…アノード側セパレータ
３０ｄｉ，３０ｄｏ…溝部
３０ｒ…リブ部
【図１】
2011243386.tif 000003
【図２】
2011243386.tif 000004
【図３】
2011243386.tif 000005
【図４】
2011243386.tif 000006
【図５】
2011243386.tif 000007
【図６】
2011243386.tif 000008