(57)【要約】【課題】ガス拡散層の外縁とガスシール部材の間に形成され得る隙間への反応ガスのリークを抑制しつつ、触媒層には反応ガスを充分に供給することができる、高分子電解質形燃料電池を提供することを目的とする。【解決手段】高分子電解質膜１１と、触媒層１２Ａと、枠体１６と、ガス拡散層１３Ａと、ガス拡散層１３Ａの外縁よりも外側に位置し、かつ、枠体１６の外縁よりも内側に位置するように、枠体１６の主面上に設けられたガスシール部材１７Ａと、セパレータ１８Ａと、を備え、ガス拡散層１３Ａは、第１領域３１Ａと、第１領域３１Ａよりも外方に位置し、枠体１６の内縁と重なるように設けられた第２領域３２Ａと、を有し、第２領域３２Ａの透気抵抗度が第１領域３１Ａの透気抵抗度よりも小さくなるように構成されている、高分子電解質形燃料電池。【選択図】図１
2015216045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜上に設けられた触媒層と、
前記高分子電解質膜の周縁部に設けられ、前記高分子電解質膜の周縁部と前記触媒層の周縁部を挟むように構成された枠体と、
前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、その外縁が前記枠体の内縁よりも外側に位置するように、前記触媒層及び前記枠体を覆うように設けられたガス拡散層と、
前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記ガス拡散層の外縁よりも外側に位置し、かつ、前記枠体の外縁よりも内側に位置するように、前記枠体の主面上に設けられたガスシール部材と、
その内面が前記ガス拡散層及び前記ガスシール部材と接触するように設けられたセパレータと、を備え、
前記ガス拡散層は、前記高分子電解質膜の厚み方向から見た場合に、内方に位置する第１領域と、前記第１領域よりも外方に位置し、前記枠体の内縁と重なるように設けられた第２領域と、を有し、
前記第２領域の透気抵抗度が前記第１領域の透気抵抗度よりも小さくなるように構成されている、高分子電解質形燃料電池。
【請求項２】
前記第１領域の透気抵抗度がガーレー秒数で５０秒以下であることを特徴とする、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項３】
前記第１領域の透気抵抗度がガーレー秒数で３０秒以下であることを特徴とする、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項４】
前記第２領域の透気抵抗度がガーレー秒数で５０秒より大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項５】
前記第２領域の透気抵抗度がガーレー秒数で１００秒以上であることを特徴とする、請求項４に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項６】
前記第２領域の多孔度が第１領域の多孔度よりも高いことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高分子電解質形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子電解質形燃料電池の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（例えば、高分子電解質形燃料電池）は、水素を含有する燃料ガスと空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させる装置である。
【０００３】
従来、この種の燃料電池としては、例えば、特許文献１（特開２００４−４７２３０号公報）に記載されたものが知られている。図３は、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池の概略構成を示す断面図である。図４は、図３に示す固体高分子型燃料電池を正面から見た透視図である。
【０００４】
図３及び図４に示すように、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池は、ＭＥＡ（膜−電極接合体：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１０１を一対の導電性のセパレータ１０２、１０２で挟んで構成されている。
【０００５】
ＭＥＡ１０１は、高分子電解質膜１１１と、当該高分子電解質膜１１１の両面に形成された一対の電極層１１２、１１２とで構成されている。電極層１１２は、高分子電解質膜１１１の表面に形成された触媒層１１３と、当該触媒層１１３上に形成されたガス拡散層１１４と、で構成されている。
【０００６】
また、ＭＥＡ１０１は、ハンドリング性の向上のため、その周縁部（外周領域ともいう）を額縁状に形成された補強膜１１５で保持されている。補強膜１１５の内縁部は、触媒層１１３とガス拡散層１１４との間に位置している。言い換えれば、ガス拡散層１１４は、補強膜１１５上に乗り上げるように構成されている。
【０００７】
セパレータ１０２には、反応ガス（燃料ガス又は酸化剤ガス）が供給される反応ガス流路１２１が形成されている。一方のセパレータ１０２の反応ガス流路１２１には、燃料ガスが供給されるとともに、他方のセパレータ１０２の反応ガス流路１２１には、酸化剤ガスが供給される。これにより、ＭＥＡ１０１内で電気化学反応が起こり、電力と熱とが発生する。
【０００８】
セパレータ１０２の補強膜１１５と対向する位置には、反応ガスの外部への漏出を遮断又は抑制するために、樹脂製のガスシール材１２２が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特許文献１：特開２００４−４７２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池であっても、締結時に部材がずれる、又は組立公差（±０．０５ｍｍ程度）が生じることにより、ガス拡散層１１４の外縁１１４ａとガスシール材１２２の内縁１２２ａとの間に隙間１２８（図４参照）が生じることが起こり得る。
【００１１】
そして、外縁１１４ａの外縁１１４ａとガスシール材１２２の内縁１２２ａとの間に隙間１２８が生じると、反応ガス供給マニホールド１２４から燃料電池の内部に供給された反応ガスが、反応ガス流路１２１を通らず、隙間１２８を通流して（以下、隙間１２８を通流する経路を回り込み経路１３０という）、反応ガス排出マニホールド１２６へ排出されるおそれがある。反応ガスが、回り込み経路１３０を通流すると、電極層１１２に供給される反応ガスの流量が減少し、反応ガスの利用効率が低下する。また、反応ガスが、回り込み経路１３０を通流すると、電極層１１２内で局所的に反応ガスが減少して、電圧が変動し、触媒劣化が加速される。このため、燃料電池の発電性能が低下し、また、燃料電池の耐久性が低下するおそれがある。
【００１２】
本発明は、上記従来の課題を鑑みてなされたものであり、ガス拡散層の周縁部からガス拡散層の外縁とガスシール部材の間に形成され得る隙間への反応ガスのリークを抑制しつつ、触媒層には反応ガスを充分に供給して、電池性能の低下を抑制することができる、高分子電解質形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】
【００１３】
本発明者等は、上記従来技術の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ガス拡散層の透気抵抗度がクロスリーク量に比例することを見出し、本発明を想到した。
【００１４】
すなわち、本発明に係る高分子電解質形燃料電池は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜上に設けられた触媒層と、前記高分子電解質膜の周縁部に設けられた枠体と、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、その外縁が前記枠体の内縁よりも外側に位置するように、前記触媒層及び前記枠体を覆うように設けられたガス拡散層と、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記ガス拡散層の外縁よりも外側に位置し、かつ、前記枠体の外縁よりも内側に位置するように、前記枠体の主面上に設けられたガスシール部材と、その内面が前記ガス拡散層及び前記ガスシール部材と接触するように設けられたセパレータと、を備え、前記ガス拡散層は、前記高分子電解質膜の厚み方向から見た場合に、内方に位置する第１領域と、前記第１領域よりも外方に位置し、前記枠体の内縁と重なるように設けられた第２領域と、を有し、前記第２領域の透気抵抗度が前記第１領域の透気抵抗度よりも小さくなるように構成されている。
【００１５】
これにより、ガス拡散層の周縁部からガス拡散層の外縁とガスシール部材の間に形成され得る隙間への反応ガスのリークを抑制しつつ、触媒層には反応ガスを充分に供給することができる。このため、燃料電池の性能低下を抑制し、耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る高分子電解質形燃料電池によれば、燃料電池の性能低下を抑制し、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す高分子電解質形燃料電池の正面から見た透視図である。
【図３】図３は、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池の概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は、図３に示す固体高分子型燃料電池を正面から見た透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００１９】
（実施の形態１）
本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池は、高分子電解質膜と、高分子電解質膜上に設けられた触媒層と、高分子電解質膜の周縁部に設けられた枠体と、高分子電解質膜の厚み方向から見て、その外縁が枠体の内縁よりも外側に位置するように、触媒層及び枠体を覆うように設けられたガス拡散層と、高分子電解質膜の厚み方向から見て、ガス拡散層の外縁よりも外側に位置し、かつ、枠体の外縁よりも内側に位置するように、枠体の主面上に設けられたガスシール部材と、その内面がガス拡散層及びガスシール部材と接触するように設けられたセパレータと、を備え、ガス拡散層は、高分子電解質膜の厚み方向から見て、内方に位置する第１領域と、第１領域よりも外方に位置し、枠体の内縁と重なるように設けられた第２領域と、を有し、第２領域の透気抵抗度が第１領域の透気抵抗度よりも小さくなるように構成されている。
【００２０】
以下、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池の一例について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００２１】
［高分子電解質形燃料電池の構成］
図１は、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池の概略構成を示す断面図である。図２は、図１に示す高分子電解質形燃料電池の正面から見た透視図である。なお、図２においては、一部のマニホールド孔等の記載を省略し、ガス拡散層の第１領域及び第２領域にハッチングを付している。
【００２２】
図１及び図２に示すように、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池１０は、ＭＥＡ１５、枠体１６、ガスシール部材１７Ａ，１７Ｂ、アノードセパレータ１８Ａ、及びカソードセパレータ１８Ｂを備えている、ＭＥＡ１５は、高分子電解質膜１１、アノード１４Ａ、及びカソード１４Ｂから構成されている。
【００２３】
高分子電解質膜１１は、略４角形状（ここでは、矩形状）に形成されていて、水素イオンを選択的に輸送するように構成されている。また、高分子電解質膜１１の両面には、アノード１４Ａとカソード１４Ｂが、それぞれ、配設されている。
【００２４】
アノード１４Ａは、アノード触媒層１２Ａとアノードガス拡散層１３Ａを有している。また、カソード１４Ｂは、カソード触媒層１２Ｂとカソードガス拡散層１３Ｂを有している。
【００２５】
アノード触媒層１２Ａは、高分子電解質膜１１の一方の主面に配置されていて、カソード触媒層１２Ｂは、高分子電解質膜１１の他方の主面に配置されている。具体的には、アノード触媒層１２Ａ及びカソード触媒層１２Ｂは、高分子電解質膜１１の厚み方向から見て、その外周面が、高分子電解質膜１１の外周面よりも内方に位置するように配設されている。
【００２６】
アノード触媒層１２Ａ及びカソード触媒層１２Ｂは、白金系金属触媒（電極触媒）を担持したカーボン粉末（導電性炭素粒子）からなる触媒担持カーボンと触媒担持カーボンに付着した高分子電解質を有している。なお、アノード触媒層１２Ａ及びカソード触媒層１２Ｂは、同じ構成されていてもよく、異なる構成であってもよい。
【００２７】
枠体１６は、高分子電解質膜１１の厚み方向から見て、環状に形成されていて、その外周面（外縁）と内周面（内縁）は、矩形状に形成されている。また、枠体１６は、高分子電解質膜１１の周縁部とアノード触媒層１２Ａ及びカソード触媒層１２Ｂの周縁部を挟むように構成されている。換言すると、枠体１６は、高分子電解質膜１１の厚み方向から見て、その内周面がアノード触媒層１２Ａ及びカソード触媒層１２Ｂの外周面よりも内方に位置し、その外周面が高分子電解質膜１１の外周面よりも外方に位置するように構成されている。
【００２８】
アノードガス拡散層１３Ａは、高分子電解質膜１１の厚み方向から見て、アノード触媒層１２Ａの主面と枠体１６の一方の主面を覆うように配置されている。より詳しくは、アノードガス拡散層１３Ａは、高分子電解質膜１１の厚み方向から見て、その外周面（外縁）がアノード触媒層１２Ａの外周面よりも外方に位置し、かつ、枠体１６の外周面よりも内方に位置するように配設されている。
【００２９】
同様に、カソードガス拡散層１３Ｂは、高分子電解質膜１１の厚み方向から見て、カソード触媒層１２Ｂの主面と枠体１６の他方の主面を覆うように配置されている。より詳しくは、カソードガス拡散層１３Ｂは、高分子電解質膜１１の厚み方向から見て、その外周面（外縁）がカソード触媒層１２Ｂの外周面よりも外方に位置し、かつ、枠体１６の外周面よりも内方に位置するように配設されている。
【００３０】
また、アノードガス拡散層１３Ａ及びカソードガス拡散層１３Ｂの周囲には、枠体１６を挟んで一対のガスシール部材１７Ａ，１７Ｂが配設されている。より詳しくは、ガスシール部材１７Ａ，１７Ｂは、高分子電解質膜１１の厚み方向から見て、アノードガス拡散層１３Ａ及びカソードガス拡散層１３Ｂの外周面よりも外方に位置し、かつ、枠体１６の外周面よりも内方に位置するように配設されている。そして、ガスシール部材１７Ａ，１７Ｂは、高分子電解質膜１１の厚み方向から見て、燃料ガス供給マニホールド孔４１、燃料ガス排出マニホールド孔４２等の各マニホールド孔とアノードガス拡散層１３Ａを囲むように、環状に形成されている（図２参照）。
【００３１】
また、ＭＥＡ１５、枠体１６、及びガスシール部材１７Ａ，１７Ｂを挟むように、導電性のアノードセパレータ１８Ａとカソードセパレータ１８Ｂが配設されている。これにより、ＭＥＡ１５等が機械的に固定され、複数の高分子電解質形燃料電池１０をその厚み方向に積層したときには、ＭＥＡ１５が電気的に接続される。なお、アノードセパレータ１８Ａ及びカソードセパレータ１８Ｂは、熱伝導性及び導電性に優れた金属、黒鉛、又は、黒鉛と樹脂を混合したものを使用することができ、例えば、カーボン粉末とバインダー（溶剤）との混合物を射出成形により作製したもの、または、チタン又はステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施したものを使用することができる。また、アノードセパレータ１８Ａ及びカソードセパレータ１８Ｂは、多孔質製のセパレータを使用することができる。
【００３２】
アノードセパレータ１８Ａのアノード１４Ａと接触する一方の主面には、燃料ガスが通流するための溝状の燃料ガス流路１９が設けられており、また、他方の主面には、冷却媒体が通流するための溝状の冷却媒体流路２１が設けられている。同様に、カソードセパレータ１８Ｂのカソード１４Ｂと接触する一方の主面には、酸化剤ガスが通流するための溝状の酸化剤ガス流路２０が設けられており、また、他方の主面には、冷却媒体が通流するための溝状の冷却媒体流路２１が設けられている。
【００３３】
なお、燃料ガス流路１９、酸化剤ガス流路２０、及び冷却媒体流路２１の流路の形状は任意であり、例えば、いわゆるストレート状に形成されていてもよく、サーペンタイン状に形成されていてもよく、また、渦巻状に形成されていてもよい。
【００３４】
これにより、アノード１４Ａ及びカソード１４Ｂには、それぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、これらのガスが反応して電気と熱が発生する。また、水又は不凍液（例えば、エチレングリーコール含有液）等の冷却媒体を冷却媒体流路２１に通流させることにより、発生した熱の回収が行われる。
【００３５】
なお、このように構成された高分子電解質形燃料電池１０を単電池（セル）として使用してもよく、高分子電解質形燃料電池１０を複数積層して燃料電池スタックとして使用してもよい。また、高分子電解質形燃料電池１０を積層する場合には、冷却媒体流路２１を単電池２〜３個ごとに設ける構成としてもよい。さらに、単電池間に冷却媒体流路２１を設けない場合には、２つのＭＥＡ１５に挟まれたセパレータを、一方の主面に燃料ガス流路１９を設け、他方の主面に酸化剤ガス流路２０を設けた、アノードセパレータ１８Ａとカソードセパレータ１８Ｂを兼ねるセパレータを使用してもよい。
【００３６】
［ガス拡散層の構成］
次に、アノードガス拡散層１３Ａ及びカソードガス拡散層１３Ｂの構成について、図１及び図２を参照しながら、さらに詳細に説明する。
【００３７】
図１及び図２に示すように、アノードガス拡散層１３Ａは、第１領域３１Ａと第２領域３２Ａを有している。同様に、カソードガス拡散層１３Ｂは、第１領域３１Ｂと第２領域３２Ｂを有している。アノードガス拡散層１３Ａの第２領域３２Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂの第２領域３２Ｂ）は、高分子電解質膜１１の厚み方向から見て、アノード触媒層１２Ａ（カソード触媒層１２Ｂ）の外周より内方に位置する部分（周縁部）及び枠体１６と重なるように構成されている。
【００３８】
より詳細には、アノードガス拡散層１３Ａの第２領域３２Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂの第２領域３２Ｂ）は、アノードガス拡散層１３Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂ）の外端（外周）と、該外端から内方に所定の距離Ｎ離れた部分と、の間の領域である。換言すると、アノードガス拡散層１３Ａの第２領域３２Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂの第２領域３２Ｂ）は、アノードガス拡散層１３Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂ）の外端からの幅が所定の距離Ｎである領域である。
【００３９】
所定の距離Ｎは、アノード触媒層１２Ａ及びカソード触媒層１２Ｂの劣化を抑制する観点から、５ｍｍ以下であってもよく、より好ましくは３ｍｍ以下であってもよい。また、アノードガス拡散層１３Ａの第２領域３２Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂの第２領域３２Ｂ）は、アノード触媒層１２Ａ及びカソード触媒層１２Ｂの劣化を抑制する観点から、その面積が、アノードガス拡散層１３Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂ）の面積の１／５以下であってもよく、より好ましくは１／１０以下であってもよい。
【００４０】
そして、アノードガス拡散層１３Ａの第２領域３２Ａ（カソードガス拡散層３Ｂの第２領域３２Ｂ）は、その透気抵抗度が、第１領域３１Ａ（第１領域３１Ｂ）の透気抵抗度よりも小さくなるように構成されている。
【００４１】
具体的には、アノードガス拡散層１３Ａの第２領域３２Ａ（カソードガス拡散層３Ｂの第２領域３２Ｂ）の透気抵抗度は、高分子電解質形燃料電池１０の電池性能の低下を抑制する観点から、ガーレー秒数で５０秒より大きくてもよく、１００秒以上であってもよい。一方、アノードガス拡散層１３Ａの第１領域３１Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂの第１領域３１Ｂ）の透気抵抗度は、アノード触媒層１２Ａ（カソード触媒層１２Ｂ）に反応ガスを充分に供給する観点から、ガーレー秒数で５０秒以下であってもよく、３０秒以下であってもよい。なお、透気抵抗度は、ＪＩＳ  Ｐ−８１１７に準じて、ガーレー式デンソメーターを使用して測定することができる。
【００４２】
ここで、第２領域３２Ａ（第２領域３２Ｂ）の透気抵抗度を第１領域３１Ａ（第１領域３１Ｂ）よりも小さくするには、例えば、アノードガス拡散層１３Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂ）を作成するときに、第２領域３２Ａ（第２領域３２Ｂ）の焼成温度を下げる、又は第２領域３２Ａ（第２領域３２Ｂ）にロールプレス装置により当該部分を押圧する等が挙げられる。第２領域３２Ａ（第２領域３２Ｂ）の焼成温度としては、例えば、２８０〜３００℃であってもよい、ロールプレス装置で押圧する荷重としては、例えば、線圧が０．２〜０．３Ｎ／ｍであってもよい。
【００４３】
また、アノードガス拡散層１３Ａの第２領域３２Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂの第２領域３２Ｂ）の多孔度が、第１領域３１Ａ（第１領域３１Ｂ）の多孔度よりも大きくなるように構成されていてもよい。
【００４４】
具体的には、アノードガス拡散層１３Ａの第２領域３２Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂの第２領域３２Ｂ）の多孔度は、４５％以下であってもよく、３０％以下であってもよく、２０％以下であってもよく、１０％以下であってもよい。また、アノードガス拡散層１３Ａの第１領域３１Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂの第１領域３１Ｂ）の多孔度は、アノード触媒層１２Ａ（カソード触媒層１２Ｂ）への反応ガスの供給を充分に行う観点から、５０％以上であることが好ましい。また、アノードガス拡散層１３Ａの第１領域３１Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂの第１領域３１Ｂ）の多孔度は、生成水等の水をガス拡散層に保持させる観点から、７０％以下であることが好ましい。
【００４５】
アノードガス拡散層１３Ａ及びカソードガス拡散層１３Ｂを構成する材料としては、特に限定されることなく、当該分野で公知のものを使用することができ、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパー等の導電性多孔質基材を用いることができる。また、この導電性多孔質基材には、従来公知の方法で撥水処理を施しても構わない。
【００４６】
また、アノードガス拡散層１３Ａ及びカソードガス拡散層１３Ｂは、従来の燃料電池におけるガス拡散層で使用されている樹脂を含浸した炭素繊維の基材を用いずに、バインダー樹脂と導電性粒子とを含むシートで構成してもよい。
【００４７】
バインダー樹脂としては、例えば、フッ素樹脂が挙げられ、導電性粒子としては、例えば、カーボンからなる粒子が挙げられる。フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等が挙げられ、耐熱性、撥水性、耐薬品性の観点からＰＴＦＥが好ましい。ＰＴＦＥの原料としては、ディスパージョン及び粉末状の形状があげられるが、ディスパージョンが、作業性の点から好ましい。
【００４８】
また、カーボン材料としては、グラファイト、カーボンブラック、活性炭等が挙げられ、これらの材料を単独で使用してもよく、また、複数の材料を組み合わせて使用してもよい。また、上記カーボン材料の原料形態としては、粉末状、繊維状、粒状等のいずれの形状でもよい。
【００４９】
そして、アノードガス拡散層１３Ａ及びカソードガス拡散層１３Ｂには、バインダーとしての機能を奏させる観点から、バインダー樹脂が、５重量％以上含まれていることが好ましく、アノードガス拡散層１３Ａ又はカソードガス拡散層１３Ｂを均一な厚さにするための圧延プロセス時の条件を簡易にする観点から、５０重量％以下で含まれていることが好ましい。また、上記と同様の観点から、１０〜３０重量％の量で含まれていることがより好ましい。
【００５０】
なお、アノードガス拡散層１３Ａ又はカソードガス拡散層１３Ｂには、バインダー樹脂及び導電性粒子以外に、分散溶媒、界面活性剤等が含まれていてもよい。分散溶媒としては、水、メタノール又はエタノール等のアルコール類、エチレングリコール等のグリコール類が挙げられる。また、界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等のノニオン系、アルキルアミンオキシド等の両性イオン系が挙げられる。また、分散溶媒量、界面活性剤量は、アノードガス拡散層１３Ａ又はカソードガス拡散層１３Ｂを構成する導電性粒子の材料（カーボン材料）、バインダー樹脂（フッ素樹脂）の種類、バインダー樹脂（フッ素樹脂）と導電性粒子（カーボン）の配合比等により適宜選択可能である。一般的には、分散溶媒量、界面活性剤量が多いほど、バインダー樹脂（フッ素樹脂）と導電性粒子（カーボン）が均一分散しやすいが、流動性が高くなり、シート化が難しくなる傾向がある。
【００５１】
ここで、アノードガス拡散層１３Ａ及びカソードガス拡散層１３Ｂを形成するシートの製造方法について説明する。
【００５２】
シートは、バインダー樹脂と導電性粒子とを含む混合物を混練して、押出し、圧延してから、焼成することにより製造する。具体的には、導電性粒子であるカーボンと分散溶媒、界面活性剤を攪拌・混錬機に投入後、混錬して粉砕・造粒して、カーボンを分散溶媒中に分散させる。ついで、バインダー樹脂であるフッ素樹脂をさらに攪拌・混錬機に投下して、攪拌及び混錬して、カーボンとフッ素樹脂を分散する。得られた混錬物を圧延してシートを形成し、焼成して分散溶媒、界面活性剤を除去することでアノードガス拡散層１３Ａ及びカソードガス拡散層１３Ｂを形成するシートが製造される。なお、界面活性剤は、導電性粒子の材料（カーボン材料）、分散溶媒の種類により適宜選択でき、また、界面活性剤を使用しなくてもよい。
【００５３】
なお、このようにして製造されたアノードガス拡散層１３Ａ及びカソードガス拡散層１３Ｂは、従来の燃料電池におけるガス拡散層で使用されている樹脂を含浸した炭素繊維の基材よりも多孔度が低いものの、反応ガス（酸化剤ガス）が、充分に移動できる程度の多孔度となるように構成されている。このため、上記製造方法で製造されたアノードガス拡散層１３Ａ及びカソードガス拡散層１３Ｂであっても、ガス拡散層としての役割を充分に果たす。
【００５４】
［高分子電解質形燃料電池の作用効果］
上述したように、高分子電解質形燃料電池１０の締結時に部材がずれる等により、アノードガス拡散層１３Ａ（カソードガス拡散層１３Ｂ）とガスシール部材１７Ａ（ガスシール部材１７Ｂ）との間に隙間４０が生じるおそれがある（図２参照）。
【００５５】
しかしながら、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池１０では、アノードガス拡散層１３Ａにおける第２領域３２Ａの透気抵抗度が、第１領域３１Ａの透気抵抗度よりも小さくなるように構成することで、第２領域３２Ａから隙間４０への燃料ガスのリークが抑制される。このため、隙間４０にリークされた燃料ガスが該隙間４０を通流して、アノード触媒層１２Ａでの反応に寄与せずに燃料ガス排出マニホールド孔４２に排出されることが抑制される。これにより、アノード触媒層１２Ａに燃料ガスが充分に供給され、高分子電解質形燃料電池１０の電池性能の低下を抑制することができる。
【００５６】
同様に、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池１０では、カソードガス拡散層１３Ｂにおける第２領域３２Ｂの透気抵抗度が、第１領域３１Ｂの透気抵抗度よりも小さくなるように構成することで、第２領域３２Ｂから隙間４０への酸化剤ガスのリークが抑制される。このため、隙間４０にリークされた酸化剤ガスが該隙間４０を通流して、カソード触媒層１２Ｂでの反応に寄与せずに酸化剤ガス排出マニホールド孔に排出されることが抑制される。これにより、カソード触媒層１２Ｂに酸化剤ガスが充分に供給され、高分子電解質形燃料電池１０の電池性能の低下を抑制することができる。
【００５７】
なお、本実施の形態１においては、アノードガス拡散層１３Ａの第２領域３２Ａ及びカソードガス拡散層１３Ｂの第２領域３２Ａの両方の透気抵抗度を、それぞれ、第１領域３１Ａ及び第１領域３１Ｂの透気抵抗度よりも小さくする形態を採用したが、これに限定されない。アノードガス拡散層１３Ａの第２領域３２Ａ及びカソードガス拡散層１３Ｂの第２領域３２Ｂのいずれか一方の第２領域の透気抵抗度を、第１領域の透気抵抗度よりも小さくする形態を採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る高分子電解質形燃料電池は、燃料電池の性能低下を抑制し、耐久性を向上させることができるため、燃料電池の分野で有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  高分子電解質形燃料電池
１１  高分子電解質膜
１２Ａ  アノード触媒層
１２Ｂ  カソード触媒層
１３Ａ  アノードガス拡散層
１３Ｂ  カソードガス拡散層
１４Ａ  アノード
１４Ｂ  カソード
１５  ＭＥＡ
１６  枠体
１７Ａ  ガスシール部材
１７Ｂ  ガスシール部材
１８Ａ  アノードセパレータ
１８Ｂ  カソードセパレータ
１９  燃料ガス流路
２０  酸化剤ガス流路
２１  冷却媒体流路
３１Ａ  第１領域
３１Ｂ  第１領域
３２Ａ  第２領域
３２Ｂ  第２領域
４０  隙間
４１  燃料ガス供給マニホールド孔
４２  燃料ガス排出マニホールド孔
１０１  ＭＥＡ
１０２  セパレータ
１１１  高分子電解質膜
１１２  電極層
１１３  触媒層
１１４  ガス拡散層
１１４ａ  外縁
１１５  補強膜
１２１  反応ガス流路
１２２  ガスシール材
１２２ａ  内縁
１２４  反応ガス供給マニホールド
１２６  反応ガス排出マニホールド
１２８  隙間
１３０  回り込み経路
【図１】
2015216045.tif 000003
【図２】
2015216045.tif 000004
【図３】
2015216045.tif 000005
【図４】
2015216045.tif 000006