(57)【要約】【課題】良好な生産性を有しかつほつれが防止される金属多孔体の製造方法、および高分子電解質膜の損傷が抑制される燃料電池を提供する。【解決手段】高分子電解質膜とセパレータとの間に配置される金属多孔体の製造方法であって、接触面積増加工程および線間接合工程を有する。接触面積増加工程においては、複数の線材を織って形成された金属多孔体素材における線間の接触面積が増加させられる。線間接合工程においては、接触面積増加工程の後において、拡散接合により線間の接触面が接合される。【選択図】図５
2015228338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜とセパレータとの間に配置される金属多孔体の製造方法であって、
複数の線材を織って形成された金属多孔体素材における線間の接触面積を増加させる接触面積増加工程と、
前記接触面積増加工程の後において、拡散接合により前記線間の接触面を接合する線間接合工程と、
を有することを特徴とする金属多孔体の製造方法。
【請求項２】
前記線間接合工程は、減圧下で実施されることを特徴とする請求項１に記載の金属多孔体の製造方法。
【請求項３】
前記線間接合工程は、不活性ガス中で実施されることを特徴とする請求項１に記載の金属多孔体の製造方法。
【請求項４】
前記線間接合工程は、還元雰囲気下で実施されることを特徴とする請求項１に記載の金属多孔体の製造方法。
【請求項５】
前記接触面積増加工程においては、圧延によって線間の接触面積を増加させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属多孔体の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属多孔体の製造方法によって製造された金属多孔体を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
前記金属多孔体は、ガス拡散層に適用されることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用金属多孔体の製造方法および燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の単セルに配置されるガス拡散層として、線材を組み合わせて構成された金属多孔体が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、線材を組み合わせて構成されたガス拡散層は、線材のほつれが生じると、離脱した線材により、ガス拡散層に隣接して配置される高分子電解質膜に、膜破れ等の損傷を引き起こす要因となるため、線材のほつれが生じ易い部位、例えば、切断加工が施された端部を溶接している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開０３／０８１７００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、溶接工数の増加により、生産性を向上させることが困難である問題を有する。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な生産性を有しかつほつれが防止される燃料電池用金属多孔体の製造方法、および高分子電解質膜の損傷が抑制される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】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の一様相は、高分子電解質膜とセパレータとの間に配置される金属多孔体の製造方法であり、接触面積増加工程および線間接合工程を有する。前記接触面積増加工程においては、複数の線材を織って形成された金属多孔体素材における線間の接触面積が増加させられる。前記線間接合工程においては、前記接触面積増加工程の後において、拡散接合により前記線間の接触面が接合される。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の別の様相は、前記製造方法によって製造された金属多孔体を有することを特徴とする燃料電池である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一様相によれば、金属多孔体素材は、複数の線材を織って形成されており、応力が残留しており（残留応力を有し）、かつ、線間の接触面積を増加させた後で、拡散接合による線間接合が実施されるため、確実強固に接合される。そのため、例えば、線材のほつれが生じ易い部位を溶接する工程が不要である。したがって、良好な生産性を有しかつほつれが防止される燃料電池用金属多孔体の製造方法を提供することができる。
【００１０】
本発明の別の様相によれば、燃料電池が有する燃料電池用金属多孔体は、ほつれが防止されているため、隣接して配置される高分子電解質膜の膜破れ等の損傷が抑制される。つまり、高分子電解質膜の損傷が抑制される燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池を説明するための分解斜視図である。
【図２】図１に示される単セルを説明するための断面図である。
【図３】図２に示される金属多孔体を説明するための平面図である。
【図４】図２に示される金属多孔体を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る金属多孔体の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】図５に示される接触面積増加工程を説明するための概略図である。
【図７】図５に示される線間接合工程を説明するための概略図である。
【図８】比較例を説明するための断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る変形例２を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る変形例３を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る変形例４を説明するための断面図である。
【図１３】変形例４に係る金属多孔体の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１３に示される防食処理工程を説明するための概略図である。
【図１５】図１３に示される撥水処理工程を説明するための概略図である。
【図１６】図１３に示されるＭＰＬ接合工程を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池を説明するための分解斜視図である。
【００１４】
本実施の形態に係る燃料電池１００は、例えば、水素を燃料とする固体高分子形燃料電池からなり、電源として利用される。固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）は、小型化、高出力密度化および高出力化が可能であり、搭載スペースが限定される車両などの移動体の駆動用電源としての適用が好ましく、特に、システムの起動および停止や出力変動が頻繁に発生する自動車用途が特に好ましい。この場合、自動車（燃料電池車）の車体中央部の座席下、後部トランクルームの下部、車両前方のエンジンルームに搭載することが可能である。車内空間およびトランクルームを広く取る観点からは、座席下の搭載が好ましい。
【００１５】
燃料電池１００は、図１に示されるように、スタック部１１０、締結板１３０、補強板１３５、集電板１４０、スペーサ１４５、エンドプレート１５０およびボルト１５５を有する。
【００１６】
スタック部１１０は、単セル１２０の積層体から構成される。単セル１２０は、後述するように、膜電極接合体（ＭＥＡ：ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）、セパレータおよび金属多孔体を有する。
【００１７】
締結板１３０は、スタック部１１０の底面および上面に配置され、補強板１３５は、スタック部１１０の両側に配置される。締結板１３０および補強板１３５は、スタック部１１０の周囲を取り囲むケーシングを構成している。
【００１８】
集電板１４０は、緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材から形成され、スタック部１１０で生じた起電力を出力するための出力端子が設けられており、単セル１２０の積層方向の両端（スタック部１１０の正面および背面）に配置される。スペーサ１４５は、スタック部１１０の背面に配置される集電板１４０の外側に配置される。
【００１９】
エンドプレート１５０は、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料から形成され、スタック部１１０の正面に配置される集電板１４０の外側と、スペーサ１４５の外側とに配置される。エンドプレート１５０は、燃料ガス（水素）、酸化剤ガス（酸素）および冷媒（冷却水）を流通させるために、燃料ガス導入口、燃料ガス排出口、酸化剤ガス導入口、酸化剤ガス排出口、冷却水導入口および冷却水排出口を有する。
【００２０】
ボルト１５５は、エンドプレート１５０、締結板１３０および補強板１３５を締結し、その締結力を単セル１２０の積層方向に作用させることで、内部に位置するスタック部１１０を押し圧状態に保持するために使用される。ボルト１５５の本数およびボルト孔の位置は、適宜変更することが可能である。締結機構は、螺合に限定されず、他の手段を適用することも可能である。
【００２１】
次に、単セル１２０を説明する。
【００２２】
図２は、図１に示される単セルを説明するための断面図、図３および図４は、図２に示される金属多孔体を説明するための平面図および断面図である。
【００２３】
単セル１２０は、図２に示されるように、膜電極接合体４０およびセパレータ５０，５５を有する。膜電極接合体４０は、高分子電解質膜２０、電極（カソード）として機能する触媒層３０、電極（アノード）として機能する触媒層３５、および、金属多孔体１０を有する。
【００２４】
金属多孔体１０は、図３に示されるように、複数の金属製の線材１２を織って形成された金網からなり、また、図４に示されるように、表面が平滑化されており、線間接合部１４を有する。線間接合部１４は、後述されるように、圧延によって線間の接触面積を増加させた後で、接合面に生じる原子の拡散を利用した拡散接合を適用することによって形成され、線材１２は確実強固に接合されており、ほつれが防止されている。なお、符号１６は、接触面積増加工程における圧延方向Ｆと直交する幅方向Ｗに関する端部であって切断加工が施された端部（切断端部）１６を示しており、符号１８は、切断端部１６間に位置する中間部を示している。
【００２５】
線材１２は、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼鈑から構成される。線材１２の織り方（編み方）は、特に限定されず、例えば、平織、綾織、平畳織、綾畳織を適用することも可能である。
【００２６】
金属多孔体１０は、本実施の形態においてガス拡散層として利用され、セパレータ５０と触媒層３０との間およびセパレータ５５と触媒層３５との間に配置され、触媒層３０，３５にガスを供給する機能を有する。セパレータ５０と触媒層３０との間に位置している金属多孔体１０は、アノード側に供給される燃料ガスを分散させるためのアノードガス拡散層であり、セパレータ５５と触媒層３５との間に位置している金属多孔体１０は、カソード側に供給される酸化剤ガスを分散させるためのカソードガス拡散層である。金属多孔体１０のメッシュは、ガスの供給性およびセル電圧の観点から、１００以上であることが好ましく、１００〜５００であることがより好ましい。
【００２７】
本実施の形態においては、金属多孔体１０は、複数の金属製線材１２を織って形成された金網からなり、良好な強度を有するため、薄くしても、ガス拡散層としての機能を確保することが可能である。つまり、ガス拡散層を薄くすることが容易である。
【００２８】
触媒層３０は、触媒成分と、触媒成分を担持する導電性の触媒担体と、高分子電解質とを含んでおり、水素の酸化反応が進行するアノード触媒層であり、高分子電解質膜２０の一方の側に配置される。触媒層３５は、触媒成分と、触媒成分を担持する導電性の触媒担体と、高分子電解質とを含んでおり、酸素の還元反応が進行するカソード触媒層であり、高分子電解質膜２０の他方の側に配置される。
【００２９】
高分子電解質膜２０は、アノード触媒層３０で生成したプロトンをカソード触媒層３５へ選択的に透過させる機能およびアノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能を有する。
【００３０】
なお、金属多孔体１０は、ほつれが防止されているため、隣接して配置される高分子電解質膜２０の膜破れ等の損傷が抑制される。したがって、高分子電解質膜２０の損傷が抑制される燃料電池１００を提供することができる。
【００３１】
セパレータ５０，５５は、単セルを電気的に直列接続する機能と、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒を互いに遮断する隔壁としての機能と、を有し、膜電極接合体４０と略同一形状であり、例えば、ステンレス鋼鈑にプレス加工を施すことで形成される。ステンレス鋼鈑は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましく、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。
【００３２】
セパレータ５０は、膜電極接合体４０のアノード側に配置されるアノードセパレータであり、触媒層３０に相対し、膜電極接合体４０とセパレータ５０との間に位置するガス流路５３を構成するリブ部５２と、水素通過用、酸素通過用および冷却水通過用にそれぞれ設けられるマニホールド穴（不図示）とを有する。ガス流路５３は、燃料ガスを触媒層３０に供給するために利用される。
【００３３】
セパレータ５５は、膜電極接合体４０のカソード側に配置されるカソードセパレータであり、触媒層３５に相対し、膜電極接合体４０とセパレータ５５との間に位置するガス流路５８を構成するリブ部５７と、水素通過用、酸素通過用および冷却水通過用にそれぞれ設けられるマニホールド穴（不図示）とを有する。ガス流路５８は、酸化剤ガスを触媒層３５に供給するために利用される。
【００３４】
次に、高分子電解質膜２０、触媒層３０，３５およびセパレータ５０，５５の材質等について詳述する。
【００３５】
高分子電解質膜２０は、パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系高分子電解質膜、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂膜、リン酸やイオン性液体等の電解質成分を含浸した多孔質状の膜を、適用することが可能である。パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーは、例えば、ナフィオン（登録商標、デュポン株式会社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成株式会社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子株式会社製）、Ｇｏｒｅ  ｓｅｌｅｃｔシリーズ（登録商標、日本ゴア株式会社）等である。多孔質状の膜は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）から形成される。
【００３６】
高分子電解質膜２０の厚みは、特に限定されないが、強度、耐久性および出力特性の観点から５μｍ〜３００μｍが好ましく、より好ましくは１０〜２００μｍである。
【００３７】
アノード触媒層３０に用いられる触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。カソード触媒層３５に用いられる触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。
【００３８】
具体的な触媒成分は、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等から選択される。触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましい。カソード触媒層およびアノード触媒層に適用される触媒成分は、同一である必要はなく、適宜選択することが可能である。なお、貴金属を含まない触媒を適用することも可能である。
【００３９】
触媒層３０，３５に用いられる触媒の導電性担体は、触媒成分を所望の分散状態で担持するための比表面積および集電体として十分な電子導電性を有しておれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であるのが好ましい。カーボン粒子は、例えば、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛から構成される。
【００４０】
触媒層３０，３５に用いられる高分子電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する材料であれば、特に限定されず、例えば、ポリマー骨格の全部または一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質や、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質が適用可能である。触媒層３０，３５に用いられる高分子電解質は、高分子電解質膜２０に用いられる高分子電解質と同一であっても異なっていてもよいが、高分子電解質膜２０に対する触媒層３０，３５の密着性を向上させる観点から、同一であることが好ましい。
【００４１】
セパレータ５０，５５は、ステンレス鋼鈑から構成する形態に限定されず、ステンレス鋼鈑以外の金属材料や、カーボンを適用することも可能である。例えば、ステンレス鋼鈑以外の金属材料は、アルミニウム板やクラッド材であり、カーボンは、緻密カーボングラファイトや炭素板である。
【００４２】
次に、金属多孔体１０の製造方法を説明する。
【００４３】
図５は、本発明の実施の形態に係る金属多孔体の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００４４】
金属多孔体１０の製造方法は、図５に示されるように、予備裁断工程、接触面積増加工程、線間接合工程および最終裁断工程を有する。
【００４５】
予備裁断工程においては、複数の線材を織って形成された金網を円筒状に巻いて構成された幅広のコイル材が、裁断され、所定の幅の金属多孔体素材１０Ａのコイル材が用意される。
【００４６】
接触面積増加工程においては、金属多孔体素材１０Ａにおける線間の接触面積が増加させられる。
【００４７】
線間接合工程においては、接触面積増加工程の後において、線間の接触面が拡散接合により接合される。
【００４８】
最終裁断工程においては、例えば、シャー加工によって金属多孔体素材１０Ａが裁断され、所定形状の金属多孔体１０が得られる。なお、製造された金属多孔体１０は、膜電極接合体４０の触媒層３０，３５とセパレータ５０，５５との間に配置され、燃料電池１００を構成することになる。
【００４９】
本実施の形態においては、上記のように、金属多孔体素材は、複数の線材を織って形成されており、応力が残留しており（残留応力を有し）、かつ、線間の接触面積を増加させた後で、拡散接合による線間接合が実施されるため、確実強固に接合される。そのため、例えば、線材のほつれが生じ易い部位を溶接する工程が不要である。したがって、良好な生産性を有しかつほつれが防止される燃料電池用金属多孔体を製造することが可能である。
【００５０】
次に、接触面積増加工程および線間接合工程を詳述する。
【００５１】
図６および図７は、図５に示される接触面積増加工程および線間接合工程を説明するための概略図、図８は、比較例を説明するための断面図である。
【００５２】
接触面積増加工程においては、図６に示されるように、金属多孔体素材１０Ａは、圧延ローラ（ワークローラ）７０，７１の間を通過する際に圧延され、これにより線間の接触面積が増加させられる。圧延は、金属多孔体素材１０Ａの表面の凹凸を低減し、発電領域（アクティブエリア）に接する領域を平滑化する作用を有するため、好ましい。
【００５３】
なお、圧延ローラ７０，７１は、金属多孔体素材１０Ａと接触する面積を小さくし、単位面積あたりの荷重が高くするため、小径化され、かつ、圧延ローラ７０，７１を支持するバックアップローラ７３，７４が設けられている。つまり、圧延ローラ７０，７１は小径であり、高荷重下での圧延時に変形して幅方向の厚みを制御するのが困難となる（圧延ローラ７０，７１がたわんで金属多孔体素材１０Ａの端部と中間部の厚みに差が生じる）可能性があるため、バックアップローラ７３，７４を配置して、圧延ローラ７０，７１の変形を抑制している。
【００５４】
線間接合工程においては、図７に示されるように、金属多孔体素材１０Ａは、加圧プレート７５，７６の間に配置され、かつ、ヒータ７８，７９によって加熱され、金属多孔体素材１０Ａにおける線間の接触面が拡散接合される。この際、金属多孔体素材１０Ａは、融点以下の温度条件で、塑性変形をできるだけ生じない程度に圧力が付加（加重）される。なお、金属多孔体素材１０Ａは、金網であり、応力が残留しているため（残留応力を有するため）、拡散接合のための圧力を低減することが可能である。また、金網を構成する線材１２がＳＵＳ３１６Ｌから構成される場合、拡散接合時の温度は、例えば、７００〜８５０℃である。ヒータ７８，７９は、例えば、赤外線ヒータである。
【００５５】
金属多孔体素材１０Ａは、応力が残留しており（残留応力を有し）、かつ、線間の接触面積を増加させた後で、拡散接合による線間接合が実施されるため、線間の接合面積が増加し（全面に渡って線間接合部１４が形成され）、確実強固に接合される（図４参照）。なお、線間接合工程の後で圧延する場合、線間の接合面積（接触面積）の増加を引き起こさないため、図８に示される比較例のように、線間は接合されているが、線間の接合面積が小さく、線間未接合部１５が介在しているため、接合強度が相対的に弱くなることになる。
【００５６】
次に、本発明の実施の形態に係る変形例１〜４を順次説明する。
【００５７】
図９、図１０および図１１は、本発明の実施の形態に係る変形例１、変形例２および変形例３を説明するための断面図である。
【００５８】
線間接合工程は、大気圧下（開放状態）で実施する形態に限定されず、図９に示されるように減圧下で実施したり、図１０に示されるように不活性ガス中で実施したり、図１１に示されるように還元雰囲気下で実施したり、することも可能である。
【００５９】
減圧下あるいは不活性ガス中での実施は、表面酸化膜の生成が抑制されるため、線間接合を迅速に実行することが可能である。不活性ガスは、例えば、窒素ガスやアルゴンガスである。還元雰囲気下での実施は、表面酸化膜が除去されるため、線間接合を迅速に実行することが可能である。還元雰囲気は、例えば、水素ガスによって形成される。
【００６０】
図１２は、本発明の実施の形態に係る変形例４を説明するための断面図である。
【００６１】
金属多孔体１０は、例えば、電子伝導性、耐久性あるいは撥水性を向上させるため、各種被膜をさらに形成することも可能である。例えば、変形例４に係る金属多孔体１０は、図１２に示されるように、中間層６０、硬質炭素皮膜層６２、撥水層６４およびマイクロポーラス層（ＭＰＬ）６６をさらに有する。
【００６２】
中間層６０は、例えば、クロム（Ｃｒ）から構成され、線材１２（金属多孔体１０）と硬質炭素皮膜６２との密着性を向上させる機能、および線材１２（金属多孔体１０）からのイオンの溶出を防止する機能を有する。
【００６３】
硬質炭素皮膜層６２は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ；Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）から構成される導電性層であり、電子伝導性の向上や、腐食の抑制および防止による耐久性の向上を図られる。また、硬質炭素皮膜層６２は、金や白金等の貴金属からなる導電性層に比較し、安価に形成することが可能であるため、好ましい。
【００６４】
撥水層６４は、撥水剤から構成される。これにより、撥水性が向上し、製造された金属多孔体１０の網目部における水の滞留を減少させ、水によるガス供給の阻害やフラッディングを抑制し、触媒層３０，３５に対するガスの安定供給を確実とし、セル電圧の急激な低下を抑えて、セル電圧を安定させる。
【００６５】
マイクロポーラス層６６は、撥水剤を含むカーボン粒子の集合体からなるカーボン粒子層から構成され、撥水性のさらなる向上が図られる。マイクロポーラス層に含まれるカーボン粒子は、特に限定されず、例えば、カーボンブラック、グラファイト、膨張黒鉛である。カーボンブラッは、オイルファーネスブラック、チャネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック等であり、電子伝導性に優れ、比表面積が大きいため、好ましい。マイクロポーラス層に含まれる撥水剤は、上述した撥水剤と同様のものが適用可能であり、フッ素系の高分子材料は、撥水性、電極反応時の耐食性に優れるため、好ましい。
【００６６】
図１３は、変形例４に係る金属多孔体の製造方法を説明するためのフローチャート、図１４、図１５および図１６は、図１３に示される防食処理工程、撥水処理工程およびＭＰＬ接合工程を説明するための概略図である。
【００６７】
変形例４に係る金属多孔体１０の製造方法は、図１３に示されるように、予備裁断工程、接触面積増加工程、線間接合工程、防食処理工程、撥水処理工程、ＭＰＬ接合工程および最終裁断工程を有する。予備裁断工程、接触面積増加工程、線間接合工程および最終裁断工程の説明は、重複を避けるため、省略する。
【００６８】
防食処理工程は、中間層６０および硬質炭素皮膜層６２を形成し、腐食を抑制および防止して、単セルの耐久性を向上させるために設けられており、図１４に示されるように、酸化皮膜除去工程、中間層形成工程、および硬質炭素皮膜形成工程に細分化される。
【００６９】
酸化皮膜除去工程においては、例えば、イオンボンバードメント処理によって、金属多孔体素材１０Ａの表面に形成されている酸化皮膜が除去される。イオンボンバードメント処理は、高周波プラズマによってＡｒ（アルゴン）ガスをイオン化し、金属多孔体素材１０Ａの表面に衝突させるプラズマ処理である。
【００７０】
酸化皮膜除去工程（防食処理工程）に投入される金属多孔体素材１０Ａの表面は、必要に応じ、例えば、適当な溶媒を用いて予め脱脂および洗浄されている。溶媒は、エタノール、エーテル、アセトン、イソプロピルアルコール、トリクロロエチレン等である。金属多孔体素材１０Ａの表面から除去される汚れは、例えば、金属多孔体素材１０Ａを構成する線材を編む際に塗布された潤滑剤の残留物である。
【００７１】
中間層形成工程においては、金属多孔体素材１０Ａの露出している表面に、例えば、スパッタリング処理によって中間層６０が形成される。中間層６０を構成する材料は、例えば、クロム（Ｃｒ）である。
【００７２】
硬質炭素皮膜形成工程においては、例えば、スパッタリング処理によって、中間層表面上に炭素を含む層を原子レベルで積層することにより、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ；Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）からなる硬質炭素皮膜層６２が形成される。これにより、硬質炭素皮膜層６２と中間層６０と金属多孔体素材１０Ａとの界面およびその近傍は、分子間力や僅かな炭素原子の進入によって、長期間にわたって密着性が保持される。必要に応じ、中間層６０を省略し、金属多孔体素材１０Ａの露出している表面に、硬質炭素皮膜層６２を直接形成することも可能である。
【００７３】
撥水処理工程は、撥水層６４を形成し、撥水性が向上させるために設けられており、図１５に示されるように、浸漬工程および乾燥工程に細分化される。
【００７４】
浸漬工程においては、タンク８１に収容されている溶液８０に、金属多孔体素材１０Ａが浸漬され、そして、取り出された後で１対のローラ８２，８３の間を通過する。
【００７５】
溶液８０は、撥水層を構成する撥水剤と、界面活性剤と、水とが混合された水分散溶液であり、金属多孔体素材１０Ａが浸漬されて取り出されることで、溶液８０がコーティングされる。ローラ８２，８３は、例えば、微細な気孔が表面に形成されている吸水ローラからなり、金属多孔体素材１０Ａが通過することで、液切りされ、過剰に付着している溶液８０が除去される。浸漬塗装は、構成およびプロセスが簡単であるため、好ましい。
【００７６】
撥水剤は、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ポリヘキサフルオロプロピレン、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（ＦＥＰ）などのフッ素系の高分子材料、ポリプロピレン、ポリエチレンである。ＦＥＰは、フッ素樹脂として比較的低い融点を有するため、後続の乾燥工程における乾燥の温度として、比較的低い温度を適用することが可能であるため好ましい。
【００７７】
界面活性剤は、フッ素樹脂を水に分散するために添加されており、これにより、フッ素樹脂が有機溶剤に分散されている場合に比較し、環境対策コストを低減することが可能である。なお、水および界面活性剤は、溶液８０に含まれかつ撥水層を構成しない揮発性成分である。
【００７８】
界面活性剤は、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、およびカチオン性界面活性剤を、適宜適用することが可能である。アニオン性界面活性剤は、高級アルコールの硫酸エステルのナトリウム塩、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ジアルキルスクシネートスルホン酸のナトリウム塩、アルキルジフェニルエーテルスルホン酸のナトリウム塩等である。非イオン性界面活性剤は、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル等である。両性界面活性剤は、ラウリルベタイン等である。カチオン性界面活性剤は、アルキルピリジニウムクロリド、アルキルアンモニウムクロリド等である。
【００７９】
乾燥工程においては、金属多孔体素材１０Ａが熱処理炉８４，８５に導入され、ヒータ８６，８７によって加熱されて、乾燥される。これにより、金属多孔体素材１０Ａにコーティングされた溶液８０中の水分および界面活性剤が除去され、そして、残留している非揮発性成分であるフッ素樹脂（撥水剤）によって撥水層が構成される。ヒータ８６，８７は、例えば、赤外線ヒータである。
【００８０】
溶液８０のコーティングは、浸漬塗装を利用する形態に限定されない。また、必要に応じて、フッ素樹脂を有機溶剤に分散させることで、界面活性剤の添加を適宜省略することも可能である。
【００８１】
ＭＰＬ接合工程は、マイクロポーラス層６６を形成し、撥水性をさらに向上させるために設けられており、図１６に示されるように、塗布工程および乾燥工程に細分化される。
【００８２】
塗布工程においては、例えば、マイクロポーラス層６６を構成することとなるインクが、スプレーノズル９０を利用して金属多孔体素材１０Ａに塗布される。インクの塗布方法は、特に制限されず、ナイフコーター、スピンコーターを適用することも可能である。
【００８３】
乾燥工程においては、金属多孔体素材１０Ａが熱処理炉９１，９２に導入され、ヒータ９３，９４によって加熱されて、乾燥される。これにより、金属多孔体素材１０Ａに塗布されているインク中の揮発性成分が除去され、そして、残留している非揮発性成分である撥水剤およびカーボン粒子によってカーボン粒子層が構成される。ヒータ９３，９４は、例えば、赤外線ヒータである。また、熱処理炉９１，９２における乾燥の前に、相対的に低い温度で予備乾燥することも好ましい。なお、シート状のマイクロポーラス層を、金属多孔体素材１０Ａに直接貼り合わせて、接合することも可能である。
【００８４】
以上のように本実施の形態に係る金属多孔体の製造方法においては、金属多孔体素材は、複数の線材を織って形成されており、応力が残留しており（残留応力を有し）、かつ、線間の接触面積を増加させた後で、拡散接合による線間接合が実施されるため、確実強固に接合される。そのため、例えば、線材のほつれが生じ易い部位を溶接する工程が不要である。したがって、良好な生産性を有しかつほつれが防止される燃料電池用金属多孔体の製造方法を提供することができる。
【００８５】
線間接合工程は、減圧下で実施したり、不活性ガス中で実施したり、還元雰囲気下で実施したり、することも可能である。減圧下あるいは不活性ガス中での実施は、表面酸化膜の生成が抑制されるため、線間接合を迅速に実行することが可能である。還元雰囲気下での実施は、表面酸化膜が除去されるため、線間接合を迅速に実行することが可能である。
【００８６】
線間の接触面積は、圧延によって増加させることが可能である。この場合、金属多孔体素材１０Ａの表面の凹凸を低減し、発電領域（アクティブエリア）に接する領域が平滑化される。
【００８７】
また、本実施の形態に係る燃料電池においては、燃料電池が有する燃料電池用金属多孔体は、ほつれが防止されているため、隣接して配置される高分子電解質膜の損傷（例えば、膜破れ）が抑制される。つまり、高分子電解質膜の損傷が抑制される燃料電池を提供することができる。
【００８８】
金属多孔体は、複数の金属製線材１２を織って形成された金網からなり、良好な強度を有するため、薄くしても、ガス拡散層としての機能を確保することが可能であり、ガス拡散層を薄くすることが容易である。
【００８９】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１０  金属多孔体（ガス拡散層）、
１０Ａ  金属多孔体素材、
１２  線材、
１４  線間接合部、
１５  線間未接合部、
１６  切断端部、
１８  中間部、
２０  高分子電解質膜、
３０，３５  触媒層、
４０  膜電極接合体、
５０，５５  セパレータ、
５２，５７  リブ部、
５３，５８  ガス流路、
６０  中間層、
６２  硬質炭素皮膜層、
６４  撥水層、
６６  マイクロポーラス層（ＭＰＬ）、
７０，７１  圧延ローラ、
７３，７４  バックアップローラ、
７５，７６  加圧プレート、
７８，７９  ヒータ、
８０  フッ素樹脂溶液、
８１  タンク、
８２，８３  ローラ、
８４，８５  熱処理炉、
８６，８７  ヒータ、
９０  スプレー、
９１，９２  熱処理炉、
９３，９４  ヒータ、
１００  燃料電池、
１１０  スタック部、
１２０  単セル、
１３０  締結板、
１３５  補強板、
１４０  集電板、
１４５  スペーサ、
１５０  エンドプレート、
１５５  ボルト、
Ｆ  圧延方向、
Ｗ  幅方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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