(57)【要約】【課題】拡散層での排水性を向上できる燃料電池。【解決手段】本発明の燃料電池１は、凹状のガス流路壁面６１により画定された酸化ガス流路４２を有するセパレータ２２Ｂと、セパレータ２２Ｂに隣接する拡散層３６を有する電極３２Ｂと、酸化ガスの流動を許容する空隙を有する排水部６８と、を備える。そして、排水部６８は、ガス流路壁面６１と隙間を存するように拡散層３６の表面から酸化ガス流路４２内に突出して設けられる。排水部６８の空隙率は、酸化ガス流路４２の上流側よりも下流側の方を小さくするとよい。排水部６８は、親水性フィラー及びバインダーからなるとよい。排水部６８、拡散層３６及びセパレータ２２Ｂは、親水処理されているとよい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹状のガス流路壁面により画定されたガス流路を有するセパレータと、
前記セパレータに隣接する拡散層を有する電極と、を備えた燃料電池において、
ガスの流動を許容する空隙を有し、前記ガス流路壁面との隙間を存するように前記拡散層から前記ガス流路内に突出する親水性の排水部を備えた、燃料電池。
【請求項２】
前記排水部の空隙率は、前記ガス流路の上流側よりも下流側の方が小さい、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記排水部は、親水性フィラー及びバインダーからなる、請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記排水部は、前記拡散層が前記セパレータと接触する部分よりも親水性が高い、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記ガス流路壁面は、親水処理されている、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記セパレータは、前記拡散層に対向する面が親水処理されている、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記拡散層は、前記セパレータと接触する部分よりも、前記セパレータと反対側にある面の方が撥水性が高い、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記拡散層及び前記セパレータは、親水処理されている、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項９】
電解質膜を備え、
前記電極は、前記電解質膜と前記拡散層との間に親水処理された触媒層を有する、請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
凹状のガス流路壁面によりガス流路を画定するセパレータと、
前記セパレータに隣接する拡散層を有する電極と、を備えた燃料電池において、
ガスの流動を許容する空隙を有し、前記拡散層から前記ガス流路内に突出する排水部を備え、
前記排水部、前記拡散層及び前記セパレータは、親水処理されている、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生成水の排水性を考慮した燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質膜型燃料電池の単セルは、電解質膜と、これを挟持する一対の電極と、一対の電極を挟持する一対のセパレータと、で構成される（例えば、特許文献１参照。）。電解質膜は、含水されることによりプロトン導電性を発揮する。一対の電極は、それぞれ、空気極及び燃料極である。各電極は、例えば、触媒層と拡散層とからなる。拡散層は、ガスを通過させる機能と、電流を触媒層からセパレータに伝える機能を有する。拡散層は、セパレータに隣接する。一対のセパレータは、それぞれ、拡散層側の表面に、凹状のガス流路壁面によって画定される酸化ガス流路及び水素ガス流路を有する。
【０００３】
燃料電池は、酸化ガス及び水素ガス（以下、「反応ガス」と総称する。）の電気化学反応により電力を発生する。また、電気化学反応により、空気極の触媒層に水を生成する。生成水のうち電解質膜が必要としない余剰水は、酸化ガスの供給圧によるブロー効果等によって、空気極の触媒層から拡散層へ、さらには拡散層から酸化ガス流路のガス流路壁面へとつたわる。そして、ガス流路壁面上の生成水は、酸化ガスの流れによって、酸化ガス流路の下流側へと排出され、最終的に燃料電池外に排出される。また、生成水の一部は電解質膜を通過して燃料極へと移動し、同様に、ガス流路壁面上をつたって、水素ガス流路の下流側へと排出される。
【特許文献１】特開２００４−１７９０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池の低出力運転時では、反応ガスの流量が少なくなるので、単セル内の生成水がおしだされにくくなる。特に、拡散層に対して反応ガスによるブロー効果が小さくなるので、拡散層に生成水が余剰に溜まってしまう。そのために、触媒層へのガス拡散性が低下して、セル電圧が下がるというおそれがある。また、部分的に生成水が多量に発生した場合、ガス流路壁面上だけでは生成水の排出がおいつかず、部分的にセル電圧が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、拡散層での排水性を向上でき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】
【０００６】
上記目的を達成するべく、本発明の燃料電池は、凹状のガス流路壁面により画定されたガス流路を有するセパレータと、セパレータに隣接する拡散層を有する電極と、ガスの流動を許容する空隙を有する排水部と、を備える。そして、排水部は、ガス流路壁面との隙間を存するように拡散層からガス流路内に突出する。
【０００７】
この構成によれば、拡散層内の水がガス流路壁面のみならず親水性の排水部にもつたわるようになる。これにより、水がつたう領域が増大するため、拡散層内の水をガス流路側へと積極的に且つ円滑に排水できる。また、排水部がガス流路に対応する位置にあるので、セパレータを電極に隣接させる際に、両者の位置ズレを抑制できる。さらに、排水部が空隙を有するので、ガスの流動を確保できる。また、排水部がガス流路壁面から離間するので、排水部がガス流路壁面に接触する場合に比べて、ガス流路壁面での排水性を確保できる。
【０００８】
好ましくは、排水部の空隙率は、ガス流路の上流側よりも下流側の方が小さいとよい。かかる構成によれば、生成水が相対的に多い下流側においては排水性を向上し、生成水が相対的に少ない上流側においてはガスの流動の圧損を抑制できる。
【０００９】
好ましくは、排水部は、親水性フィラー及びバインダーからなるとよい。かかる構成によれば、親水性フィラーの表面を用いて生成水の排水を促すことができる。
【００１０】
好ましくは、排水部は、拡散層がセパレータと接触する部分よりも親水性が高いとよい。かかる構成によれば、セパレータが接触する拡散層の部分に存在する水が、積極的に排水部につたわるようになり、拡散層における排水性を向上できる。
【００１１】
好ましくは、ガス流路壁面、又は、拡散層に対向するセパレータの面が親水処理されているとよい。このような構成によれば、ガス流路壁面で液滴ができることを抑制できるので、液滴によってガスの流れを阻害しないようにできる。
【００１２】
好ましくは、拡散層は、セパレータと接触する部分よりも、セパレータと反対側にある面の方が撥水性が高いとよい。
【００１３】
他の好ましい態様では、拡散層及びセパレータは、親水処理されているとよい。かかる構成によれば、拡散層も親水処理されるので、拡散層から排水部及びガス流路壁面へと水を液滴でない状態でつたえ易くなる。これにより、液滴によってガスの流れ又は拡散が阻害されることを抑制できる。
【００１４】
好ましくは、燃料電池は電解質膜を備え、電極は電解質膜と拡散層との間に親水処理された触媒層を更に有するとよい。かかる構成によれば、触媒層も親水処理されるので、触媒層で発生した生成水を液滴でない状態で拡散層に円滑につたえることができる。
【００１５】
上記目的を達成するべく、本発明の他の燃料電池は、凹状のガス流路壁面によりガス流路を画定するセパレータと、セパレータに隣接する拡散層を有する電極と、ガスの流動を許容する空隙を有する排水部と、を備える。そして、排水部は、拡散層からガス流路内に突出し、しかも拡散層及びセパレータとともに親水処理される。
【００１６】
この構成によれば、上記同様に、水がつたう部分が排水部によって増大するため、拡散層での排水性を向上できる。特に、排水部、拡散層及びセパレータの全てが親水処理されているので、拡散層から排水部及びガス流路壁面へと水が円滑につたわるので、ガスの流れ又は拡散を抑制できる。また、ガス流路内でのガスの流動を確保できると共に、セパレータと電極との位置ズレを抑制できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池によれば、拡散層での排水性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について、燃料電池車両、及び定置用の燃料電池システムに好適な固体高分子型の燃料電池を例に説明する。
【００１９】
図１に示すように、燃料電池１は、基本単位である多数の単セル２を積層した積層スタック構造を有する。燃料電池１は、スタック構造の両端に位置する単セル２の外側に、順次、集電板５、絶縁板６及びエンドプレート７を配置して構成される。エンドプレート７、７同士は例えばテンションプレート９によって繋がれ、単セル２の積層方向に所定の圧縮荷重がかかった状態となる。なお、符号１２は板状部材であり、一対の板状部材１２，１２は、燃料電池１に圧縮荷重を作用させる例えばコイルスプリングを挟持する。
【００２０】
燃料ガス、酸化ガス及び冷媒は、エンドプレート７の供給口１５ａ，１６ａ及び１７ａから燃料電池１内に供給され、セル積層方向に流れると共に単セル２の平面方向に流れる。その後、燃料ガス、酸化ガス及び冷媒は、エンドプレート７の排出口１５ｂ，１６ｂ及び１７ｂから燃料電池１外へと排出される。ここで、燃料ガスとは、水素を含むガスであり、酸化ガスとは、空気や酸素を代表とする酸化剤を含有するガスであり、燃料ガスおよび酸化ガスは、反応ガスと総称される。固体高分子型の燃料電池１には、加湿された反応ガスが供給される。
【００２１】
図２及び図３に示すように、単セル２は、ＭＥＡ２０及び一対のセパレータ２２Ａ，２２Ｂを備える。ＭＥＡ２０（Membrane Electrode Assembly：膜―電極アッセンブリ）は、電解質膜３０と、電解質膜３０を挟んだ一対の電極３２Ａ，３２Ｂ（アノードおよびカソード）と、で構成される。電解質膜３０は、イオン交換膜からなる。電解質膜３０は、含水されることによりプロトン導電性を発揮し、燃料ガスから供給された水素イオンを電極３２Ａから電極３２Ｂに移動させる。
【００２２】
図３に示すように、電極３２Ａ，３２Ｂは、それぞれ、拡散層３６及び触媒層３８で構成される。拡散層３６は、例えば多孔質のカーボン素材からなる。電極３２Ａの拡散層３６は、セパレータ２２Ａの燃料ガス流路４０に面し、燃料ガスを通過させる機能と、触媒層３８とセパレータ２２Ａとを電気的に導通させる機能と、を有する。一方、電極３２Ｂの拡散層３６は、セパレータ２２Ｂの酸化ガス流路４２に面し、酸化ガスを通過させる機能と、触媒層３８とセパレータ２２Ｂとを電気的に導通させる機能と、を有する。触媒層３８の触媒としては例えば白金が好適に用いられ、触媒層３８は拡散層３６に結着される。拡散層３６の表面には、図２で省略した後述する排水層７０が設けられる。
【００２３】
セパレータ２２Ａ，２２Ｂは、ガス不透過の導電性材料で構成される。導電性材料としては、カーボン、導電性の硬質樹脂、アルミニウムやステンレス等の金属が挙げられる。セパレータ２２Ａは電極３２Ａ側の表面に燃料ガス流路４０を有し、セパレータ２２Ｂは電極３２Ｂ側の表面に酸化ガス流路４２を有する。なお、セパレータ２２Ａ及び２２Ｂのそれぞれの裏面に冷媒流路を形成してもよい。その場合には、メタルセパレータを用い、流体の流路をなすための凹凸形状が表裏反転した関係となるようにセパレータ２２Ａ及び２２Ｂを形成するとよい。
【００２４】
セパレータ２２Ａ、２２Ｂは、親水処理される。親水処理の方法は特に限定されるものではなく、例えば、水蒸気等による気相法や、強酸化性水溶液による液相法などによって、あるいは、アルミナ等の親水剤を含有させることによって、セパレータ２２Ａ、２２Ｂの所望の表面を親水処理するとよい。親水処理する所望の表面としては、拡散層３６に対向するセパレータ２２Ａ，２２Ｂの面の全領域であってもよいし、後述するガス流路壁面６１のみであってもよい。
【００２５】
図２に示すように、セパレータ２２Ａ、２２Ｂには、燃料ガス、酸化ガス及び冷媒の供給側マニホールド５１ａ，５２ａ及び５３ａ、並びに排出側マニホールド５１ｂ，５２ｂ，５３ｂが貫通形成される。供給側マニホールド５１ａ〜５３ａは、エンドプレート７の供給口１５ａ〜１７ａに対応した位置にあり、排出側マニホールド５１ｂ〜５３ｂは、エンドプレート７の排出口１５ｂ〜１７ｂに対応した位置にある。
【００２６】
燃料ガス流路４０は、上流側が凹状の連通路５１ｃを介して供給側マニホールド５１ａに連通し、下流側が凹状の連通路５１ｄを介して排出側マニホールド５１ｂに連通する。同様に、酸化ガス流路４２は、上流側が凹状の連通路５２ｃを介して供給側マニホールド５２ａに連通し、下流側が凹状の連通路５２ｄを介して排出側マニホールド５２ｂに連通する。このような構成により、例えば燃料ガスは、マニホールド５１ａから燃料ガス流路４０に流入し、その後マニホールド５１ｂから単セル２外へと流出する。
【００２７】
燃料ガス流路４０及び酸化ガス流路４２は、複数の溝状の流路からなり、凹凸の繰り返しが一方向に延びるストレート流路で構成される。ただし、これらの流路は、途中に折り返し部を有するサーペンタイン流路で構成されてもよい。燃料ガス流路４０を流れる燃料ガスと酸化ガス流路４２を流れる酸化ガスとにより、ＭＥＡ２０内で電気化学反応が生じ、単セル２の起電力が得られる。また、この電気化学反応によって、電極３２Ｂの触媒層３８には水が生成される。生成水の一部は、電解質膜３０を通過して電極３２Ａに移動する。
【００２８】
ここで、燃料ガス流路４０と酸化ガス流路４２とは、流れるガスこそ違うものの、いずれも本発明に特有の共通の構造を有する。以下では、重複した説明を省略するため、酸化ガス流路４２及びこれの内部にある排水層７０について説明する。
【００２９】
図３に示すように、酸化ガス流路４２は、拡散層３６に対して凹状のガス流路壁面６１によって画定される。換言すれば、セパレータ２２Ｂは、拡散層３６に対して凸となる凸部６３と、拡散層３６に対して凹となる非接触の凹部と、を交互に複数有し、この凹部の内壁面が、ガス流路壁面６１として構成される。凸部６３は、酸化ガス流路４２の隣接する個々の流路間の仕切りとして機能し、頂面が拡散層３６に面接触する。ガス流路壁面６１は、断面長方形からなるが、断面台形、断面円形又は断面多角形で形成されてもよい。ガス流路壁面６１及び凸部６３は、上記の方法を用いて親水処理される。
【００３０】
排水層７０は、酸化ガス流路４２（凹部）内に収まるように、拡散層３６の表面から酸化ガス流路４２内に突出する。例えば、プレス、ロールプレスなどの張り合わせ、スクリーン印刷、スプレー塗布又はグラビア印刷等によって、排水層７０は拡散層３６の表面に設けられる。排水層７０は、ガス流路壁面６１の全面と隙間を存し、排水層７０の外面とガス流路壁面６１との間には、所定の空間が画成される。排水層７０は、酸化ガスの流動を許容する空隙を内部に有するものであり、さらに、生成水の排出を促すべく親水性を有する。このような構成の排水層７０は、例えば、親水性フィラー及びバインダーからなる。
【００３１】
親水性フィラーは、例えば、酸化チタン、酸化珪素、あるいは酸化アルミニウム等の金属酸化物、カーボン、有機系フィラー、又は、これらの組み合わせからなる。有機系フィラーとしては、ポリイミド系、ポリエーテルイミド系、ポリスルホン酸系、ポリアクリス酸系、及びポリアミド系が挙げられる。この中では、酸化チタンを親水性フィラーとして用いることが好ましい。親水性フィラーは、例えば長径５０ｎｍ〜５ｍｍで短径１０ｎｍ〜５００μｍのものからなる。
【００３２】
図４に示すように、親水性フィラーの形状は、針状となっている。ただし、親水性フィラーの形状は、針状に限るものではなく、例えば、円形あるいは角形などの定形又は不定形であってもよい。また、束となっている親水性フィラーのそれぞれの方向は、ランダムである。ただし、親水性フィラーの方向を長手方向の一方向にそろえてもよい。このような親水性フィラーの表面に生成水が吸水されるようになる。
【００３３】
バインダーは、エチルシリケート、チタンアルコキシド等の金属アルコキシド系、Ｎａ又はＫ等の水ガラス系、エポキシ系、ウレタン系、シリコン樹脂系、ポリイソブチレン系、シアノアクリレート系、アクリル系、ポリオレフィン系、もしくはポリエーテル系、又はこれらの組み合わせからなる。この中では、耐久性の観点を考慮すれば、金属アルコキシド系が好ましく、燃料電池１の運転温度（約６０〜８０℃）を考慮すれば、シリコン樹脂系が好ましい。
【００３４】
なお、親水性フィラーを含む排水層７０は、凸部６３が接触する拡散層３６の部分よりも親水性が高いとよい。こうすることで、凸部６３が接触する拡散層３６の部分に存在する水が、排水層７０に積極的につたわるようになり、拡散層３６における排水性が向上される。なお、排水層７０の態様は上記に限るものではない。
【００３５】
図５ないし図７を参照して、本実施形態の作用効果を説明する。図５は、比較例に係るものであり、排水層７０を具備しない拡散層３６とガス流路壁面６１とを示す図である。
【００３６】
カソード３２Ｂ側の触媒層３８に発生した生成水の余剰分は、酸化ガスのブロー効果によって拡散層３６へ移動し、さらに拡散層３６から親水性のガス流路壁面６１へと移動する。これにより、図５において符号８０で示す点線のラインよりも右側に、生成水の膜がガス流路壁面６１を覆うようにできる。燃料電池１の高出力高加湿運転時には、所定圧の酸化ガスが酸化ガス流路４２に供給されるので、その酸化ガスのブロー効果によって拡散層３８内の生成水をガス流路壁面６１へと移動させることができる。
【００３７】
ところが、定置用の燃料電池システムでは、燃料電池１の出力は多くの場合が低出力となる。低出力高加湿運転時では、酸化ガスの流量が少なくなるので、酸化ガスによるブロー効果が小さくなり、拡散層３６内の生成水がおしだされにくくなる。また、多量の生成水が部分的に発生すると、ガス流路壁面６１上だけでは生成水の排出がおいつかなくなる。その結果、酸化ガスが触媒層３８に十分に拡散されず、図７の電圧挙動Ｌ１に示すように、燃料電池１において、セル電圧の低下した単セル２が発生してしまう。つまり、多数の単セル２間でセル電圧がばらつく。
【００３８】
これに対し、図６に示す本実施形態によれば、拡散層３６内の生成水は、ガス流路壁面６１のみならず、親水性の排水層７０にもつたわるようになる。これにより、図６において符号８０で示す点線のラインよりも右側に生成水がつたわる。このとき、網目状に表された排水層７０の網の部分（親水性フィラーの表面）に生成水がつたわるようになり、網の目の部分（空隙）に酸化ガスが流れるようになる。また、生成水の一部はガス流路壁面６１上もつたわるようになる。よって、ガス流路壁面６１以外のガス流路部分にある排水層７０によって、拡散層３６内の生成水が積極的に且つ円滑に排水される。その結果、酸化ガスが触媒層３８に十分に拡散されるようになり、図７の電圧挙動Ｌ２に示すように、燃料電池１において、セル電圧の低下を抑制できる。つまり、多数の単セル２間でセル電圧のばらつきを抑制できる。
【００３９】
なお、図７では、電圧挙動Ｌ２は全体として電圧挙動Ｌ１よりもセル電圧が低く表されているが、これは、生成水の影響によって電圧挙動Ｌ２が電圧挙動Ｌ１よりもセル電圧が低くなっているということではない。電圧挙動Ｌ２は、電圧挙動Ｌ１よりも低出力の条件で行った場合のものである。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態によれば、拡散層３６内の生成水の排水性を排水層７０によって向上でき、セル電圧の安定化を図ることができる。この効果は、燃料電池１を低出力高加湿運転時で用いる場合に特に有用である。また、排水層７０が空隙を有するので、高出力時はもとより低出力時であっても、反応ガスの流動を適切に確保でき、生成水による酸化ガス流路４２及び燃料ガス流路４０の閉塞を抑制できる。
【００４１】
さらに、排水層７０が酸化ガス流路４２及び燃料ガス流路４０の流路パターンに対応し、且つこれらの内部に収まるので、セパレータ２２Ａ，２２ＢとＭＥＡ２０とを積層する際に、両者の位置ズレを抑制できる。また、排水層７０がガス流路壁面６１から離間するので、セパレータ２２Ａ，２２ＢとＭＥＡ２０とを積層する際の位置合わせも容易となる上、排水性を確保する点でも有用となる。具体的には、仮に排水層７０がガス流路壁面６１に接し、且つ反応ガスが横向きに（水平方向に）流れる態様であると、却って排水性が悪化し得る。排水層７０がガス流路壁面６１とは非接触であることによって、ガス流路壁面６１を水のつたわる部位として確保できるので、排水性を好適に確保できる。
【００４２】
なお、排水層７０は、電極３２Ａ及び３２Ｂの両方の拡散層３６に設けられるが、他の実施態様では、電極３２Ｂ側の拡散層３６にのみ設けてもよい。生成水は電極３２Ｂ側の触媒層３８に発生するからである。
【００４３】
以下、本実施形態の変形例について説明する。
【００４４】
＜変形例１＞
排水層７０は、燃料ガス流路４０及び酸化ガス流路４２の全ての部分に対応して設けてもよいが、部分的に設けてもよい。例えば、酸化ガス流路４２の下流側には、その上流側の生成水等が酸化ガスの流れによって排出されてくるので、上流側に比べて生成水の量が相対的に多い。そのため、排水層７０は、酸化ガス流路４２の下流側のみに設けてもよい。
【００４５】
他の態様では、排水層７０は、酸化ガス流路４２の下流側では上流側よりも親水性フィラーの密度が大きくてもよい。こうすることで、生成水が相対的に多い下流側の排水性に好適に対応できる。さらに別の態様では、排水層７０は、酸化ガス流路４２の上流側では下流側よりも空隙率が大きくてもよい。こうすることで、生成水が相対的に多い下流側の排水性を向上しつつ、生成水が相対的に少ない上流側においては、酸化ガスの流動の圧損を抑制できる。なお、空隙率とは、排水層７０の体積に対する空隙の割合をいう。
【００４６】
＜変形例２＞
上記の例では、ガス流路壁面６１及び排水層７０は、水が液滴となりにくい親水性である。単セル２を構成する他の部材に関しては、親水性及び撥水性のいずれも選択できる。一例として、拡散層３６のうち、排水層７０がない面、すなわちセパレータ２２Ａ，２２Ｂと接触する面と反対側の面は、排水層７０がある面よりも撥水性が高くてもよい。別の例として、拡散層３６及び触媒層３８のいずれも撥水処理してもよいし、あるいは拡散層３６は親水処理し且つ触媒層３８は撥水処理してもよい。
【００４７】
最も好ましい態様としては、拡散層３６、触媒層３８、排水層７０及びセパレータ２２Ａ，２２Ｂの全てを親水処理するとよい。この理由について、図８及び図９を用いて説明する。図８及び図９は、電極３２Ｂ及びセパレータ２２Ｂまわりの構成を一部分解して示す模式図である。
【００４８】
図８は、拡散層３６及び触媒層３８を撥水処理した場合である。この場合、触媒層３８内の水分１００が拡散層３６に移行したときや、拡散層３６の水分が排水層７０に移行したときに、液滴１１０が形成される。液滴１１０は、拡散層３６、触媒層３８及び酸化ガス流路４２に存在し得る。
【００４９】
燃料電池１の高出力運転時又は低ガス利用率時は、酸化ガスによるブロー効果が期待されるので、液滴１１０を排出し得る。しかし、低出力運転時又は高ガス利用率時は、排水層７０が存在していても、上記のとおりブロー効果が期待できないので、液滴１１０を十分に移動させることができない。そのため、酸化ガスの流れ又は拡散が阻害され得る。なお、ガス利用率とは、燃料電池１への反応ガスの供給量に対する燃料電池１の発電に用いる反応ガスの量をいう。ガス利用率が低いほど、反応ガスが余剰に燃料電池１に供給されることになる。
【００５０】
図９は、拡散層３６、触媒層３８及びセパレータ２２Ｂを親水処理した場合である。この場合、触媒層３８内の水分１００は、液滴になることなく、親水性の拡散層３６から排水層７０及びガス流路壁面６１につたわるようになる。したがって、酸化ガスの流れ又は拡散が阻害されることがないので、より一層セル電圧の安定化を図ることができる。
【００５１】
＜変形例３＞
図１０に示すように、ガス流路壁面６１が、拡散層３６から遠ざかるにつれて幅が狭くなる断面台形で形成されてもよい。また、ガス流路壁面６１に対応して、排水層７０も断面台形で形成してもよい。こうすることで、ガス流路４２への排水性を向上することができる。
【００５２】
＜変形例４＞
図１１に示すように、排水層７０は拡散層３６と一体構造であってもよい。具体的には、排水層７０は、酸化ガス流路４２内に突出した拡散層３６の凸部で構成される。したがって、排水層７０は、例えば多孔質のカーボン素材で構成される。このような排水層７０は、拡散層３６をプレス成形して凸部を形成し、その凸部に親水性物質を塗布することで形成される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
上記した本発明の燃料電池１を搭載した燃料電池システムは、二輪または四輪の自動車以外の電車、航空機、船舶、ロボットその他の移動体又は乗物に搭載することができる。また、燃料電池１は、家庭用定置型燃料電池システムや施設へのバックアップ電源に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施形態に係る燃料電池の斜視図である。
【図２】実施形態に係る単セルの分解斜視図である。
【図３】実施形態に係る単セルの断面図である。
【図４】図３のＩＶ部の拡大図であり、排水層を示す模式図である。
【図５】比較例に係る拡散層及びガス流路壁面を示す模式断面図である。
【図６】実施形態に係る拡散層、ガス流路壁面及び排水層を示す模式断面図である。
【図７】比較例及び本実施形態に係る燃料電池の運転時間とセル電圧との関係を示す図である。
【図８】変形例に係る電極、セパレータ及び排水層まわりの構成を一部分解して示す模式図である。
【図９】別の変形例に係る電極、セパレータ及び排水層まわりの構成を一部分解して示す模式図である。
【図１０】変形例３に係る電極、セパレータ及び排水層まわりの構成を示す模式断面図である。
【図１１】変形例４に係る電極、セパレータ及び排水層まわりの構成を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１：燃料電池、２：単セル、２０：ＭＥＡ、２２Ａ、２２Ｂ：セパレータ、３０：電解質膜、３２Ａ，３２Ｂ：電極、３６：拡散層、３８：触媒層、４０：燃料ガス流路、４２：酸化ガス流路、６１：ガス流路壁面、７０：排水層
【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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