(57)【要約】【課題】排水性を向上させたガス拡散部材を提供する。【解決手段】ガス拡散部材は、２枚の金属板に複数の貫通孔１４が形成され、さらに貫通孔１４の貫通方向に沿ってそれぞれ互いに面接触し、この面接触してなる金属−金属界面間の毛管１２を有する多層積層ラスメタル１０からなる。燃料電池において、上記ガス拡散部材は、フラットセパレータとガス拡散層との間に配置される多孔体流路層またはガス拡散層として用いることができる。【選択図】図１
2008146947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔を有する金属板により形成されているガス拡散部材であって、
前記ガス拡散部材は、複数枚の金属板から形成され、
前記複数枚の金属板は、前記貫通孔の貫通方向に沿ってそれぞれ互いに面接触していることを特徴とするガス拡散部材。
【請求項２】
請求項１に記載のガス拡散部材において、
前記金属板は、ラスメタルであることを特徴とするガス拡散部材。
【請求項３】
複数の貫通孔を有する金属板により形成されているガス拡散部材であって、
前記ガス拡散部材には、前記貫通孔の貫通方向に沿ってさらに複数の毛管が形成されていることを特徴とするガス拡散部材。
【請求項４】
電解質膜に燃料極と空気極を有する接合体と、前記接合体を挟持する一対のセパレータとから構成されるセルを積層してなる燃料電池であって、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス拡散部材を、前記のセパレータと接合体との間に配置することを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池において、
前記セパレータは、前記接合体側表面が平滑面であるフラットセパレータであり、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス拡散部材と前記フラットセパレータとは隣接していることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料電池において、
前記セパレータは、前記接合体側表面が平滑面であるフラットセパレータであり、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス拡散部材は、前記燃料極と空気極のそれぞれ設けられているガス拡散層の少なくとも一方と前記フラットセパレータとの間に配置される多孔体流路層であることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
電解質膜に燃料極と空気極を有する接合体と、前記接合体を挟持する一対のセパレータとから構成されるセルを積層してなる燃料電池であって、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス拡散部材を、前記燃料極と空気極のそれぞれ設けられているガス拡散層として用いることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
複数の金属板を積層する工程と、
積層金属板に対しラスカットを施す工程と、
を有することを特徴とするガス拡散部材の製造方法。
【請求項９】
複数の金属板を積層する工程と、
積層金属板の一部を接合または未接合の状態で前記積層金属板に複数の小径貫通孔を形成する工程と、
前記小径貫通孔が形成された積層金属板を延伸させて平板状に成形し複数の貫通孔を有する多層積層ラスメタルを形成する工程と、
を有することを特徴とするガス拡散部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス拡散部材、特に、燃料電池において、発電中に生成す生成水を排除し易くし、燃料電池の発電効率を維持安定化させるためのガス拡散部材の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、図８に示すように、固体高分子膜からなる電解質膜５２を燃料極５０と空気極５４との２枚の電極で挟んだ接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を、さらに２枚のセパレータ３０に挟持してなるセルを最小単位とし、通常、このセルを複数積み重ねて燃料電池スタック（ＦＣスタック）とし、高圧電圧を得るようにしている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池の発電の仕組みは、一般に、燃料極（アノード側電極）５０に燃料ガス、例えば水素含有ガスが、一方、空気極（カソード側電極）５４には酸化剤ガス、例えば主に酸素（Ｏ2）を含有するガスあるいは空気が供給される。水素含有ガスは、燃料ガス流路を通って燃料極５０に供給され、電極の触媒の作用により電子と水素イオン（Ｈ+）に分解される。電子は外部回路を通って、燃料極５０から空気極５４に移動し、電流を作り出す。一方、水素イオン（Ｈ+）は電解質膜５２を通過して空気極５４に達し、酸素および外部回路を通ってきた電子と結合し、反応水（Ｈ2Ｏ）になる。水素（Ｈ2）と酸素（Ｏ2）および電子の結合反応と同時に発生する熱は、冷却水によって回収される。また、空気極５４のあるカソード側に生成した水（以下「生成水」という）は、カソード側から排出される。
【０００４】
図８に示すように、燃料電池の運転中（発電中）において、生成水は空気極５４の表面の電解質膜５４に接する部分に発生する。そして、燃料電池の運転に伴い、この生成水を燃料電池系外に効率よく排出できない場合には、空気極５４の拡散層とセパレータ３０との間の空間に生成水が滞留し、その結果、反応ガス、特に酸化剤ガスの拡散が阻害され、いわゆるフラッティング現象が生じてしまう。かかる場合、燃料電池の発電効率が低下する傾向が見られた。
【０００５】
一方、従来より、燃料電池内のセパレータと燃料極との間およびセパレータと空気極との間の燃料ガス、酸化剤ガスとのガス流路内におけるガス流通性の工夫がなされている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、セパレータ本体と燃料電池の電極構造体を構成する電極層との間に燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するガス流路を形成しかつ前記電極構造体により発電された電気を集電するガス流路形成部材が、セパレータ本体の窪みに配置された燃料電池セパレータが提案されており、上記ガス流路形成部材は、１枚板のエキスパンドメタル（「ラスメタル」ともいう）に筋状凹凸に形成されている。
【０００７】
また、特許文献２には、波状起伏を有する非貫入性の金属メッシュ層が少なくとも２層に積層された燃料電池の集電体が提案されている。また、特許文献３には、カソード集電板においてカソード側ガス拡散層として、１枚のエキスパンドメタルを用いることが記載されている。さらに、特許文献４には、金属多孔板を波状に折り曲げ加工した集電体を電極のガス拡散層として用いることが提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３１０６３３号公報
【特許文献２】特表２００５−５１２２７８号公報
【特許文献３】特開平８−１３８７０１号公報
【特許文献４】特開平１１−１６２４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した１枚板のラスメタルからなるガス流路部材または集電体、ガス拡散層は、ガス流通性を向上させることができるものの、特にカソード側に生成する生成水を速やかに燃料電池系外に排出することが難しい。すなわち、図７に示すように、特にカソード側では、カソード側のガス拡散層２０から露出してくる生成水１６は、１枚板ラスメタル７０の貫通孔１４ならびに１枚板ラスメタル７０の表層を伝って（矢印方向）、セパレータ３０側に流れてゆき、さらにセパレータ３０の表面に沿って系外に排出される。
【００１０】
しかしながら、図７に示すように、１枚板ラスメタル７０の端部にある生成水１６は、１枚板ラスメタル７０の側壁面や貫通孔１４の壁面を存在する生成水に比べ、流れが悪く、滞留し易い傾向にある。このように、１枚板ラスメタル７０の端部に生成水１６が滞留し、排水性が悪化すると、ガス拡散層２０の酸化剤ガスの拡散性が阻害され、いわゆるフラッティング現象が生じてしまい、燃料電池の発電効率が低下する可能性がある。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、燃料電池からの生成水排出を良好に行い、燃料電池システムの運転効率を維持安定化させるためのガス拡散部材および運転効率が維持安定化された燃料電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のガス拡散部材、燃料電池およびガス拡散部材の製造方法は以下の特徴を有する。
【００１３】
（１）複数の貫通孔を有する金属板により形成されているガス拡散部材であって、前記ガス拡散部材は、複数枚の金属板から形成され、前記複数枚の金属板は、前記貫通孔の貫通方向に沿ってそれぞれ互いに面接触しているガス拡散部材である。
【００１４】
複数枚の金属板がそれぞれ互いに面接触し、前記貫通孔の貫通方向に沿って、毛管力のある金属−金属界面が形成され、排水性が向上する。
【００１５】
（２）上記（１）に記載のガス拡散部材において、前記金属板は、ラスメタルであるガス拡散部材である。
【００１６】
金属板がラスメタルであることにより、貫通孔を網目状に形成することができ、且つ集電体としても機能させることができる。
【００１７】
（３）複数の貫通孔を有する金属板により形成されているガス拡散部材であって、前記ガス拡散部材には、前記貫通孔の貫通方向に沿ってさらに複数の毛管が形成されているガス拡散部材である。
【００１８】
貫通孔の貫通方向に沿って形成された複数の毛管によって、排水性が向上する。
【００１９】
（４）電解質膜に燃料極と空気極を有する接合体と、前記接合体を挟持する一対のセパレータとから構成されるセルを積層してなる燃料電池であって、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載のガス拡散部材を、前記のセパレータと接合体との間に配置する燃料電池である。
【００２０】
上記ガス拡散部材は、前記貫通孔の貫通方向に沿って、毛管力のある金属−金属界面または毛管が形成されているため、排水性が向上する。これにより、燃料電池内の特にカソード側の排水性が向上し、ガス拡散性が阻害されず、燃料電池の運転効率が維持安定化する。
【００２１】
（５）上記（４）に記載の燃料電池において、前記セパレータは、前記接合体側表面が平滑面であるフラットセパレータであり、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載のガス拡散部材と前記フラットセパレータとは隣接している燃料電池である。
【００２２】
上記ガス拡散部材を、セパレータとガス拡散層との間の多孔体流路層として用いることにより、特にカソード側のガス拡散層より露出してくる生成水を速やかにセパレータ側に移動させることができ、これによりセパレータより生成水が系外に排出される。したがって、セパレータとガス拡散層との間の排水性が向上し、ガス拡散性は維持され、燃料電池の運転効率は安定維持される。
【００２３】
（６）上記（４）に記載の燃料電池において、前記セパレータは、前記接合体側表面が平滑面であるフラットセパレータであり、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載のガス拡散部材は、前記燃料極と空気極のそれぞれ設けられているガス拡散層の少なくとも一方と前記フラットセパレータとの間に配置される多孔体流路層である燃料電池である。
【００２４】
（７）電解質膜に燃料極と空気極を有する接合体と、前記接合体を挟持する一対のセパレータとから構成されるセルを積層してなる燃料電池であって、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載のガス拡散部材を、前記燃料極と空気極のそれぞれ設けられているガス拡散層として用いる燃料電池である。
【００２５】
上記ガス拡散部材をガス拡散層に用いることにより、上記接合体内で生成する生成水を毛管力により接合体の系外に排出することができ、ガス拡散層内のガス拡散性を維持することができる。
【００２６】
（８）複数の金属板を積層する工程と、積層金属板に対しラスカットを施す工程と、を有するガス拡散部材の製造方法である。
【００２７】
複数積層した金属板をラスカットするだけで、網目状に形成された貫通孔に加え、毛管力のある金属−金属界面も形成することができる。
【００２８】
（９）複数の金属板を積層する工程と、積層金属板の一部を接合または未接合の状態で前記積層金属板に複数の小径貫通孔を形成する工程と、前記小径貫通孔が形成された積層金属板を延伸させて平板状に成形し複数の貫通孔を有する多層積層ラスメタルを形成する工程と、を有するガス拡散部材の製造方法である。
【００２９】
複数枚積層した積層金属板に複数の小径貫通孔を形成し、積層金属板を延伸させることで、網目状に形成された貫通孔に加え、毛管力のある金属−金属界面を有する多層積層ラスメタルからなるガス拡散部材を製造することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、ガス抜き性のみならず、排水性に優れたガス拡散部材を提供することができ、このガス拡散部材を用いた燃料電池は、発電の際に生成した生成水が燃料電池系外に効率よく排出されるため、フラッティング現象が生じ難く、燃料電池の出力特性を維持安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００３２】
［ガス拡散部材および燃料電池］
−第１の実施の形態−
本実施の形態のガス拡散部材は、複数枚の金属板から形成され、前記複数枚の金属板は、貫通孔の貫通方向に沿ってそれぞれ互いに面接触している。より具体的に説明すると、図１に示すように、本実施の形態のガス拡散部材は、２枚の金属板に複数の貫通孔１４が形成され、さらに貫通孔１４の貫通方向に沿ってそれぞれ互いに面接触し、この面接触してなる金属−金属界面間の毛管１２を有する多層積層ラスメタル１０からなる。
【００３３】
ここで、「積層」とは、金属板同士が一部接合または未接合状態であって、ガス拡散部材の貫通孔の貫通方向に沿って連続した界面を有する状態で、金属板同士が重ねられている状態をいう。
【００３４】
図１では、２枚の積層板による多層積層ラスメタル１０であるが、２枚に限るものではなく、用途に応じた厚みを形成可能な２枚以上の枚数で積層することができる。枚数が増えることによって、単位面積当たりの貫通孔１４のみならず毛管１２の本数が増加するため、より水抜けルートが確保でき、ガス拡散部材の排水性は向上する。より具体的には、従来、ガス拡散部材として用いられている１枚板のラスメタルの板厚が０．２５ｍｍであることから、１枚の金属板の板厚が０．１ｍｍである場合、２〜４枚まで積層してなる多層積層ラスメタルをガス拡散部材として用いることができる。
【００３５】
また、本実施の形態のガス拡散部材に用いる金属は、金属セパレータに用いる金属材料であればいかなるものでも用いることができるが、燃料電池の製造時に上述したセルを積層圧縮する際の圧力に抗し所定のガス流通を可能とするある程度の剛性を有する材料が好ましく、例えば、チタン、ステンレス材が好ましい。
【００３６】
<多孔体流路層>
図１には、本実施の形態のガス拡散部材を、燃料電池に適用する際に、ガス拡散層２０とセパレータ３０との間に配置して、多孔体流路層として用いた場合の一例が示されている。
【００３７】
ここで、燃料電池のセパレータとして、耐久性の観点から金属セパレータが用いられるようになってきているが、この金属セパレータは耐蝕性および帯電性の両立が必須となる。この上記耐蝕性および帯電性を両立させるものとしてチタン製のセパレータが候補に挙げられている。しかし、チタンは、剛性が高く、ステンレスの用にプレス加工が容易でないため、流路をプレス以外の方法で形成する必要が生じる。そこで、チタン製セパレータをフラットセパレータとし、このフラットセパレータとガス拡散層との間に多孔体により流路を形成する構成を案出し、この多孔体流路として、上述した本実施の形態の多層積層ラスメタル１０を用いた擬似的多孔体流路層として用いる構成について、以下に説明する。ここで、「フラットセパレータ」とは、後述する固体高分子膜からなる電解質膜を燃料極と空気極との２枚の電極で挟んだ接合体の側の表面が平滑面であるセパレータをいう。
【００３８】
なお、上記フラットセパレータとガス拡散層との間に配設される多孔体流路層として、発泡焼結金属体も考えられるが、この発泡焼結金属体は気孔量、気孔径等の制御が難しいと共にコストも高いことから、本発明では、コストの点でも有利な多層積層ラスメタル１０を多孔体流路層として用いた実施の形態について説明する。
【００３９】
上述した多孔体流路層は、拡散層・電極にガスを供給するため、セパレータ面沿い方向へのガス流通性能が必要となる。そのため、圧力損失が小さい必要があるため、後述する拡散層に比べ気孔径および気孔率ともに大きい必要がある。したがって、多孔体流路層に使用されるガス拡散部材の貫通孔１４は、通常の拡散層に使用されるカーボン系多孔体の気孔に比べ大きめに形成されている。また、多孔体流路層はガス流路であるため、ガス拡散層のように燃料電池の製造時のセル積層圧縮等において、ガス流路内圧力損出が生じることは望ましくないため、上述したように、多孔体流路層に用いれるガス拡散部材は、前記セル積層圧縮時の圧力にある程度抗す程度の剛性の高い金属から形成されていることが好ましい。
【００４０】
図１に示すように、本実施の形態のガス拡散部材は、２枚の積層板からなる多層積層ラスメタル１０であり、貫通孔１４の他に、積層金属板の面接触してなる金属−金属界面からなる毛管１２が形成されている。したがって、特にカソード側では、カソード側のガス拡散層２０から露出してくる生成水１６は、多層積層ラスメタル１０の貫通孔１４および多層積層ラスメタル１０の表層を伝って（矢印方向）セパレータ３０側に流れてゆくたけでなく、さらに毛管１２による毛管作用、すなわち毛管１２付近の生成水１６の表面張力を利用して毛管１２内に生成水１６を引き込む作用により、積極的にセパレータ３０側に生成水１６が移動し（矢印方向）、この生成水１６はセパレータ３０の表面に沿って系外に排出される。
【００４１】
これにより、図１に示すように、ガス拡散層２０より露出した生成水１６が多層積層ラスメタル１０の端部にあっても、毛管１２付近まで表層を伝って来ると、上述した毛管作用により毛管１２内に引き込まれ、積極的にセパレータ３０側に移動させることができる。したがって、ガス拡散層２０の酸化剤ガスの拡散性は維持され、いわゆるフラッティング現象を抑制することができ、燃料電池の発電効率を維持安定化させることができる。
【００４２】
ここで、図１に示す多層積層ラスメタル１０は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図２に示すように、多層積層ラスメタル１０には、その表面に毛管作用を有する金属板同士からなる界面、いわゆる毛管１２が複数形成されていることが分かる。
【００４３】
図３には、固体高分子膜からなる電解質膜を燃料極と空気極との２枚の電極で挟んだ接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）３２を、さらに２枚のセパレータ３０にて挟持し、さらにシール３６によりシールしてなるセルを最小単位とし、通常、このセルを複数積み重ねてスタック状にした燃料電池において、上記セルの接合体３２とフラットセパレータであるセパレータ３０との間に、多層積層ラスメタル１０（図１，図２）からなるガス拡散部材を多孔体流路層３４として用いた構成の一例が示されている。上記フラットセパレータであるセパレータ３０は、接合体３２側表面が平滑面である。
【００４４】
上記ガス拡散部材を多孔体流路層３４としても用いることにより、燃料電池の発電時に生成する生成水１６を速やかにセパレータ３０（フラットセパレータ）を介して系外に排出することができ、上述したように、特に生成水１６の生成するカソード側の酸化剤ガスの拡散性を維持することができ、いわゆるフラッティング現象を抑制し、燃料電池の発電効率を維持安定化させることができる。
【００４５】
図３には、上述したように、フラットセパレータ３０を用い、このフラットセパレータ３０とセルの接合体３２との間に、それぞれ多孔体流路層３４として多層積層ラスメタル１０が配置された構成になっている。ここで、上記接合体３２は、燃料ガス拡散層−燃料極触媒層−電解質膜−空気極触媒層−酸化剤ガス拡散層からなる構成であっても、また、燃料極触媒層−電解質膜−空気極触媒層から構成されていてもよい。したがって、上記接合体３２が燃料ガス拡散層−燃料極触媒層−電解質膜−空気極触媒層−酸化剤ガス拡散層からなる場合には、フラットセパレータ３０とガス拡散層との間に、それぞれ多孔体流路層３４とした多層積層ラスメタル１０（図１）が配置される。一方、上記接合体３２が燃料極触媒層−電解質膜−空気極触媒層からなる場合には、フラットセパレータ３０と燃料極触媒層および空気極触媒層との間に、それぞれ多孔体流路層３４とした多層積層ラスメタル１０が配置される。すなわち、後者の構成の場合には、多孔体流路層３４に設けられた多層積層ラスメタル１０（図１）は、流路のみならずガス拡散層としても機能し、したがって、従来のガス拡散層が不要となり、セルの厚みをより薄くすることが可能である。その結果、燃料電池をより小型化することも可能となる。なお、後者の場合、触媒層に接触する多層積層ラスメタルの面には例えば疎水剤等が塗布され、この疎水コーティングによって疎水化されると共に、燃料電池製造時の圧縮における触媒層への損傷が抑制される。
【００４６】
<ガス拡散層>
図４には、複数のセルからなる燃料電池において、電解質膜４０、触媒層４２とガス拡散層４４からなる空気極および燃料極に挟まれてなる接合体を、さらにガス供給溝４６を有するセパレータ４８によって教示してなるセルの構造の一例が示されて、ガス拡散層４４として、図１，２に示した多層積層ラスメタル１０からなるガス拡散部材を用いる構成について以下に説明する。
【００４７】
ガス拡散層は、流路から供給されるガスを電極触媒層へ拡散供給する層であり、上述した多孔体流路層ほどセパレータ面に沿った方向へのガス流通が必要ではないため、多層積層ラスメタル１０（図１）を拡散層として用いる場合には、上記多孔体流路層に用いる場合に比べ比較的小さめの気孔径、例えばカーボン系多孔体の気孔径と同等程度の径を有する貫通孔１４（図１）に形成ようラスカットされていることが望ましい。さらに、燃料電池発電時の変形を吸収するように多少変形に追従可能な程度の剛性のやや低いものを用いることが好ましく、ガス拡散層に用いられる多積層ラスメタルは、例えばステンレス材で形成することが望ましい。
【００４８】
図４では、ガス拡散層４４として、図１，２に示した多層積層ラスメタル１０からなるガス拡散部材を用いることにより、燃料電池の発電時に、特にカソード側の空気極の触媒層４２から生成する生成水を効率よくセパレータ４８側に移行させることができ、上述同様、カソード側の酸化剤ガスの拡散性を維持することができ、いわゆるフラッティング現象を抑制し、燃料電池の発電効率を維持安定化させることができる。また、多層積層メタル１０の貫通孔１４、毛管１２から、燃料極触媒層および空気極触媒層にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給することができる。
【００４９】
−第２の実施の形態−
さらに、図５に示すように、上述した本実施の形態の多層積層ラスメタル１０（図１）を多積層することによって、複数積層ラスメタル２２からなるガス拡散部材を製造してもよい。なお、積層数は、使用される空間の大きさに応じて適宜選択することが望ましい。
【００５０】
<多孔体流路層>
上述した第１の実施の形態において多孔体流路層として用いた多層積層ラスメタル１０（図１）の代わりに、図５に示す複数積層ラスメタル２２を用いた以外は、上記第１の実施の形態において図３を用いて説明した構成と同様の構成とすることができる。
【００５１】
図５には、フラットセパレータ３０とガス拡散層２０との間に、多孔体流路層３４として複数積層ラスメタル２２が配置された構成になっている。すなわち、図３における接合体３２が、燃料ガス拡散層−燃料極触媒層−電解質膜−空気極触媒層−酸化剤ガス拡散層からなる構成である場合について例示されている。
【００５２】
図５に示す一例の複数積層ラスメタル２２は、図１に示す多層積層ラスメタル１０の２枚を積層したものであり、好ましくは、それぞれの多層積層ラスメタル１０の貫通孔１４の一部が連通する程度に図５に示すように位相をずらして互い違いになるように積層されている。したがって、複数積層ラスメタル２２は、積層方向のみならず、面方向へのガス拡散性が向上する。さらに、上述した多層積層ラスメタル１０を用いているため、ガス拡散層２０から露出した生成水は、貫通孔１４および多層積層ラスメタル１０の表層を伝ってセパレータ３０側に流れてゆくたけでなく、さらに毛管１２による毛管作用により、積極的にセパレータ３０側に移動し、この生成水はセパレータ３０の表面に沿って系外に排出される。すなわち、複数積層ラスメタル２２を燃料電池内の多孔体流路層またはガス拡散層として用いることにより、排水性が向上するのみならず、積層方向および面方向へのガス拡散性が向上するので、特にカソード側に適用した場合、酸化剤ガスの拡散性は維持・向上し、いわゆるフラッティング現象は抑制され、燃料電池の発電効率を維持・向上させることができる。なお、図１に示す多層積層ラスメタル１０の積層枚数を多くし、位相を互いにずらして積層することにより、面方向へのガス拡散性はより向上する。
【００５３】
なお、上述したように、図３の接合体３２が燃料極触媒層−電解質膜−空気極触媒層からなる場合には、フラットセパレータ３０と燃料極触媒層および空気極触媒層との間に、それぞれ多孔体流路層３４として複数積層ラスメタル２２が配置される。かかる場合、複数積層ラスメタル２２のセパレータ側から触媒層側に向かって、積層される多層積層メタル１０の貫通孔１４の径が小さくなっていることが好ましく、これにより、セパレータ側では、セパレータの面に沿ってのガス流通性が確保され、一方触媒層側では触媒層に向かってのガス拡散性が向上する構成とすることができる。なお、触媒層に接する複数積層ラスメタル２２の面には、上述同様、例えば疎水剤等が塗布され、この疎水コーティングによって疎水化されると共に、燃料電池製造時の圧縮における触媒層への損傷が抑制される。
【００５４】
<ガス拡散層>
上述した第１の実施の形態においてガス拡散層として用いた多層積層ラスメタル１０（図１）の代わりに、図５に示す複数積層ラスメタル２２を用いた以外は、上記第１の実施の形態において図４を用いて説明した構成と同様の構成とすることができる。
【００５５】
すなわち、図４において、ガス拡散層４４として、図５に示す複数積層ラスメタル２２からなるガス拡散部材を用いることができる。
【００５６】
なお、上述したように、複数積層ラスメタル２２を拡散層として用いる場合、上記多孔体流路層に用いる場合に比べ比較的小さめの気孔径、例えばカーボン系多孔体の気孔径と同等程度の径を有する貫通孔１４（図５）に形成ようラスカットされていることが望ましい。さらに、燃料電池発電時の変形を吸収するように多少変形に追従可能な程度の剛性のやや低いものを用いることが好ましく、ガス拡散層に用いられる多積層ラスメタルは、例えばステンレス材で形成することが望ましい。
【００５７】
図４において、ガス拡散層４４として、図５に示した複数積層ラスメタル２２からなるガス拡散部材を用いることにより、燃料電池の発電時に、特にカソード側の空気極の触媒層４２から生成する生成水を効率よくセパレータ４８側に移行させることができ、上述同様、カソード側の酸化剤ガスの拡散性を維持することができ、いわゆるフラッティング現象を抑制し、燃料電池の発電効率を維持安定化させることができる。また、複数積層メタル２２の貫通孔１４、毛管１２から燃料極触媒層および空気極触媒層に、積層方向のみならず、面方向へ、それぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスがを供給することができ、セル自体の発電効率が向上する。
【００５８】
上述した多層積層ラスメタル１０および複数積層ラスメタル２２に対し、さらに筋状凹凸を形成してもよい。これにより、さらにガス拡散性は向上する。
【００５９】
［ガス拡散部材の製造方法］
図６に示すように、複数の金属板６０を積層する工程と、積層金属板に対しラスカットを施す工程と、を有するガス拡散部材の製造方法である。
【００６０】
より具体的に説明すると、本実施の形態のガス拡散部材の製造方法は、複数の金属板６０を積層し、複数の金属板６０の積層体の一部を接合または未接合の状態で複数の金属板６０の積層体に複数の小径貫通孔を形成し、小径貫通孔が形成された複数の金属板６０の積層体（積層金属板）を延伸させて平板状に成形し、複数の貫通孔を有する多層積層ラスメタルを形成するものである。
【００６１】
上記製造方法により、複数積層した金属板６０を積層体として併せてラスカットするだけで、網目状に形成された貫通孔に加え、毛管力のある金属−金属界面を有する多層積層ラスメタルからなるガス拡散部材を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明のガス拡散部材は、燃料電池を用いる用途であれば、いかなる用途にも有効であるが、ガス拡散部材として特に排水性を併せて要求される用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のガス拡散部材の一例を用いた燃料電池のセルの一態様の構成を説明する模式断面図である。
【図２】本発明のガス拡散部材の一部を示す平面図である。
【図３】本発明のガス拡散部材を燃料電池のセルの多孔体流路層として用いた一態様を説明する模式断面図である。
【図４】本発明のガス拡散部材を燃料電池のセルのガス拡散層として用いた一態様を説明する一部模式断面図である。
【図５】本発明のガス拡散部材の他の例を用いた燃料電池のセルの一態様の構成を示す模式断面図である。
【図６】本発明のガス拡散部材の製造方法の一例を説明する図である。
【図７】従来の一枚板ラスメタルからなるガス拡散部材を用いた燃料電池のセルの一態様の構成を説明する模式断面図である。
【図８】燃料電池のセルの構成および発電時のメカニズムを説明する図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  多層積層ラスメタル、１２  毛管、１４  貫通孔、１６  生成水、２０  ガス拡散層、２２  複数積層ラスメタル、３０，４８  セパレータ、３２  接合体、３４  多孔体流路層、３６  シール、４０  電解質膜、４２  触媒層、４４  ガス拡散層、４６  ガス供給溝、５０  燃料極、５２  電解質膜、５４  空気極、５４  電解質膜、６０  金属板。
【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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