(57)【要約】【課題】多孔質金属体における生成水を速やかに吸水拡散と大気中へ蒸散して、高湿・高電流密度運転時においても長時間にわたって安定して運転できる固体高分子型燃料電池を提供する。【解決手段】高分子電解質膜と、該高分子電解質膜を挟持して配置された一対の触媒層及びガス拡散層とを備え、さらに前記ガス拡散層の少なくとも一方の側に多孔質金属体を配置した固体高分子型燃料電池であって、前記多孔質金属体の表面の少なくとも一部に平均粗さＲａが５ｎｍ以上１μｍ以下のベーマイトアルミナが設けられている固体高分子型燃料電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜と、該高分子電解質膜を挟持して配置された一対の触媒層及びガス拡散層とを備え、さらに前記ガス拡散層の少なくとも一方の側に多孔質金属体を配置した固体高分子型燃料電池であって、前記多孔質金属体の表面の少なくとも一部に平均粗さＲａが５ｎｍ以上１μｍ以下のベーマイトアルミナが設けられていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
前記多孔質金属体と前記ガス拡散層を含む燃料電池部材が電気的に接触する部分には前記ベーマイトアルミナが設けられていないことを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
前記多孔質金属体は発泡金属からなることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
高分子電解質膜と、該高分子電解質膜を挟持して配置された一対の触媒層及びガス拡散層とを備え、さらに前記ガス拡散層の少なくとも一方の側に多孔質金属体を配置した固体高分子型燃料電池の製造方法であって、前記多孔質金属体にアルミニウム化合物を含む液を塗布することによってアルミナ膜を形成する工程と、該アルミナ膜を温水処理してベーマイトアルミナとする工程と、を少なくとも有することを特徴とする固体高分子型燃料電池の製造方法。
【請求項５】
前記多孔質金属体にアルミニウム化合物を含む液を塗布することによってアルミナ膜を形成する工程に先立って、前記多孔質金属体の表面の一部を樹脂で被覆する工程を有し、前記アルミナ膜を温水処理してベーマイトアルミナとする工程の後に、前記樹脂を除去する工程と、前記樹脂を除去した面と前記ガス拡散層を含む燃料電池部材とを電気的に接触させて燃料電池を組み立てる工程と、を有することを特徴とする請求項４に記載の固体高分子型燃料電池の製造方法。
【請求項６】
前記多孔質金属体にアルミニウム化合物を含む液を塗布することによってアルミナ膜を形成する工程に先立って、前記多孔質金属体の表面の一部を金で被覆する工程を有し、前記アルミナ膜を温水処理してベーマイトアルミナとする工程の後に、前記金で被覆した面と前記ガス拡散層を含む燃料電池部材とを電気的に接触させて燃料電池を組み立てる工程を有することを特徴とする請求項４に記載の固体高分子型燃料電池の製造方法。
【請求項７】
前記ベーマイトアルミナの平均粗さＲａが５ｎｍ以上１μｍ以下となるようにすることを特徴とする請求項５または６に記載の固体高分子型燃料電池の製造方法。
【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及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、エネルギー変換効率が高いこと、クリーンであること、静かであることなどから、将来のエネルギー生成装置として期待されている。特に、近年では、自動車や家庭用発電機などの用途だけではなく、そのエネルギー密度が高いことから、携帯電話やノート型パソコン、デジタルカメラなど小型の電気機器の用途への可能性が注目を集めている。しかしながら、小型の電気機器用としての固体高分子型燃料電池はは、実用化するにはシステム全体のコンパクト化や発電効率の向上等が課題として挙げられる。
【０００３】
燃料電池を小型電気機器に搭載する場合は電池自体も小型化する必要があり、ポンプやブロワーなどを用いないで空気が通気孔から自然拡散によって空気極へ供給される方式（ａｉｒ  ｂｒｅａｔｈｉｎｇ）が多く採られている。小型燃料電池のシステム構成としてコンパクトな自然吸気方式を採用した場合、燃料電池の高出力化を実現するためには水管理が非常に重要になってくる。すなわち、高電流密度運転時にカソード触媒で生成する水が触媒層やガス拡散層、さらに多孔質金属体等の細孔を閉塞して酸化剤ガスの供給を遮断する、所謂フラッディングの課題を解決する必要がある。特に有効な水排出機能を持たない多孔質金属体を使用した自然吸気方式のセルスタックに関しては、高湿環境での高電流密度運転時には多孔質金属体内で生成水の凝縮が起こり、これが細孔を閉塞して空気の取り入れが非常に不安定になる。
【０００４】
多孔質金属体内における生成水滞留によるフラッディングを解決する手段として、これまでに様々な方法が提案されている。例えば、発泡金属からなる多孔質金属体の表面に粉末焼結層からなる吸水層を設置して生成水を毛管作用により吸引して空気中に効率よく蒸散させる方法（特許文献１）、また多孔質金属体内面に超親水層を形成することにより、生成水の速やかな移動と細孔の閉塞を防止する方法（特許文献２）が挙げられる。
【特許文献１】特開２００４−０６３０９６号公報
【特許文献２】特開２００６−１００１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、粉末焼結層の吸水能が不十分であり、高湿・高電流密度運転時の安定性は十分とは言えない。
また、特許文献２に記載の方法も微細凹凸を有する超親水層はその凹凸サイズの好ましい範囲が５０ｎｍ程度と比較的に小さく、高湿・高電流密度運転時の安定性が不十分である。さらに、超親水層の形成手段がプラズマＣＶＤによる真空蒸着であるため、多孔質金属体内面に均一に形成するのが困難である。
【０００６】
以上述べたように、従来の方法では多孔質金属体におけるフラッディング対策に関して、その効果は十分とは言えず、高湿環境において長時間にわたって安定的に発電することは困難であった。
【０００７】
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、多孔質金属体における生成水を速やかに拡散し、さらに大気中へと蒸散させることによって、高湿・高電流密度運転時においても長時間にわたって安定して運転できる固体高分子型燃料電池およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決する固体高分子型燃料電池は、高分子電解質膜と、該高分子電解質膜を挟持して配置された一対の触媒層及びガス拡散層とを備え、さらに前記ガス拡散層の少なくとも一方の側に多孔質金属体を配置した固体高分子型燃料電池であって、前記多孔質金属体の表面の少なくとも一部に平均粗さＲａが５ｎｍ以上１μｍ以下のベーマイトアルミナが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
前記多孔質金属体と前記ガス拡散層を含む燃料電池部材との電気的接触部分には前記ベーマイトアルミナが設けられていないことが好ましい。
前記多孔質金属体は発泡金属からなることが好ましい。
【００１０】
前記多孔質金属体に設けられているベーマイトアルミナは、アルミニウム化合物を含む塗布液を用いて製膜したアルミナ膜を温水処理することによって形成されることが好ましい。
【００１１】
本発明が提供する固体高分子型燃料電池の製造方法は、高分子電解質膜と、該高分子電解質膜を挟持して配置された一対の触媒層及びガス拡散層とを備え、さらに前記ガス拡散層の少なくとも一方の側に多孔質金属体を配置した固体高分子型燃料電池の製造方法であって、前記多孔質金属体にアルミニウム化合物を含む液を塗布することによってアルミナ膜を形成する工程と、該アルミナ膜を温水処理してベーマイトアルミナとする工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
【００１２】
上記製造方法において、前記多孔質金属体にアルミニウム化合物を含む液を塗布することによってアルミナ膜を形成する工程に先立って、前記多孔質金属体の一部を樹脂で被覆する工程を有し、前記アルミナ膜を温水処理してベーマイトアルミナとする工程の後に、前記樹脂を除去する工程と、前記樹脂を除去した面と前記ガス拡散層を含む燃料電池部材とを電気的に接触させて燃料電池を組み立てる工程と、を有することが好ましい。
【００１３】
或いは、上記製造方法において、前記多孔質金属体にアルミニウム化合物を含む液を塗布することによってアルミナ膜を形成する工程に先立って、前記多孔質金属体の表面の一部を金で被覆する工程を有し、前記アルミナ膜を温水処理してベーマイトアルミナとする工程の後に、前記金で被覆した面と前記ガス拡散層を含む燃料電池部材とを電気的に接触させて燃料電池を組み立てる工程を有することがさらに好ましい。
【００１４】
また、前記ベーマイトアルミナの平均粗さＲａが５ｎｍ以上１μｍ以下となるようにすることが好ましい。
本発明によれば、固体高分子型燃料電池を構成する多孔質金属体の表面の少なくとも一部に平均粗さＲａが５ｎｍ以上１μｍ以下のベーマイトアルミナを形成することにより、生成水の速やかな吸水拡散と大気中への蒸散を実現し、高湿・高電流密度運転時においても長時間にわたって安定して運転できる。
【００１５】
さらに、アルミニウム化合物を含む塗布液を用いて製膜したアルミナ膜を温水処理することによって形成されるベーマイトアルミナは、種々の簡易な液相形成手段を用いることができるので、多孔質金属体内表面に均一に形成することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、多孔質金属体における生成水を速やかに吸水拡散と大気中へ蒸散して、高湿・高電流密度運転時においても長時間にわたって安定して運転できる固体高分子型燃料電池を提供でき、従来の燃料電池と比較して大幅な発電性能向上を実現するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の第一の発明は、高分子電解質膜と、該高分子電解質膜を挟持して配置された一対の触媒層及びガス拡散層とを備え、さらに前記ガス拡散層の少なくとも一方の側に多孔質金属体を配置した固体高分子型燃料電池であって、前記多孔質金属体の表面の少なくとも一部に平均粗さＲａが５ｎｍ以上１μｍ以下のベーマイトアルミナが設けられていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第二の発明は、高分子電解質膜と、該高分子電解質膜を挟持して配置された一対の触媒層及びガス拡散層とを備え、さらに前記ガス拡散層の少なくとも一方の側に多孔質金属体を配置した固体高分子型燃料電池の製造方法であって、前記多孔質金属体にアルミニウム化合物を含む液を塗布することによってアルミナ膜を形成する工程と、該アルミナ膜を温水処理してベーマイトアルミナとする工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の固体高分子型燃料電池（以降、燃料電池とも略記する）の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部材の材質、寸法、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。同様に以下に記述する製法も唯一のものではない。
【００２０】
図１は、本発明における固体高分子型燃料電池単セルの部分断面構成の一例を示す模式図である。図１において、１は固体高分子電解質膜、これを挟んで触媒層（アノード）２ａ、触媒層（カソード）２ｂ、およびガス拡散層（アノード）３ａ、ガス拡散層（カソード）３ｂ、さらにカソード側のガス拡散層３ｂの外側で、空気取り入れ側に、平均粗さＲａが５ｎｍ以上１μｍ以下のベーマイトアルミナを形成した多孔質金属体４が配置されている。本実施形態では多孔質金属体を配置した例を示すが、多孔質金属体の配置構成としてはこれに限定するものではなく、両極のガス拡散層の外側に多孔質金属体を配置する場合をも含み、配置構成は燃料電池の用途や運転条件によって種々の構成を好ましく選択することができる。
【００２１】
ガス拡散層はガス拡散、透水、保湿、集電等の機能を担う燃料電池構成部材である。すなわち、ガス拡散層は、電極反応を効率良く行わせるために燃料ガスや酸化剤ガスを触媒の反応領域へ均一かつ充分に供給すること、過剰な反応生成水を触媒層から効率良く排出すること、電解質膜の乾燥を防止すること、さらに電極反応によって生じる電荷をセル外部に有効に取り出せること等が求められる部材からなる。これらの機能を満足するように、通常のガス拡散層は支持層とマイクロポーラス層の二層によって構成されている。支持層は数百ナノメートル以上数十マイクロメートル以下の細孔径分布を有する導電性の炭素基材であり、撥水処理が施されたカーボンクロス、カーボンペーパー、カーボン不織布等を好ましく用いることができる。また、マイクロポーラス層は種々の炭素微粒子と撥水剤とからなり、数ナノメートル以上数百ナノメートル以下の細孔径分布を有するように支持層上に形成される。ガス拡散層は上述のような発電性能に関わる重要な機能を持った燃料電池構成部材であるので、スタック構造やシステム運転条件から最適なものが適宜選択されている。
【００２２】
多孔質金属体は燃料ガスや酸化剤ガスをガス拡散層の表面に均一かつ充分に供給するとともに、集電機能を担う燃料電池構成部材である。例えば、発泡金属が用いられる。発泡金属には、数十ミクロン以上数ミリメートル以下の細孔径分布と７０パーセント以上９９パーセント以下の空孔率を有する、外部に対して開いた連続気孔構造の金属材料で、さらに耐腐食性と十分な機械強度を持つ導電性材料が好ましく用いることができる。
【００２３】
多孔質金属体はガス拡散層と異なり、それ自体は透水機能を持たないので、何らかの水排出手段を持たないと細孔が直ぐに閉塞してガス供給が遮断される。そこで、本発明は、多孔質金属体の表面の少なくとも一部に平均粗さＲａが５ｎｍ以上１μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のベーマイトアルミナを設けることを特徴とする。そして、ベーマイトアルミナを設けることにより、多孔質金属体の骨格表面のベーマイトアルミナで覆われた部分の水を速やかに拡散し、さらに大気中への蒸散を実現している。なお、本発明にいうベーマイトアルミナは擬ベーマイトアルミナを含む概念である。また、ベーマイトアルミナが設けられている多孔質金属体の表面の少なくとも一部とは、多孔質金属体の骨格表面の一部分のことである。
【００２４】
図２は、本発明におけるベーマイトアルミナを形成した多孔質金属体の内部を例示的に示した模式図である。図中、多孔質金属体４の骨格表面にベーマイトアルミナ５が形成されたものである。
【００２５】
図３は、本発明における多孔質金属体の骨格表面に形成したベーマイトアルミナの走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）写真である。ベーマイトアルミナ微細凹凸組織の平均粗さＲａの評価は、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）によって数値化したものである。平均粗さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４に準拠したもので、
【００２６】
【数１】
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【００２７】
と定義される。ここで、Ｌは基準長さ、ｆ（ｘ）は粗さ曲線である。
多孔質金属体表面に設けられているベーマイトアルミナは、アルミニウム化合物を含む塗布液を用いて製膜したアルミナ膜を温水処理することによって形成される。例えば、ディッピング等の方法により行うことができる。温水処理における温水の温度は、８０℃以上１００℃以下が好ましい。
【００２８】
また、温水処理の前に、アルミニウム化合物を含む塗布液を用いて製膜したアルミナ膜を熱処理するのが好ましい。熱処理温度は、８０℃以上１００℃以下が好ましい。
【００２９】
なお、接触抵抗を考慮すると、多孔質金属体表面のうち、他の燃料電池部材との電気的接触部分にはベーマイトアルミナを設けないことが好ましい。より具体的には、多孔質金属体表面のうち、ガス拡散層と接する部分や集電体と接する部分にはベーマイトアルミナを設けないようにすることが好ましい。
【００３０】
このような部分にベーマイトアルミナを設けないようにする方法としては、たとえば、上述したアルミニウム化合物を含む塗布液を用いたアルミナ膜の形成に先立って、前記多孔質金属体の表面の一部を樹脂で被覆し、ベーマイトアルミナ形成後、燃料電池の組み立て工程前に樹脂を除去する方法や、上述したアルミニウム化合物を含む液を塗布することによってアルミナ膜を形成する工程に先立って、前記多孔質金属体の表面の一部を金で被覆し、ベーマイトアルミナ形成後に金で被覆した面と前記ガス拡散層を含む燃料電池部材とを電気的に接触させて燃料電池を組み立てる方法等が挙げられる。
【００３１】
後者の場合、前記ガス拡散層を含む燃料電池部材との接触部位におけるベーマイトアルミナは、燃料電池スタック組み立て時の締結圧力で容易に剥落し金が表面に露出するために電気的な抵抗要因とはならない。
【００３２】
触媒層は、白金担持カーボン等を含むスラリーをスプレー法やデカール法により、高分子電解質膜に直接形成・接合してもよい。または、スクリーン印刷法やダイコーティング、ドクターブレード等によりガス拡散層上に形成したものを電解質膜に接合してもよい。本発明に関しては何れの構成の膜−電極接合体に対しても有効である。さらに言えば、触媒は白金酸化物、白金酸化物と白金以外の金属元素との複合酸化物、これらを還元してなる白金、または白金を含む多元金属からなるデンドライト乃至はナノフレーク構造の触媒をより好適に使用することができる。デンドライト乃至はナノフレーク構造の触媒は、反応性スパッタ、反応性イオンプレーティング等の簡易な反応性真空蒸着によって容易に形成することが可能である。
【００３３】
固体高分子電解質膜としては、テフロン（登録商標）骨格にスルホン酸基を末端につけた側鎖が結合した構造のパーフルオロスルホン酸ポリマーを好適に使用することができる。パーフルオロスルホン酸ポリマーはテフロン（登録商標）骨格が架橋しておらず、骨格部分がファンデルワールス力で結合した結晶を形成しており、さらにスルホン酸基はいくつかが凝集して逆ミセル構造をとっており、ここがプロトンＨ＋の伝導チャネルとなっている。
【００３４】
なお、プロトンＨ＋が電解質膜中をカソード側に向かって移動する場合には水分子を媒体として移動するので、電解質膜は水分子を保有する機能も有していなければならない。したがって、固体高分子電解質膜の機能としては、アノード側で生成したプロトンＨ＋をカソード側に伝達するとともに未反応の反応ガス（水素及び酸素）を通さないこと、所定の保水機能があることである。この条件を満たすものであれば、任意のものを選択して使用することができる。
【００３５】
以上述べた燃料電池部材、燃料電池構成を採用することによって、本発明の固体高分子型燃料電池を好ましく作製することができる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
本実施例は、電解質膜に白金担持カーボン触媒をスプレー塗布した膜−電極接合体を使用し、ガス拡散層として市販のカーボンペーパー、さらにカソード側のみ平均粗さＲａが５０ｎｍからなるベーマイトアルミナを形成した多孔質金属体を適用した例である。
【００３７】
以下、本実施例に係わる固体高分子型燃料電池の製造工程を詳細に説明する。
（工程１）
先ず、スプレー法にて高分子電解質膜にアノード及びカソード触媒層を直接形成する。すなわち、白金担持カーボン（Ｊｏｈｎｓｏｎ  Ｍａｔｔｈｅｙ製、ＨｉＳＰＥＣ４０００）、Ｎａｆｉｏｎ、ＰＴＦＥ、ＩＰＡ及び水を混錬して作製した触媒スラリーを、パルススプレー装置にてＮａｆｉｏｎ１１２電解質膜上に塗布して乾燥する。このときのセルサイズに適したマスクを使用して、一対の触媒層と電解質膜からなる膜−電極接合体を作製した。
【００３８】
（工程２）
次に本発明のベーマイトアルミナを形成した多孔質金属体を作製する。
予め洗浄と前処理を行った発泡金属（住友電工製、セルメット♯５）を濃度２ｍｏｌ％に調整したアルミナゾル溶液にディップして塗膜を形成し、２００℃、１時間の熱処理を行った。さらに１００℃の温水中に３０分間浸漬した後、１００℃で１０分間乾燥させ、多孔質金属体表面全体にベーマイトアルミナを形成した。
走査型プローブ顕微鏡によってベーマイトアルミナの平均粗さＲａを計測したところ約５０ｎｍであった。
【００３９】
（工程３）
工程１で作製した膜−電極接合体をガス拡散層としてのカーボンペーパー（Ｅ−ＴＥＫ製、ＬＴ  １２００−Ｎ）で挟み、さらにカソード側には工程２で作製したベーマイトアルミナ形成多孔質金属体を配置した構成で燃料電池単セルを作製した。
【００４０】
実施例２
本実施例は、カソード側のみ、ガス拡散層及び集電板と接触する部分以外に平均粗さＲａが１００ｎｍのベーマイトアルミナを形成した多孔質金属体を適用した例である。
【００４１】
以下、本実施例に係わる工程２以降を示し、その製造工程を詳細に説明する。工程１は実施例１と同じである。
【００４２】
（工程２）
本発明のベーマイトアルミナを形成した多孔質金属体を作製する。
予め洗浄と前処理を行った発泡金属（住友電工製、セルメット♯５）のガス拡散層及び集電板と電気的に接触する部分を樹脂でマスキング（被覆）した後、実施例１と同様に濃度調整したアルミナゾル溶液にディップして塗膜を形成し、２００℃、１時間の熱処理を行った。さらに１２０℃で３０分間ＵＶ／オゾンアッシング処理を行ってマスキングした樹脂を完全に除去した。さらに１００℃の温水中に３０分間浸漬した後、１００℃で１０分間乾燥させ、多孔質金属体の表面全体にベーマイトアルミナを形成した。走査型プローブ顕微鏡によってベーマイトアルミナの平均粗さＲａを計測したところ約１００ｎｍであった。
【００４３】
（工程３）
工程１で作製した膜−電極接合体を、ガス拡散層のカーボンペーパー（Ｅ−ＴＥＫ製、ＬＴ  １２００−Ｎ）で挟み、さらにカソード側には工程２で作製したベーマイトアルミナを形成した多孔質金属体を、前記樹脂を除去した部分をガス拡散層及び集電板に接するように配置した構成で燃料電池単セルを作製した。
【００４４】
実施例３
本実施例は、カソード側のみ、少なくともガス拡散層及び集電板と接触する部分を含む部位に金を蒸着した後、平均粗さＲａが１００ｎｍのベーマイトアルミナを形成した多孔質金属体を適用した例である。
【００４５】
以下、本実施例に係わる工程２以降を示し、その製造工程を詳細に説明する。工程１は実施例１と同じである。
【００４６】
（工程２）
本発明のベーマイトアルミナを形成した多孔質金属体を作製する。
予め洗浄と前処理を行った発泡金属（住友電工製、セルメット♯５）のガス拡散層及び集電板と電気的に接触する部分に金を２００ｎｍ蒸着する。
引き続き、実施例１と同様に濃度調整したアルミナゾル溶液にディップして塗膜を形成し、２００℃、１時間の熱処理を行った。さらに１００℃の温水中に３０分間浸漬した後、１００℃で１０分間乾燥させ、多孔質金属体の表面全体にベーマイトアルミナを形成した。走査型プローブ顕微鏡によってベーマイトアルミナの平均粗さＲａを計測したところ約１００ｎｍであった。
【００４７】
（工程３）
工程１で作製した膜−電極接合体を、ガス拡散層のカーボンペーパー（Ｅ−ＴＥＫ製、ＬＴ  １２００−Ｎ）で挟み、さらにカソード側には工程２で作製したベーマイトアルミナを形成した多孔質金属体をガス拡散層及び集電板に接するように配置した構成で燃料電池単セルを作製した。
【００４８】
比較例１
本比較例は、実施例１の工程２において温水によるベーマイト化処理を行わない、すなわち多孔質金属体表面全体に微粒子膜状のアルミナを形成した例である。
【００４９】
以下、本比較例に係わる工程２以降を示し、その製造工程を詳細に説明する。工程１は実施例１と同じである。
【００５０】
（工程２）
次に、アルミナ微粒子膜を形成した多孔質金属体を作製する。
予め洗浄と前処理を行った発泡金属（住友電工製、セルメット♯５）を濃度調整したアルミナゾル溶液にディップして塗膜を形成し、２００℃、１時間の熱処理を行い、アルミナ微粒子膜を形成した。
走査型プローブ顕微鏡によって、この微粒子膜の平均粗さＲａを計測したところ約２ｎｍであった。
【００５１】
（工程３）
工程１で作製した膜−電極接合体をガス拡散層としてのカーボンペーパー（Ｅ−ＴＥＫ製、ＬＴ  １２００−Ｎ）で挟み、さらにカソード側には工程２で作製したアルミナ微粒子膜を形成した多孔質金属体を配置した構成で燃料電池単セルを作製した。
【００５２】
比較例２
本比較例は、多孔質金属体の表面処理を行わない場合の例である。
以下、本比較例に係わる工程２を示し、その製造工程を詳細に説明する。工程１は実施例１と同じである。
【００５３】
（工程２）
工程１で作製した膜−電極接合体をガス拡散層としてのカーボンペーパー（Ｅ−ＴＥＫ製、ＬＴ  １２００−Ｎ）で挟み、さらにカソード側には表面処理を行っていない多孔質金属体を配置した構成で燃料電池単セルを作製した。
【００５４】
以上の実施例および比較例によって作製した単セルに関して、図４に示した構成の評価装置を用いて特性評価を行った。アノード電極側に水素ガスを供給し、カソード電極側を大気開放として、４００ｍＡ／ｃｍ２における定電流試験を行った。長時間運転後電圧の数値は、５０００秒運転した後の電圧値［Ｖ］を表す。その結果を下記の表１に示す。
【００５５】
【表１】
2008204950.tif 000004
【００５６】
以上の結果から、本発明の実施例１、２及び３の平均粗さＲａが５ｎｍ以上１μｍ以下のベーマイトアルミナを形成した多孔質金属体を使用した単セルスタックは、特に高湿環境において長時間にわたって安定的に発電可能であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の固体高分子型燃料電池は、多孔質金属体における生成水を速やかに吸水拡散と大気中へ蒸散して、高湿・高電流密度運転時においても長時間にわたって安定して運転できるので、自然吸気型小型燃料電池に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明における固体高分子型燃料電池単セルの部分断面構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明におけるベーマイトアルミナを形成した多孔質金属体の内部を例示的に示した模式図である。
【図３】本発明における多孔質金属体の骨格表面に形成したベーマイトアルミナの走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）写真である。
【図４】固体高分子型燃料電池の評価装置の模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  固体高分子電解質膜
２ａ  触媒層（アノード）
２ｂ  触媒層（カソード）
３ａ  ガス拡散層（アノード）
３ｂ  ガス拡散層（カソード）
４  多孔質金属体
５  ベーマイトアルミナ
６  空隙
７  膜−電極接合体
８  ベーマイトアルミナ形成多孔質金属体
【図１】
2008204950.tif 000005
【図２】
2008204950.tif 000006
【図４】
2008204950.tif 000007
【図３】
2008204950.tif 000008