(57)【要約】      （修正有）【課題】生成水をより排除し易くすることで集電性と酸化ガス及び／又は燃料の供給性をともに向上させることができるとともに、多孔体を採用することによる不具合を解消することができる燃料電池用電極、燃料電池のセル及び燃料電池のスタックを提供する。【解決手段】燃料電池用電極は、第１、２網材２１、２２と、第１、２網材２１、２２の一面側に一体に形成され、電解質膜２４と当接する触媒層２１ｃ、２２ｃと、第１、２網材２１、２２と触媒層２１ｃ、２２ｃとの間に設けられ、相互に連通する多くの細孔を有しつつ導電性を有する細孔層２１ｂ、２２ｂとを備えている。第１、２網材２１、２２は、板状をなして他面側に導電性材料製のプレート２３が設けられ、相互に連通する多くの空孔を有しつつ導電性を有し、各空孔によってプレート２３との間に空気室又は燃料室を構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状をなして一面側に導電性材料製のプレートが設けられ、相互に連通する多くの空孔を有しつつ導電性を有し、各該空孔によって該プレートとの間に空気室又は燃料室を構成する多孔体と、
該多孔体の他面側に一体に形成され、電解質膜と当接する触媒層と、
該多孔体と該触媒層との間に設けられ、相互に連通する多くの細孔を有しつつ導電性を有する細孔層とを備え、
前記細孔層は、前記多孔体と対面する全領域において、厚さ方向の一部が該多孔体と重なり、厚さ方向の残部が該多孔体と重なっていないことを特徴とする燃料電池用電極。
【請求項２】
前記多孔体は、三次元の網目状に形成された網材である請求項１記載の燃料電池用電極。
【請求項３】
前記多孔体は、前記網材を構成する繊維の密度が前記電解質膜側で高く、前記プレート側で低い請求項２記載の燃料電池用電極。
【請求項４】
前記多孔体には、前記プレート側に吸水性の排水層が全面に形成されている請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃料電池用電極。
【請求項５】
前記細孔層は撥水性を有する請求項１乃至４のいずれか１項記載の燃料電池用電極。
【請求項６】
前記細孔層は導電性のフィラーを含む請求項１乃至５のいずれか１項記載の燃料電池用電極。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項記載の燃料電池用電極からなるカソード極と、
該カソード極の一面側に設けられた前記プレートと、
該燃料電池用電極からなるアノード極と、
該アノード極の他面側に設けられた前記プレートと、
該カソード極の他面側と該アノード極の一面側との間に設けられ、前記触媒層と当接する前記電解質膜とを備えていることを特徴とする燃料電池のセル。
【請求項８】
前記プレートは、前記多孔体側に吸水性の排水層が全面に形成されている請求項７記載の燃料電池のセル。
【請求項９】
請求項７又は８記載のセルを多数電気的に直列に接続してなることを特徴とする燃料電池のスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用電極、燃料電池のセル及び燃料電池のスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２に示すように、特許文献１開示の一般的な燃料電池のセル１０は、導電性材料製のセパレータ１２、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１１及びセパレータ１２によって構成されている。セル１０を多数電気的に直列に接続してなるスタックは、隣り合うセル１０においてセパレータ１２を共通にしている。
【０００３】
各膜電極接合体１１は、ナフィオン（登録商標、Nafion（Dupon社製））等の固体高分子膜からなる電解質膜１１ａと、この電解質膜１１ａの一面に接合されて酸化ガスが供給されるカソード極１１ｂと、電解質膜１１ａの他面に接合されて燃料が供給されるアノード極１１ｃとを有している。カソード極１１ｂ及びアノード極１１ｃが燃料電池用電極である。
【０００４】
図１３に示すように、カソード極１１ｂは、電解質膜１１ａ側に位置する触媒層１３ａと、触媒層１３ａに隣接して酸化ガスを拡散する拡散層１３ｂとからなる。触媒層１３ａは、カーボン粒子に触媒が担持された触媒担持カーボンと、電解質の溶液とを有する。
【０００５】
アノード極１１ｃは、電解質膜１１ａ側に位置する触媒層１４ａと、触媒層１４ａに隣接して燃料を拡散する拡散層１４ｂとからなる。触媒層１４ａは、触媒担持カーボンと、電解質の溶液とを有する。
【０００６】
図１２に示すように、各セパレータ１２は各膜電極接合体１１を間に挟んで積層される。個々のセパレータ１２における各カソード極１１ｂ側の一面には酸化ガス流路１２ｂが複数本の溝状に形成されており、各アノード極１１ｃ側の他面には燃料流路１２ｃが複数本の溝状に形成されている。また、スタックに供給される酸化ガスは各セル１０の全ての酸化ガス流路１２ｂを流通するようになっており、スタックに供給される燃料は各セル１０の全ての燃料流路１２ｃを流通するようになっている。
【０００７】
このスタックにおいては、酸化ガス流路１２ｂに供給される酸化ガスと、燃料流路１２ｃに供給される燃料との電気化学反応により、起電力を生じる。この際、セパレータ１２の酸化ガス流路１２ｂ及び燃料流路１２ｃのピッチ及び深さを最適化することにより、集電性並びに酸化ガス及び燃料の供給性の両者が最適化されることとなる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２８８５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この電気化学反応は水の生成を伴う反応であるため、このセル１０及びスタックは、発生したその生成水により酸化ガス流路１２ｂ及び燃料流路１２ｃが閉塞され、反応が生じない部位が発生し、性能が低下する。
【００１０】
一方、このセル１０及びスタックにおける集電性に関しては、セパレータ１２の酸化ガス流路１２ｂ及び燃料流路１２ｃのピッチの影響を受けやすく、集電ロスが生じやすい。また、溝深さを変えると、ガスの流速が変化し、電極の入口側が乾く問題も発生する。
【００１１】
このため、出願人は、特願２００５−３６２５５６号において、新たな燃料電池用電極を提案した。この燃料電池用電極は、多孔体と、多孔体の他面側に一体に形成された触媒層と、多孔体と触媒層との間に設けられた細孔層（ＭＰＬ：Micro Porous Layer）とを備えたものである。
【００１２】
多孔体は板状をなしており、多孔体の一面側には導電性材料製のプレートが設けられる。また、多孔体は、相互に連通する多くの空孔を有しつつ導電性を有している。そして、多孔体は、各空孔によってプレートとの間で空気室又は燃料室を構成する。触媒層は、電解質膜と当接する。また、細孔層は、相互に連通する多くの細孔を有しつつ導電性を有するものである。
【００１３】
この燃料電池用電極では、集電性と酸化ガス又は燃料の供給性とをともに向上させることができる。
【００１４】
ところが、この燃料電池用電極では、多孔体が相互に連通する多くの空孔を有することに起因し、毛羽立ちやすい。このため、多孔体の毛羽が細孔層及び触媒層を突き抜け、電解質膜を傷付けてしまえば、燃料と酸化ガスとが短絡して起電力が得られない等の不具合を生じてしまう。
【００１５】
また、この燃料電池用電極では、多孔体がうねりを有しやすいことから、多孔体と細孔層との間に空所を生じやすく、生成水がその空所に溜まって供給性が損なわれるおそれもある。また、多孔体のうねりによって多孔体と細孔層とが点接触になりやすく、これによって熱の移動が困難になるとともに、電子抵抗が大きくなるおそれもある。これらの場合には、発電効率が低下してしまう。
【００１６】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、生成水の通る通路と酸化ガス及び燃料の通る通路とを明確にすることができ、これによって生成水をより排除し易くすることで集電性と酸化ガス及び／又は燃料の供給性をともに向上させることができるとともに、多孔体を採用することによる不具合を解消することができる燃料電池用電極、燃料電池のセル及び燃料電池のスタックを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の燃料電池用電極は、板状をなして一面側に導電性材料製のプレートが設けられ、相互に連通する多くの空孔を有しつつ導電性を有し、各該空孔によって該プレートとの間に空気室又は燃料室を構成する多孔体と、
該多孔体の他面側に一体に形成され、電解質膜と当接する触媒層と、
該多孔体と該触媒層との間に設けられ、相互に連通する多くの細孔を有しつつ導電性を有する細孔層とを備え、
前記細孔層は、前記多孔体と対面する全領域において、厚さ方向の一部が該多孔体と重なり、厚さ方向の残部が該多孔体と重なっていないことを特徴とする。
【００１８】
本発明の燃料電池用電極では、多孔体が相互に連通する各空孔によってプレートとの間で空気室又は燃料室を構成している。このように構成された空気室又は燃料室では、酸化ガス又は燃料の伝達を可能としながら、多孔体の表面張力によって生成水が多孔体の表面（生成水と通る通路となる。）を伝わって厚さ方向に拡散し、多孔体の空孔には生成水が詰まり難い。このため、この燃料電池用電極をカソード極やアノード極として用いたセルにおいては、酸化ガス及び燃料の通路となる空孔が水没することなく確保されるので、酸化ガス等の圧力損失を生じ難く、優れた酸化ガス及び燃料の供給性を発揮できる。
【００１９】
また、この空気室又は燃料室では、導電性の多孔体により、従来の溝流路と比較して面方向の集電間隔が短くなるため、優れた集電性も発揮できる。
【００２０】
さらに、この燃料電池用電極では、細孔層によって触媒層から多孔体に電子が移動しやすく、かつ触媒層内の余剰水が細孔層に移動し、触媒層は最適な湿潤状態に保たれるため、電気化学反応を阻害し難い。
【００２１】
また、この燃料電池用電極では、多孔体と対面する全領域において、細孔層が厚さ方向の一部で多孔体と重なっていることから、細孔層は多孔体に食い込んでいる。発明者らの試験結果によれば、細孔層の厚さの１／３以上又は５０μｍ以上のいずれか小さい方の値で細孔層が多孔体に食い込んでいることが好ましい。また、多孔体と対面する全領域において、細孔層が厚さ方向の残部で多孔体と重なっていないことから、細孔層と多孔体との間に空所を生じてない。このため、たとえ多孔体が毛羽立っていたとしても、多孔体の毛羽は、細孔層内に留まり、触媒層を突き抜けることがない。このため、電解質膜を傷付けることがなく、燃料と酸化ガスとが短絡することによる不具合を生じない。
【００２２】
また、この燃料電池用電極では、多孔体と細孔層との間に空所を生じていないことから、優れた酸化ガス及び燃料の供給性が維持される。また、多孔体と細孔層とが点接触になることはなく、熱が移動しやすいとともに、小さな電子抵抗も維持される。このため、優れた発電効率が維持される。
【００２３】
したがって、本発明の燃料電池用電極によれば、生成水の通る通路と酸化ガス及び燃料の通る通路とを明確にすることができ、これによって集電性と酸化ガス又は燃料の供給性とをともに向上させることができるとともに、多孔体を採用することによる不具合を解消することができる。このため、この燃料電池用電極を採用すれば、セル、ひいてはスタックの出力密度、発電効率が安定して向上する。
【００２４】
特開２０００−５８０７２号公報には、酸化ガス流路又は燃料流路となる複数本の溝をもつセパレータと、燃料電池用電極と、電解質膜とからなる燃料電池のセルが開示されている。燃料電池用電極は、電解質膜側に位置する触媒層と、触媒層に隣接する拡散層とからなる。拡散層は金属製の多孔体からなる。このセルでは、セパレータが酸化ガス等を伝達させながら、拡散層が電子、酸化ガス等、排水及び熱を伝達し、セパレータと拡散層とがともに酸化ガス等の伝達を担っている。このため、セルが厚くなり、発電効率の低下、出力密度の低下、燃料電池の大型化及びコスト増加の懸念がある。
【００２５】
この点、本発明の燃料電池用電極によれば、多孔体が酸化ガス等の伝達を行うことから、酸化ガス流路等のあるセパレータを採用する必要がなく、板状のプレートを採用できるため、従来の溝流路を形成するリブの分だけセルを薄くすることができ、発電効率の向上、出力密度の向上、燃料電池の小型化及びコスト低下の効果がある。
【００２６】
多孔体は板状をしている。多孔体の一面側には導電性材料製のプレートが設けられる。このプレートが従来のセパレータの機能を担う。多孔体は相互に連通する多くの空孔を有する。空孔は最小内径が５０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。また、多孔体は導電性を有する。
【００２７】
触媒層は、多孔体の他面側に一体に形成されている。触媒層は、カーボン粒子に触媒が担持された触媒担持カーボンと、電解質とを有し得る。この触媒層は電解質膜と当接する。
【００２８】
細孔層は多孔体と触媒層との間に設けられる。細孔層は、相互に連通する多くの細孔を有しつつ導電性を有する。細孔層を備える場合、触媒層から多孔体に電子が移動しやすく、かつ触媒層内の余剰水が細孔層に移動し、触媒層は最適な湿潤状態に保たれるため、電気化学反応を阻害し難い。細孔は、最小内径が０．０１〜数μｍであり、細孔分布のピークが１０μｍ以下であることが好ましい。細孔層の厚みは１００μｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
多孔体は、連続気泡をもつ発泡材であることもできるが、三次元の網目状に形成された網材であることが好ましい。網材を構成する繊維、密度等を選択することにより、空孔の大きさ、導電性、表面張力等を制御しやすいからである。繊維の直径は１００μｍ以下、気孔率は９０％以下、厚みは０．５〜２ｍｍ、親水性は水の接触角で５０°未満であることが好ましい。網材は織布又は不織布であり得る。電極面と直交する方向に金属繊維をなるべく配列させていることが好ましい。２種以上の線径の異なる繊維を用いたものであることが形状保持性の点で好ましい。ガス等の下流側に向かうに従って繊維の密度が高くなることが好ましい。
【００３０】
また、多孔体は、網材を構成する繊維の密度が電解質膜側で高く、プレート側で低いように、厚さ方向で傾斜構造とすることができる。プレート側の面となる繊維の径を太くすることによりこれを実現できる。これにより、プレート側の空孔径が相対的に大きく、電解質側の空孔径が相対的に小さくなるので、生成水の吸出し効果がより強調される。
【００３１】
繊維からなる網材を多孔体として採用する場合、網材は導電性を有する必要があることから、導電性の繊維を用いる。導電性の繊維としては、通常のチタン、ＳＵＳ、タンタル、ハステロイ等の耐食性及び導電性のある金属繊維の他、ニッケル、カーボン等の繊維を採用することができる。
【００３２】
導電性とともに親水性のある多孔体であることがより好ましい。網材に親水性を付与するためには、導電性及び親水性の繊維を用いたり、導電性の繊維と親水性の繊維とを同時に用いたりすることができる。導電性及び親水性の繊維としては、親水処理したニッケル、チタン、ＳＵＳ、タンタル、カーボン等の導電性繊維を採用することができる。親水処理としては、アルカリ処理、表面の酸化処理等を採用することができる。親水性の繊維としては、金属酸化物のウィスカー、植物繊維等を採用することができる。
【００３３】
多孔体には、プレート側に吸水性の排水層が全面に形成されていることが好ましい。この場合、多孔体の厚さ方向に拡散した水が排水層に集められ、自重や酸化ガス等の圧力によって好適に排出される。排水層における水の接触角は、５０°未満であることが好ましく、３０°未満であることがより好ましい。また、排水層の吸水率は５０％超であることが好ましい。
【００３４】
細孔層は撥水性を有することが好ましい。これにより細孔層内に移動した余剰水が細孔層から排出されやすく、触媒層は最適な湿潤状態に保たれるため、発電効率及び出力密度が向上する。このような細孔層は、カーボン粒子とポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」という。）粒子とからなり得る。ＰＴＦＥの混合量は２０〜７０質量％であることが好ましい。撥水性は水の接触角が９０°以上であることが好ましい。細孔層は、多孔体に５０μｍ以上食い込みながら、食い込み面の反対側は多孔体以上の平滑性を有することが好ましい。
【００３５】
細孔層は導電性のフィラーを含むこともできる。この場合、電子抵抗が小さくなって発電効率及び出力密度がより向上するとともに、細孔層の強度が向上して優れた耐久性を発揮する。
【００３６】
本発明の燃料電池用電極を用いて本発明の燃料電池のセルが構成され得る。本発明のセルは、上記燃料電池用電極からなるカソード極と、該カソード極の一面側に設けられた前記プレートと、該燃料電池用電極からなるアノード極と、該アノード極の他面側に設けられた前記プレートと、該カソード極の他面側と該アノード極の一面側との間に設けられ、前記触媒層と当接する前記電解質膜とを備えていることを特徴とする。
【００３７】
本発明のセルによれば、集電性と酸化ガス及び／又は燃料の供給性とをともに向上させることができる。
【００３８】
プレートは、多孔体側に吸水性の排水層が全面に形成されていることが好ましい。この場合、多孔体の排水層と同様、厚さ方向に拡散した水が排水層に集められ、自重や酸化ガス等の圧力によって好適に排出される。
【００３９】
本発明のセルを用いて本発明の燃料電池のスタックが構成され得る。本発明のスタックは、上記セルを多数電気的に直列に接続してなることを特徴とする。
【００４０】
本発明のスタックによれば、集電性と酸化ガス及び／又は燃料の供給性とをともに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明を具体化した実施例１〜３を図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００４２】
実施例１の燃料電池のスタックは、図１に示す板状の第１、２網材２１、２２を採用している。第１、２網材２１、２２は、チタン繊維からなる導電性及び親水性の繊維によって三次元の網目状に形成されている。第１、２網材２１、２２は、後述のプレート２３側の面となる繊維の径を太くすることにより、繊維の密度が後述の電解質膜２４側で高く、プレート２３側で低いように、厚さ方向で傾斜構造とされている。第１、２網材２１、２２における水の接触角は、それぞれ４０°、３０°である。
【００４３】
また、第１、２網材２１、２２の一面側には、カーボン粒子／ＰＴＦＥ／導電性フィラーからなる撥水性の細孔層２１ｂ、２２ｂが形成されている。細孔層２１ｂ、２２ｂにおける水の接触角は１２０°超である。また、細孔層２１ｂ、２２ｂのさらに一面側には、触媒層２１ｃ、２２ｃが形成されている。触媒層２１ｃ、２２ｃは、カーボン粒子に触媒が担持された触媒担持カーボンと、電解質とを有する。
【００４４】
第１、２網材２１、２２、細孔層２１ｂ、２２ｂ及び触媒層２１ｃ、２２ｃの部分拡大図を図２に示し、これらの界面の拡大図を図３に示す。図３に示すように、細孔層２１ｂ、２２ｂは、第１、２網材２１、２２と対面する全領域において、厚さ方向の一部が第１、２網材２１、２２と重なり、第１、２網材２１、２２に食い込んでいる。また、細孔層２１ｂ、２２ｂは、厚さ方向の残部が第１、２網材２１、２２と重なっておらず、細孔層２１ｂ、２２ｂと第１、２網材２１、２２との間に空所を生じてない。
【００４５】
また、このスタックは、図４に示す板状をなす導電性材料製のプレート２３も採用している。プレート２３の一面には、第１網材２１を収納する第１凹部２３ａが凹設されている。また、プレート２３の他面には、第２網材２２を収納する第２凹部２３ｂと、電解質膜２４（図５参照）を収納する第３凹部２３ｃとが凹設されている。
【００４６】
このプレート２３には、第１凹部２３ａの両端に連通する一対の酸化ガス通路２３ｄ、２３ｅが貫設されている。また、このプレート２３には、第２凹部２３ｂの両端に連通する図示しない一対の燃料通路も貫設されている。酸化ガス通路２３ｄ、２３ｅと燃料通路とは貫設される位置が９０度ずれている。
【００４７】
プレート２３の第１凹部２３ａに第１網材２１が収納される。この際、第１網材２１の触媒層２１ｃの反対側が第１凹部２３ａの底面と接触し、触媒層２１ｃ及び細孔層２１ｂが外側になるようにする。こうして、第１網材２１は繊維間の相互に連通する各空孔によってプレート２３との間で空気室を構成する。
【００４８】
また、プレート２３の第２凹部２３ｂに第２網材２２が収納される。この際、第２網材２２の触媒層２２ｃの反対側が第２凹部２３ｂの底面と接触し、触媒層２２ｃ及び細孔層２２ｂが外側になるようにする。こうして、第２網材２２は繊維間の相互に連通する各空孔によってプレート２３との間で燃料室を構成する。これにより１枚のセパレータ２０が得られる。
【００４９】
図５に示すように、セパレータ２０におけるプレート２３の第３凹部２３ｃには電解質膜２４が収納され、セパレータ２０、電解質膜２４及びセパレータ２０によってセル３０が構成される。電解質膜２４はナフィオン等の固体高分子膜からなる。
【００５０】
隣り合うセル３０はセパレータ２０を共通にしている。そして、図６に示すように、複数のセル３０が積層されて電気的に直列に接続され、スタック３１が構成される。スタック３１では、全てのセル３０の酸化ガス通路２３ｄ、２３ｅが連通しているとともに、全てのセル３０の燃料通路が連通している。燃料通路は、燃料供給口３１ａ及び燃料排出口３１ｂに連通している。
【００５１】
スタック３１の燃料供給口３１ａには、図７に示すように、バルブ３２を介して水素タンク３３が接続される。また、スタック３１の酸化ガス通路２３ｄ、２３ｅには、空気ファン３４によって酸化ガスとしての空気が供給されるようになっている。そして、スタック３１の両端のプレート２３は自動車のモータ等の負荷３５に電気的に接続され、スタック３１の下端はポンプ３６によって循環するようにラジエータ３７に接続されている。こうして燃料電池システムが構成される。
【００５２】
以上のように構成されたスタックにおいては、酸化ガス流路２３ｄ、２３ｅに供給される空気と、燃料流路に供給される水素との電気化学反応により、起電力を生じる。
【００５３】
この際、第１、２網材２１、２２の繊維間である空気室及び燃料室では、酸化ガス又は燃料の伝達を可能としながら、繊維による表面張力によって生成水や残留水が厚さ方向に拡散し、生成水や残留水が詰まり難い。このため、このスタック３１においては、空気及び水素の圧力損失を生じ難く、優れた供給性を発揮できる。
【００５４】
また、この空気室及び燃料室では、繊維による表面張力によって生成水や残留水が厚さ方向に拡散して乾き難く、また安定した接触面積を確保できる。このため、このスタック３１においては、優れた集電性も発揮できる。
【００５５】
さらに、第１、２網材２１、２２と触媒層２１ｃ、２２ｃとの間に撥水性の細孔層２１ｂ、２２ｂを備えているため、触媒層２１ｃ、２２ｃから第１、２網材２１、２２に電子が移動しやすく、かつ触媒層２１ｃ、２２ｃ内の水が細孔層２１ｂ、２２ｂに移動し、触媒層２１ｃ、２２ｃでの電気化学反応を阻害し難い。
【００５６】
また、このスタック３１では、図３に示すように、第１、２網材２１、２２と対面する全領域において、細孔層２１ｂ、２２ｂが第１、２網材２１、２２に食い込んでいるとともに、細孔層２１ｂ、２２ｂと第１、２網材２１、２２との間に空所を生じてない。このため、たとえ第１、２網材２１、２２が毛羽立っていたとしても、第１、２網材２１、２２の毛羽は、細孔層２１ｂ、２２ｂ内に留まり、触媒層２１ｃ、２２ｃを突き抜けることがない。このため、図５に示す電解質膜２４を傷付けることがなく、燃料と酸化ガスとが短絡することによる不具合を生じない。
【００５７】
仮に、図８に示すように、網材９１と細孔層９２との間に空所９３を生じていると、生成水９４がその空所９３に溜まって供給性が損なわれるおそれもある。また、図９に示すように、網材９１と細孔層９３とが点接触をしていると、熱の移動が困難になるとともに、電子抵抗が大きくなるおそれもある。これらの場合には、発電効率が低下してしまう。
【００５８】
この点、実施例１のスタック３１では、図３に示すように、第１、２網材２１、２２と細孔層２１ｂ、２２ｂとの間に空所を生じていないことから、優れた供給性が維持される。また、第１、２網材２１、２２と細孔層２１ｂ、２２ｂとが点接触になることはなく、熱が移動しやすいとともに、小さな電子抵抗も維持される。このため、優れた発電効率が維持される。
【００５９】
さらに、このスタック３１では、第１、２網材２１、２２がうねりを有していても、そのうねりを細孔層２１ｂ、２２ｂで吸収していることから、製造時の細孔層２１ｂ、２２ｂにクラックを生じることもない。このため、触媒は触媒層２１ｃ、２２ｃ内に安定して保持され、触媒利用率の低下を生じない。
【００６０】
したがって、このスタック３１によれば、集電性と酸化ガス又は燃料の供給性とをともに向上させることができるとともに、第１、２網材２１、２２を採用することによる不具合を解消することができる。このため、このスタック３１を採用すれば、高い出力密度及び発電効率を安定して発揮することができる。
【００６１】
また、実施例１のスタック３１によれば、第１、２網材２１、２２が酸化ガス等の伝達を行うことから、酸化ガス流路等のあるセパレータを採用する必要がなく、板状のプレート２３を採用できるため、セル３０を薄くすることができ、発電効率の向上、出力密度の向上、燃料電池の小型化及びコスト低下の効果がある。
【実施例２】
【００６２】
実施例２のスタックでは、図１０に示すように、第１、２網材２１、２２の一面側に導電性ポリマーからなる吸水性の排水層２１ｄ、２２ｄが全面に形成されている。排水層２１ｄ、２２ｄにおける水の接触角は３０°、吸水率は２００％である。他の構成は実施例１と同様である。
【００６３】
このスタック３１では、第１、２網材２１、２２のプレート２３側に排水層２１ｄ、２２ｄが全面に形成されているため、第１、２網材２１、２２の厚さ方向に拡散した水が排水層２１ｄ、２２ｄに集められ、排水層２１ｄ、２２ｄを伝わって液滴の水が自重や空気圧によって好適に空気室及び燃料室の外に排出される。他の作用効果は実施例１と同様である。
【実施例３】
【００６４】
実施例３のスタックでは、図１１に示すように、プレート２３の第１、２網材２１、２２金属酸化物からなる吸水性の排水層２３ｆ、２３ｇが全面に形成されている。他の構成は実施例１と同様である。
【００６５】
このスタック３１でも、第１、２網材２１、２２の排水層２１ｄ、２２ｄと同様、厚さ方向に拡散した水が排水層２３ｆ、２３ｇに集められ、排水層２３ｆ、２３ｇを伝わって液滴の水が自重や空気圧によって好適に空気室及び燃料室の外に排出される。
【００６６】
以上において、本発明を実施例１〜３に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜３に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、電気自動車等の移動用電源、屋外据え置き用電源、ポータブル電源等の燃料電池システムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施例１のスタックに用いる第１、２網材の断面図である。
【図２】図１の一部拡大断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ部の拡大断面図である。
【図４】実施例１のセパレータ等の断面図である。
【図５】実施例１のセルの断面図である。
【図６】実施例１のスタックの斜視図である。
【図７】実施例１の燃料電池システムの構成図である。
【図８】比較例の網材に係る図３と同様の拡大断面図である。
【図９】比較例の網材に係る図３と同様の拡大断面図である。
【図１０】実施例２のスタックに用いる第１、２網材の断面図である。
【図１１】実施例３のセパレータ等の断面図である。
【図１２】従来のセルの分解斜視図である。
【図１３】従来の膜電極接合体の模式拡大一部断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
２３…プレート
２１、２２…多孔体（第１、２網材）
２１ｃ、２２ｃ…触媒層
２４…電解質膜
２１ｂ、２２ｂ…細孔層
２１ｄ、２２ｄ、２３ｆ、２３ｇ…排水層
２０…セパレータ
３０…セル
３１…スタック
【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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