(57)【要約】【課題】高いガス拡散性を有し、かつ、高い排水性を有するガス拡散体１およびこのような拡散体を用いた膜−電極接合体４と燃料電池を提供する。【解決手段】複数本の炭素繊維からなる不織布であって、該不織布の表面に交差する方向に複数の貫通孔７を有するとともに、その少なくとも片側の表面に、カーボンブラックおよびフッ素樹脂を含むカーボン層３を有することを特徴とするガス拡散体１である。【選択図】図１
2004152584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の炭素繊維からなる不織布であって、その表面と交差する方向に複数の貫通孔を有するとともに、その少なくとも片側の表面にカーボンブラックおよびフッ素樹脂を含むカーボン層を有することを特徴とするガス拡散体。
【請求項２】
請求項１に記載のガス拡散体であって、前記不織布に撥水処理が施されていないことを特徴とするガス拡散体。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガス拡散体であって、前記不織布が親水性を有することを特徴とするガス拡散体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のガス拡散体であって、前記不織布の貫通孔の直径が０．０９〜０．６０ｍｍであることを特徴とするガス拡散体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のガス拡散体であって、前記不織布の貫通孔の数が５０〜６００個／ｃｍ２であることを特徴とするガス拡散体。
【請求項６】
固体高分子電解質膜の両表面に触媒担持炭素を含む触媒層を有し、さらに該両触媒層に接してガス拡散体を有する膜−電極接合体であって、該ガス拡散体の少なくとも片方に、請求項１〜５のいずれかに記載のガス拡散体が存在することを特徴とする膜−電極接合体。
【請求項７】
請求項６に記載の膜−電極接合体が用いられていることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極用材料、特に固体高分子型燃料電池のガス拡散体、膜−電極接合体および燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池電極のガス拡散体の材料としては、炭素短繊維を炭素で結着してなる炭素繊維不織布を用いたものが知られている（例えば特許文献１〜３）。
【０００３】
しかし、このような炭素繊維不織布を用いた固体高分子型燃料電池では、高電流密度域での発電反応において、カソード触媒で生成した水を効率よく系外に排出できず、溜まった生成水のため反応に必要な酸素をカソード触媒へ十分に供給できなくなり、電池の出力低下が生じるという問題があった。
【０００４】
上記のような問題に対して、その厚さ方向に貫通孔を有する炭素繊維不織布に撥水処理を施した材料がガス拡散体として提案されている（例えば特許文献４および５）。この従来技術では、炭素繊維不織布の厚さ方向に開けた貫通孔によりガス拡散性は向上するが、該不織布の表面の凹凸が大きくなるため、電気的接触を確保しにくくなり、また、膜−電極接合体を作成する際に該不織布が固体高分子電解質膜に突き刺さり、短絡を生じるという問題があった。
【０００５】
さらに、従来技術では、その厚さ方向に貫通孔を有する炭素繊維不織布に撥水処理を施したものをガス拡散体として用いるため、ガス拡散体内の水の透過性が低く、発電による生成水が蓄積するため、カソード触媒への酸素の拡散を阻害し、特に高電流密度域で電池特性が低下するという問題もあった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２０７１０号公報（第８頁、段落番号００３６）
【０００７】
【特許文献２】
特開平７−３２６３６２号公報（第３頁、段落番号００２８）
【０００８】
【特許文献３】
特開平７−２２０７３５号公報（第２頁、段落番号００１５）
【０００９】
【特許文献４】
特許２８２０４９２号公報（第３頁）
【００１０】
【特許文献５】
特開平８−１１１２２６号公報（第３頁、段落番号０００９）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の欠点を克服し、高いガス拡散性を有し、かつ、高い排水性を有するガス拡散体およびこのような拡散体を用いた膜−電極接合体と燃料電池を提供することをその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のガス拡散体は、上記目的を達成するため、複数本の炭素繊維からなる不織布であって、その表面と交差する方向に複数の貫通孔を有するとともに、その少なくとも片側の表面にカーボンブラックおよびフッ素樹脂を含むカーボン層を有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明のガス拡散体１およびこの拡散体が用いられている膜−電極接合体４の一例を示す部分断面図である。図１において、本発明に係るガス拡散体１は、複数本の炭素繊維が集合してなる炭素繊維不織布２を基材として、少なくともその片側の表面に、カーボンブラックおよびフッ素樹脂を含むカーボン層３を有する。また、本発明に係る膜−電極接合体４は、固体高分子電解質膜５の両表面に触媒層６、６を有し、さらに該両触媒層６、６に接してそれぞれガス拡散体１を有する。
【００１５】
以上が本発明の膜−電極接合体４の全体構成であるが、本発明のガス拡散体１に用いられる炭素繊維不織布２は、該不織布の表面に交差する方向に複数の貫通孔７を有し、ガス拡散性が高いため、燃料電池の発電反応に必要なガスを触媒層まで十分に供給できるという効果を有する。なお、ここで言う「交差する方向」とは、不織布の表面に対する垂直方向を含む他、不織布の表面に対して「多少の傾斜する方向」をも含む概念である。貫通孔７が不織布表面に対して垂直方向に設けられていると、ガス拡散性が向上するので好ましい。
【００１６】
炭素繊維不織布２としては、抄紙した炭素短繊維を炭素で結着してなるカーボンペーパー、炭素繊維の交絡のみにより形状を保持する乾式不織布、接着繊維や接着剤を用いる炭素繊維湿式不織布および乾式不織布などが好ましく用いられる。
【００１７】
本発明に係るガス拡散体１は、前述したように上記炭素繊維不織布２の少なくとも片側の表面にフッ素樹脂およびカーボンブラックを含むカーボン層３を有することを特徴とする。カーボン層３は、勿論炭素繊維不織布２の一部に浸入していてもよい。
【００１８】
このように炭素繊維不織布２の少なくともその片側の表面にカーボン層３を設けることにより、炭素繊維不織布２の貫通孔による凹凸が覆われ、ガス拡散体１のカーボン層３を有する面は平滑となるため、電気的接触を確保しやすくなるという効果を有する。また、カーボン層３は、膜−電極接合体４を作成する際にガス拡散体１が固体高分子電解質膜５に突き刺さり、短絡を生じるのを防ぐ作用効果をも有する。
【００１９】
カーボン層３に含まれるフッ素樹脂のカーボンブラックに対する重量比は０．０１〜０．７０が好ましく、０．０５〜０．６０がより好ましく、０．１０〜０．４０が更に好ましい。カーボン層３に含まれるフッ素樹脂のカーボンブラックに対する重量比が０．０１以上であると、カーボンブラックを繋げているフッ素樹脂のバインダー効果が大きくなるためカーボン層の強度が上がり、０．７０以下であると、高い導電性を有するカーボンブラックの割合が多くなるためガス拡散体の導電性が向上するという効果を有する。
【００２０】
ここで、フッ素樹脂とは、テトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、フッ化エチレンプロピレン樹脂（ＦＥＰ）、フッ化エチレンテトラフルオロエチレン樹脂（ＥＴＦＥ）など、その構造中にフッ素原子を含む撥水性を有する樹脂のことをいう。
【００２１】
また、カーボン層３の厚さは、５〜１００μｍが好ましく、１０〜５０μｍがより好ましく、２０〜４０μｍが更に好ましい。カーボン層の厚さが５μｍ以上であると、ガス拡散体１の表面平滑性が向上し、電気的接触を確保しやすくなるという効果を有する。カーボン層の厚さが１００μｍ以下であると、ガス拡散体１のガス拡散性および排水性の低下を防止できるという効果を有する。このカーボン層３は、フッ素樹脂とカーボンブラックに界面活性剤と水などを加えたペーストを、バーコートやダイコート方式により炭素繊維不織布２の表面に塗布し、乾燥し、焼結するか、さらにホットプレスすることにより設けることができる。
【００２２】
本発明に係るガス拡散体１を構成する炭素繊維不織布２は、撥水処理が施されていないのものが好ましい。撥水処理とは、炭素繊維不織布の表面に、フッ素樹脂などの撥水性物質を付着させたり、フッ素原子を導入したりして撥水性を付与する処理のことをいう。本発明でいう撥水処理が施されていない状態とは、炭素繊維不織布に含まれるフッ素量が２ｗｔ％以下が好ましく、１ｗｔ％以下がより好ましく、０．５ｗｔ％以下が更に好ましい。炭素繊維不織布に含まれるフッ素量は、ガス拡散体１からカーボン層３を剥がし取り、得られた炭素繊維不織布２をフラスコ燃焼−イオンクロマト法で分析することにより定量できる。炭素繊維不織布２は、撥水処理された炭素繊維不織布と比べ不織布内部に水が透過しやすく、排水性に優れる。
【００２３】
また、炭素繊維不織布２は親水性を有するのが好ましい。これにより不織布内部の水の透過性が更に高くなるため、排水性が更に向上する。炭素繊維不織布の表面に親水性を付与するには、該不織布表面に酸素などを含む官能基を導入するのが好ましく、酸素原子を含む官能基を導入する方法としては、炭素繊維不織布を陽極に配置する電解処理が好ましい。このような炭素繊維不織布２の表面の親水性を表す指標として、次式で定義される該不織布表面上の炭素原子数に対する酸素原子数の比（Ｏ／Ｃ）を用いることができる。
【００２４】
Ｏ／Ｃ＝（不織布表面上の酸素原子の比率）／（不織布表面上の炭素原子の比率）
炭素繊維不織布の表面上における、炭素原子および酸素原子の比率はＸ線光電子分光法により測定できる。炭素繊維不織布２の表面上の、炭素原子数に対する酸素原子数の比Ｏ／Ｃは０．０５〜０．１５が好ましく、０．０７〜０．１４がより好ましく、０．０９〜０．１３が更に好ましい。炭素繊維不織布表面のＯ／Ｃが０．０５以上であると該不織布の表面の親水性が高くなり、炭素繊維不織布内部の水の透過性が向上する。該不織布の表面のＯ／Ｃが０．１５以下であると、貫通孔部分への水が広がりが抑えられ、貫通孔７の水詰まりによるガス拡散性低下を防止できるという効果を有する。
【００２５】
本発明に係るガス拡散体１を構成する炭素繊維不織布２の、表面と交差する方向の貫通孔７の直径は０．０９〜０．６０ｍｍが好ましく、０．１１〜０．５０ｍｍがより好ましく、０．１３〜０．３９ｍｍが更に好ましい。貫通孔７の直径が０．０９ｍｍ以上であるとガス拡散体１のガス拡散性が向上し、０．６０ｍｍ以下であると炭素繊維不織布２の貫通孔７の凹凸による表面平滑性の低下を軽減できる。
【００２６】
本発明に係るガス拡散体１を構成する炭素繊維不織布２の、表面と交差する方向の貫通孔７の数は５０〜６００個／ｃｍ２であり、７５〜５５０個／ｃｍ２がより好ましく、１００〜５００個／ｃｍ２が更に好ましい。貫通孔の数が５０個／ｃｍ２以上であるとガス拡散体１のガス拡散性が向上し、６００個／ｃｍ２以下であるとガス拡散体１の強度、ハンドリング性の低下を防止できる。貫通孔７の直径および個数は、光学顕微鏡などで測定できる。
【００２７】
本発明に係る膜−電極接合体４は、両ガス拡散体６、６のうち少なくとも片側に上記ガス拡散体１が存在する。この場合、上記ガス拡散体１を用いた側をカソード側とすることが好ましい。触媒層６は、固体高分子電解質と触媒担持カーボンを含む層からなる。触媒には白金を用いることが好ましい。アノード側に一酸化炭素を含む改質ガスが供給される場合、白金およびルテニウムをアノード側の触媒として用いることが好ましい。固体高分子電解質５は、プロトン伝導性、耐酸化性、耐熱性が高い、パーフルオロスルホン酸系の高分子を材料としたものが好ましい。
【００２８】
本発明に係る膜−電極接合体４は、少なくともカソード側に、高いガス拡散性を有し、かつ、高い排水性を有する上記ガス拡散体１を電極材料として用いる。ガス拡散体１を構成する炭素繊維不織布２は、水透過性に優れ排水性が高いため、発電反応による生成水を効率よく系外に排出する。また、該不織布２が有する貫通孔７を通って、カソード触媒へは反応に必要な酸素が十分に供給される。したがって、本発明に係る膜−電極接合体４は非常に高い電池特性を示す。
【００２９】
本発明に係る固体高分子型燃料電池は、図１に示す膜−電極接合体４の両側にガスケットを介してセパレータで挟んだものを複数枚重ね合わせたものである。前述した非常に高い電池特性を示す上記膜−電極接合体４を用いるため、本発明で提案する燃料電池は非常に高い性能を示す。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
図１において、東レ株式会社製カーボンペーパー  ＴＧＰ−Ｈ−０６０に、直径０．２４ｍｍ、数が２００個／ｃｍ２の貫通孔７を均一に開けたものを炭素繊維不織布２として用いた。Ｘ線分光分析法により、上記炭素繊維不織布２の表面組成を測定し、該不織布の表面上の炭素原子数に対する酸素原子数の比（Ｏ／Ｃ）を算出したところ０．００１であった。
【００３１】
上記炭素繊維不織布２を用いて固体高分子型燃料電池を作成し、１．０Ａ／ｃｍ２の電流を流したときの電圧を測定したところ、０．４８Ｖであった。その値を燃料電池としての性能を表す指標とした。測定結果を後述の表１に示す。
【００３２】
炭素繊維不織布を用いた固体高分子型燃料電池の作成方法、および、作成した燃料電池を用いて１．０Ａ／ｃｍ２の電流を流したときの電圧の測定方法を以下に示す。
【００３３】
（燃料電池の電圧測定方法）
炭素繊維不織布２に、厚さ２００μｍのポリエステルフィルムを用いて作成したスペーサーと、厚みが１ｍｍのステンレス製のプレートを用いてカーボン塗液を塗布した。塗布したカーボン塗液は、固形分がアセチレンブラック（電気化学工業株式会社製  デンカブラック）、ＰＴＦＥ（ダイキン工業株式会社製  ポリフロンＰＴＦＥディスパージョンＤ−１）、界面活性剤（ナカライテスク株式会社製  ＴＲＩＴＯＮ  Ｘ−１１４）からなり、その割合が４：１：８となるようにし、更に精製水を加え、固形分が全体の２０．０ｗｔ％となるように調整した。カーボン層３を設けた炭素繊維不織布２を、３８０℃のオーブンで１０分間熱処理した後、温度が２００℃、面圧が３ＭＰａのバッチプレスで５分間ホットプレスすることにより、それぞれガス拡散体１を得た。
【００３４】
白金担持炭素（田中貴金属株式会社製  白金担持量５０ｗｔ％）１．００ｇ、精製水  １．００ｇ、Ｎａｆｉｏｎ溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ社製  Ｎａｆｉｏｎ  ５．０ｗｔ％）８．００ｇ、イソプロピルアルコール（ナカライテスク株式会社製）１８．００ｇを順に加えることにより、触媒液を作成した。
【００３５】
ＰＴＦＥシート（ニチアス株式会社製  ナフロンテープ  ＴＯＭＢＯ９００１）上に、上記触媒液を５ｃｍ２  の正方形にスプレーし、乾燥させることにより、白金量が０．５ｍｇ／ｃｍ２  である触媒層付きＰＴＦＥシートを得た。５ｃｍ×５ｃｍに切り出した固体高分子電解質膜５（ＤｕＰｏｎｔ株式会社製  Ｎａｆｉｏｎ１１２）を、上記触媒層付きＰＴＦＥシートで挟み、１３０℃、５ＭＰａで５分間バッチプレスすることにより固体高分子電解質膜５に触媒層６を転写した。プレス後、ＰＴＦＥシートを剥がし、触媒層付き固体高分子電解質膜を得た。
【００３６】
次にガス拡散体１から、５ｃｍ２  の正方形のサイズのものを２枚切り出した。切り出したガス拡散体１で上記触媒層付き固体高分子電解質膜を挟み、１３０℃、２ＭＰａで５分間バッチプレスすることにより、膜−電極接合体４を得た。なお、ガス拡散体１は、カーボン層３を有する面を触媒層６側と接するように配置した。
【００３７】
得られた膜−電極接合体４を燃料電池評価用単セルに組み込み、常圧の水素および空気を供給し、運転温度は７０℃とした。水素および空気は、それぞれ８０℃および６０℃に設定した加湿ポットにより加湿を行った。また、水素および空気の利用率はそれぞれ７０％および４０％とした。上記膜−電極接合体４を用いて燃料電池の１．０Ａ／ｃｍ２  における電圧値を測定した。
【００３８】
（実施例２）
東レ株式会社製カーボンペーパー  ＴＧＰ−Ｈ−０６０に、直径０．１３ｍｍ、数が５００個／ｃｍ２の貫通孔７を均一に開けたものを炭素繊維不織布２として用いた。Ｘ線分光分析法により、上記炭素繊維不織布２の表面組成を測定し、該不織布２の表面上の炭素原子数に対する酸素原子数の比（Ｏ／Ｃ）を算出したところ０．００１であった。
【００３９】
実施例１と同様にして、炭素繊維不織布２を用いて固体高分子型燃料電池を作成し１．０Ａ／ｃｍ２の電流を流したときの電圧を測定したところ、０．４７Ｖであった。測定結果を表１に示す。
【００４０】
（実施例３）
東レ株式会社製カーボンペーパー  ＴＧＰ−Ｈ−０６０に、直径０．３９ｍｍ、数が１００個／ｃｍ２の貫通孔７を均一に開けたものを炭素繊維不織布２として用いた。Ｘ線分光分析法により、上記炭素繊維不織布２の表面組成を測定し、該不織布の表面上の炭素原子数に対する酸素原子数の比（Ｏ／Ｃ）を算出したところ０．００１であった。
【００４１】
実施例１と同様にして、炭素繊維不織布２を用いて固体高分子型燃料電池を作成し１．０Ａ／ｃｍ２の電流を流したときの電圧を測定したところ、０．４７Ｖであった。測定結果を表１に示す。
【００４２】
（実施例４）
東レ株式会社製カーボンペーパー  ＴＧＰ−Ｈ−０６０に、直径０．２４ｍｍ、数が２００個／ｃｍ２の貫通孔７を均一に開けた。
【００４３】
０．１Ｎ硫酸５００ｍｌをビーカーに入れ、陰極１２に炭素板、陽極１１に８ｃｍ×８ｃｍに切り取った上記カーボンペーパーを用いて電解処理を行った。電解処理は４４．０ｍＡの電流を１２５秒間流すことにより行った。電解処理後のカーボンペーパーを精製水で洗浄後、１００℃のオーブンで１０分間乾燥させることにより親水処理済み炭素繊維不織布２を得た。Ｘ線分光分析法により、上記親水処理済み炭素繊維不織布２の表面組成を測定し、該不織布の表面上の炭素原子数に対する酸素原子数の比（Ｏ／Ｃ）を算出したところ０．１１であった。
【００４４】
実施例１と同様にして、炭素繊維不織布２を用いて固体高分子型燃料電池を作成し１．０Ａ／ｃｍ２の電流を流したときの電圧を測定したところ、０．５１Ｖであった。測定結果を表１に示す。
【００４５】
（比較例１）
東レ株式会社製カーボンペーパー  ＴＧＰ−Ｈ−０６０に、直径０．２４ｍｍ、数が２００個／ｃｍ２の貫通孔を均一に開けたものを炭素繊維不織布として用いた。
【００４６】
Ｘ線分光分析法により、上記炭素繊維不織布の表面組成を測定し、該不織布の表面上の炭素原子数に対する酸素原子数の比（Ｏ／Ｃ）を算出したところ０．００１であった。
【００４７】
実施例１と同様にして、炭素繊維不織布を用いて固体高分子型燃料電池を作成した。ただし、炭素繊維不織布にカーボン層は設けず、炭素繊維不織布をそのままガス拡散体として用いた。作成した燃料電池は１．０Ａ／ｃｍ２の電流を取り出せず電圧は０Ｖとなった。測定結果を表１に示す。
【００４８】
（比較例２）
東レ株式会社製カーボンペーパー  ＴＧＰ−Ｈ−０６０に、直径０．６３ｍｍ、数が４０個／ｃｍ２の貫通孔を均一に開けたものを炭素繊維不織布として用いた。
【００４９】
Ｘ線分光分析法により、上記炭素繊維不織布の表面組成を測定し、該不織布の表面上の炭素原子数に対する酸素原子数の比（Ｏ／Ｃ）を算出したところ０．００１であった。
【００５０】
実施例１と同様にして、炭素繊維不織布を用いて固体高分子型燃料電池を作成し１．０Ａ／ｃｍ２の電流を流したときの電圧を測定したところ、０．３３Ｖであった。測定結果を表１に示す。
【００５１】
（比較例３）
東レ株式会社製カーボンペーパー  ＴＧＰ−Ｈ−０６０に、直径０．０８ｍｍ、数が７００個／ｃｍ２の貫通孔を均一に開けたものを炭素繊維不織布として用いた。
【００５２】
Ｘ線分光分析法により、上記炭素繊維不織布の表面組成を測定し、該不織布の表面上の炭素原子数に対する酸素原子数の比（Ｏ／Ｃ）を算出したところ０．００１であった。
【００５３】
実施例１と同様にして、炭素繊維不織布を用いて固体高分子型燃料電池を作成し１．０Ａ／ｃｍ２の電流を流したときの電圧を測定したところ、０．３９Ｖであった。測定結果を表１に示す。
【００５４】
（実施例４）
東レ株式会社製カーボンペーパー  ＴＧＰ−Ｈ−０６０に、直径０．２４ｍｍ、数が２００個／ｃｍ２の貫通孔を均一に開けた。
【００５５】
ポリフロンＰＴＦＥディスパージョンＤ−１（ダイキン工業株式会社製）に精製水を加えてＰＴＦＥ濃度を１６ｗｔ％に調整した。調整したＰＴＦＥディスパージョンに上記カーボンペーパーを浸漬後、余分なディスパージョンを除去し、１００℃に設定したオーブンで１０分間乾燥させることにより、乾燥後の全体重量に対するＰＴＦＥの割合が２０ｗｔ％となった。
【００５６】
得られたＰＴＦＥ含浸カーボンペーパーを炭素繊維不織布として用い、実施例１と同様にして固体高分子型燃料電池を作成、１．０Ａ／ｃｍ２の電流を流したときの電圧を測定したところ、０．３５Ｖであった。測定結果を表１に示す。
【００５７】
（実施例５）
東レ株式会社製カーボンペーパー  ＴＧＰ−Ｈ−０６０に、直径０．２４ｍｍ、数が２００個／ｃｍ２の貫通孔を均一に開けた。
【００５８】
０．１Ｎ硫酸５００ｍｌをビーカーに入れ、陰極１２に炭素板、陽極１１に８ｃｍ×８ｃｍに切り取った上記カーボンペーパーを用いて電解処理を行った。電解処理は４４．０ｍＡの電流を５００秒間流すことにより行った。電解処理後のカーボンペーパーを精製水で洗浄後、１００℃のオーブンで１０分間乾燥させることにより親水処理済み炭素繊維不織布を得た。Ｘ線分光分析法により、上記親水処理済み炭素繊維不織布の表面組成を測定し、該不織布の表面上の炭素原子数に対する酸素原子数の比（Ｏ／Ｃ）を算出したところ０．１８であった。
【００５９】
実施例１と同様にして、炭素繊維不織布を用いて固体高分子型燃料電池を作成し１．０Ａ／ｃｍ２の電流を流したときの電圧を測定したところ、０．１９Ｖであった。測定結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
2004152584.tif 000003
【００６１】
表１に示すとおり、本発明で提供する実施例１〜４のガス拡散体は、高いガス拡散性と排水性とを有しているため、これらのガス拡散体を用いた燃料電池は高い性能を示した。ガス拡散体を構成する炭素繊維不織布の表面に適切な親水性を有する実施例４の燃料電池は特に高い電池特性を示した。
【００６２】
これに対し、炭素繊維不織布にカーボン層を有しないガス拡散体を用いた比較例１の燃料電池は非常に低い性能であった。ガス拡散体を構成する炭素繊維不織布の貫通孔の直径が大きすぎる比較例２、および貫通孔の個数が多すぎる比較例３の燃料電池も低い性能であった。また、更に、ガス拡散体を構成する炭素繊維不織布の表面にフッ素樹脂で撥水処理を施した実施例４、および過度の親水性を付与した実施例５の燃料電池も低い特性であった。
【００６３】
従って、高いガス拡散性を有し、かつ、高い排水性を有するガス拡散体を提供するという本発明の目的は、複数本の炭素繊維からなる不織布であって、該不織布の表面と交差する方向に複数の貫通孔を有する炭素繊維不織布２の、少なくとも片側の表面に、カーボンブラックおよびフッ素樹脂を含むカーボン層３を有することを特徴とするガス拡散体１によって達成される。
【００６４】
【発明の効果】
本発明で提供するガス拡散体は、該ガス拡散体を構成する炭素繊維不織布の表面と交差する方向に貫通孔を有し、その不織布の少なくとも片側の表面に、カーボンブラックおよびフッ素樹脂を含むカーボン層を有するため、高いガス拡散性を有し、かつ、高い排水性を有する。
【００６５】
したがって、本発明によれば、高いガス拡散性を有し、かつ、高い排水性を有するガス拡散体、高性能な膜−電極接合体、および燃料電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス拡散体が用いられている膜−電極接合体の部分断面図である。
【符号の説明】
１：ガス拡散体
２：炭素繊維不織布
３：カーボン層
４：膜−電極接合体
５：固体高分子電解質膜
６：触媒層
７：貫通孔
【図１】
2004152584.tif 000004