(57)【要約】【課題】  保水性の優れたガス拡散層を備えた燃料電池を提供する。【解決手段】  ガス拡散層を異形断面炭素繊維を用いて構成する。この断面形状の例として、十字型、Ｘ型、Ｙ型、Ｗ型、Ｈ型、Ｌ型、星型、多葉形状などがあげられる。ガス拡散層を異形断面炭素繊維で構成することで、突出部の間に挟まれた凹部において水分を保持することができ、保水性の優れたガス拡散層を実現できる。【選択図】  図２
2004200153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、この電解質膜に設けられた第１電極および第２電極を備えた燃料電池であって、
前記第１電極または前記第２電極の少なくとも一方は、異形断面炭素繊維を含むガス拡散層を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記異形断面炭素繊維は、その断面に凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記凹部は、ガス拡散層に水分を保持する機能をもたせることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記異形断面炭素繊維の異形度が１．３以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記異形断面炭素繊維の断面における重心から外周までの最長距離Ｒと、最短距離ｒとの比（Ｒ／ｒ）が、１．２以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記異形断面炭素繊維の断面形状が、十字型、Ｘ型、Ｙ型、Ｗ型、Ｈ型、Ｌ型、星型、多葉形状のいずれかであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７】
前記ガス拡散層は、異形断面炭素繊維と、円形断面炭素繊維を混在させて形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記ガス拡散層は、異形断面炭素繊維のみ、または異形断面炭素繊維と円形断面炭素繊維とを所定の割合で混在させた繊維束からなる織布状に形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項９】
前記ガス拡散層は、異形断面炭素繊維のみ、または異形断面炭素繊維と円形断面炭素繊維とを所定の割合で混在させて不織布状または紙状に形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記ガス拡散層は、フッ素樹脂で撥水処理されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記ガス拡散層は、その表面または内部にカーボン粒子を塗布または詰め込まれることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１２】
当該燃料電池は、１００℃以上の温度で発電することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１３】
当該燃料電池は、低湿潤条件下で運転可能であることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１４】
異形断面炭素繊維を含む燃料電池ガス拡散層材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に関し、特にガス拡散層を備えた燃料電池およびガス拡散層材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー変換効率が高く、かつ、発電反応により有害物質を発生しない燃料電池が注目を浴びている。こうした燃料電池の一つとして、１００℃以下の低温で作動する固体高分子型燃料電池が知られている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池は、電解質膜である固体高分子膜を燃料極と空気極との間に配した基本構造を有し、燃料極に水素、空気極に酸素を供給することにより、以下の電気化学反応により発電する。
燃料極：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-（１）
空気極：１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ（２）
燃料極および空気極は、触媒層とガス拡散層が積層した構造からなる。各電極の触媒層が固体高分子膜を挟んで対向配置され、燃料電池を構成する。触媒層は、触媒を担持した炭素粒子がイオン交換樹脂により結着されてなる層である。ガス拡散層は酸素や水素の通過経路となる。発電反応は、触媒層における触媒、イオン交換樹脂および反応物質（水素または酸素）のいわゆる三相界面において進行する。
【０００４】
燃料極においては、供給された燃料ガス中に含まれる水素が上記式（１）に示されるように水素イオンと電子に分解される。このうち水素イオンは固体高分子電解質膜の内部を空気極に向かって移動し、電子は外部回路を通って空気極に移動する。一方、空気極においては、供給された空気に含まれる酸素が燃料極から移動してきた水素イオンおよび電子と反応し、上記式（２）に示されるように水が生成される。このように、外部回路において燃料極から空気極に向かって電子が移動することにより、電力を取り出すことができる。
【０００５】
こうした固体高分子型燃料電池において、ガス拡散層は、供給される水素ガス又は空気を触媒層に供給する役割を果たす。しかしながら、過剰な水ぬれにより、ガス拡散層中に水の膜が生成されると、ガス透過性が低下する状況が発生し、燃料電池の発電特性が低下してしまう。このガス透過性の低下を抑制するために、カーボンペーパーなどの多孔性基板、すなわちガス拡散層をフッ素樹脂などで撥水処理する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−２８９７２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところでガス拡散層は、ガス透過性の向上を要求されるとともに、燃料ガスや空気中に水蒸気または液体状で含まれる加湿用水分を電解質膜に供給し、また過剰な加湿用水分や反応生成水などを外部に放出する必要がある。その一方で、電解質膜や触媒層は、ある程度湿潤である必要があるため、その外側に位置するガス拡散層には水分を保持する保水性も要求される。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、保水性や水移動性などに優れたガス拡散層およびこのガス拡散層を備えた燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、電解質膜と、この電解質膜に設けられた第１電極および第２電極を備えた燃料電池であって、第１電極または第２電極の少なくとも一方は、異形断面炭素繊維を含むガス拡散層を備える燃料電池を提供する。この態様の燃料電池は、異形断面炭素繊維において水分を保有することにより、保水性を向上できる。異形断面炭素繊維は、その断面に、水分を吸着するための凹部を有することが好ましい。凹部を設けることにより、ガス拡散層の保水性が向上することになる。
【０００８】
保水性を維持するために、異形断面炭素繊維の異形度が１．３以上であることが好ましい。また別の観点からは、異形断面炭素繊維の断面における重心から外周までの最長距離Ｒと、最短距離ｒとの比（Ｒ／ｒ）が、１．２以上であることが好ましい。異形断面炭素繊維の断面形状は、十字型、Ｘ型、Ｙ型、Ｗ型、Ｈ型、Ｌ型、星型、多葉形状のいずれかであってもよい。
【０００９】
ここでガス拡散層は、異形断面炭素繊維と、円形断面炭素繊維を混在させて形成されてもよい。例えばガス拡散層は、異形断面炭素繊維のみ、または異形断面炭素繊維と円形断面炭素繊維とを所定の割合で混在させた繊維束からなる織布状に形成されてもよく、また異形断面炭素繊維のみ、または異形断面炭素繊維と円形断面炭素繊維とを所定の割合で混在させて不織布状または紙状に形成されてもよい。
【００１０】
ガス拡散層は、ガス透過性を向上するために、フッ素樹脂で撥水処理されてもよい。撥水処理は、ガス拡散層の表面または内部をフッ素樹脂でコーティングしてもよく、その表面または内部にフッ素樹脂粒子が塗布または詰め込まれてもよい。またガス拡散層は、水移動性を向上するために、その表面または内部にカーボン粒子が塗布または詰め込まれてもよい。
【００１１】
当該燃料電池は、１００℃以上の温度で発電するものであってもよい。１００℃以上の温度で発電する場合であっても、異形断面炭素繊維を含むガス拡散層を含むことで、吸湿性および放湿性を上げることができるため、安定した運転が可能となる。また、当該燃料電池は、低湿潤条件下で運転可能であるものであってもよい。この場合も、異形断面炭素繊維を含むガス拡散層を含むことで、放湿性を上げることができるため、安定した運転が可能となる。
【００１２】
また本発明の別の態様は、異形断面炭素繊維を含む燃料電池ガス拡散層材料を提供する。
以上の燃料電池の製造方法、およびガス拡散層として機能する燃料電池用基体、さらにはその製造方法を表現したものも、本発明として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、保水性および水移動性の優れたガス拡散層、およびこのようなガス拡散層を備えた燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態にかかる燃料電池１０の断面構造を模式的に示す。燃料電池１０は平板状のセル５０を備え、このセル５０の両側にはセパレータ３４およびセパレータ３６が設けられる。この例では一つのセル５０のみを示すが、セパレータ３４やセパレータ３６を介して複数のセル５０を積層して、燃料電池１０が構成されてもよい。セル５０は、固体高分子電解質膜２０、燃料極２２および空気極２４とを有する。燃料極２２および空気極２４を「触媒電極」と呼んでもよい。燃料極２２は、積層した触媒層２６およびガス拡散層２８を有し、同様に空気極２４も、積層した触媒層３０およびガス拡散層３２を有する。燃料極２２の触媒層２６と空気極２４の触媒層３０は、固体高分子電解質膜２０を挟んで対向するように設けられる。
【００１５】
燃料極２２側に設けられるセパレータ３４にはガス流路３８が設けられており、このガス流路３８を通じてセル５０に燃料ガスが供給される。同様に、空気極２４側に設けられるセパレータ３６にもガス流路４０が設けられ、このガス流路４０を通じてセル５０に酸化剤ガスが供給される。具体的には、燃料電池１０の運転時、ガス流路３８から燃料極２２に燃料ガス、例えば水素ガスが供給され、ガス流路４０から空気極２４に酸化剤ガス、例えば空気が供給される。これにより、セル５０内で発電反応が生じる。ガス拡散層２８を介して触媒層２６に水素ガスが供給されると、ガス中の水素がプロトン、すなわち水素イオンとなり、このプロトンが固体高分子電解質膜２０中を空気極２４側へ移動する。このとき放出される電子は外部回路に移動し、外部回路から空気極２４に流れ込む。一方、ガス拡散層３２を介して触媒層３０に空気が供給されると、空気中の酸素がプロトンと結合して水となる。この結果、外部回路においては燃料極２２から空気極２４に向かって電子が流れることとなり、電力を取り出すことができる。
【００１６】
固体高分子電解質膜２０は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示し、燃料極２２および空気極２４の間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。固体高分子電解質膜２０は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、含フッ素重合体としてスルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体などを用いることができ、また非フッ素重合体として、スルホン化芳香族ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホンなどを用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２などがあげられる。
【００１７】
燃料極２２におけるガス拡散層２８および空気極２４におけるガス拡散層３２は、供給される水素ガス又は空気を触媒層２６および触媒層３０に供給する機能をもつ。また発電反応により生じる電荷を外部回路に移動させる機能や、水や未反応ガスなどを外部に放出する機能ももつ。ガス拡散層２８およびガス拡散層３２は、電子伝導性を有する多孔性基体で構成されることが好ましく、例えばカーボンペーパーやカーボンクロス、カーボン不織布などで構成される。
【００１８】
燃料極２２における触媒層２６および空気極２４における触媒層３０は、多孔膜であり、少なくともイオン交換樹脂と、触媒を担持した炭素粒子とから構成されるのが好ましい。担持される触媒には、例えば白金、金、銀、ロジウム、ルテニウムなどの貴金属あるいはこれらを含んだ合金などがある。また触媒を担持する炭素粒子には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、カーボンナノチューブなどがある。
【００１９】
イオン交換樹脂は、炭素粒子に担持された触媒と固体高分子電解質膜２０間のプロトン伝導経路としての機能をもつ。したがって、イオン交換樹脂にはプロトン伝導性が要求される。また触媒まで水素や酸素を拡散させるために、ある程度のガス透過性が要求される。イオン交換樹脂は、固体高分子電解質膜２０と同様の高分子材料から形成されてよい。
【００２０】
以下、セル５０の作製方法の一例を示す。まず、燃料極２２および空気極２４を作製するべく、白金などの触媒を、例えば含浸法やコロイド法を用いて炭素粒子に担持させる。次に、触媒を担持する炭素粒子とイオン交換樹脂とを溶媒に分散させて触媒インクを生成する。この触媒インクをガス拡散層となる例えばカーボンペーパーに塗布して加熱、乾燥させることにより、燃料極２２および空気極２４を作製する。塗布方法は、例えば刷毛塗り、スプレー塗布、スクリーン印刷、ドクターブレード塗布、転写などの技術を用いてもよい。続いて、固体高分子電解質膜２０を、燃料極２２の触媒層２６と空気極２４の触媒層３０とで挟み、ホットプレスして接合する。これにより、セル５０が作製される。固体高分子電解質膜２０や、触媒層２６および触媒層３０におけるイオン交換樹脂を軟化点やガラス転移のある高分子材料で構成する場合、軟化温度やガラス転移温度を超える温度でホットプレスを行うことが好ましい。
【００２１】
セル５０の別の作製方法として、以下の例があげられる。触媒インクを直接、固体高分子電解質膜２０に塗布して加熱、乾燥させることにより、触媒層２６および触媒層３０を形成してもよく、塗布方法としては例えばスプレー塗布などの技術を用いてもよい。この触媒層２６および触媒層３０の外側にガス拡散層２８およびガス拡散層３２を配設し、ホットプレスを行うことでセル５０を作製してもよい。セル５０のさらに別の作製方法として、触媒インクをテフロン（登録商標）製のシートなどの上に塗布して加熱、乾燥させることにより、触媒層２６および触媒層３０を形成してもよく、塗布方法としては例えばスプレー塗布やスクリーン印刷などの技術を用いてもよい。続いて、テフロンシート上に形成した触媒層２６および触媒層３０を固体高分子電解質膜２０に対向させることで挟み、ホットプレスして接合する。その後テフロンシートを剥離し、触媒層２６および触媒層３０の外側にガス拡散層２８およびガス拡散層３２を配設してもよい。
【００２２】
本実施の形態では、燃料極２２または空気極２４の少なくとも一方が、異形断面炭素繊維を含むガス拡散層２８またはガス拡散層３２を備える。以下、説明の便宜上、ガス拡散層を、空気極２４におけるガス拡散層３２で代表させる。ガス拡散層３２は、湿潤度が高すぎる場合には水を外部に放出し、逆に低い場合には水を内部に保持することが好ましい。
【００２３】
「異形断面炭素繊維」とは、十字型、Ｘ型、Ｙ型、Ｗ型、Ｈ型、Ｌ型、星型などの特殊な断面構造をもたせた炭素繊維である。この炭素繊維は、例えば２〜２０μｍの太さを有することが好ましく、さらに５〜１２μｍ程度、さらには８μｍ程度の太さが強度や厚み制御の観点から好ましい。本実施の形態において、用語「異形断面」は、円形または実質的に円形の断面と区別する意味において用いる。実質的に円形の断面とは、断面形状に若干の凹凸があるものの全体として円形であり、異形断面を形成するという設計思想のもとに作製されたものでないものを含む。円形断面および実質的に円形の断面をもつ炭素繊維を、円形断面炭素繊維と呼ぶ。
【００２４】
図２（ａ）〜（ｈ）は、異形断面炭素繊維の断面形状の例を示す。具体的に図２（ａ）は十字型の断面形状を示し、図２（ｂ）はＸ型の断面形状を示し、図２（ｃ）はＹ型の断面形状を示し、図２（ｄ）はＷ型の断面形状を示し、図２（ｅ）はＨ型の断面形状を示し、図２（ｆ）はＬ型の断面形状を示し、図２（ｇ）は星型の断面形状を示し、図２（ｈ）は多葉形状の断面形状の一例を示す。なお、異形断面炭素繊維の断面形状は、図２（ａ）〜（ｈ）に例示したものに限定されず、他の形状をとってもよい。
【００２５】
図３は、図２（ｈ）に示した多葉形状断面を説明するための図である。この多葉形状断面は、２つの突出部６２ａおよび突出部６２ｂと、凹部６０を有する。図示のごとく、この例では複数の凹部が形成されている。凹部６０は２つの突出部６２ａおよび突出部６２ｂにより挟まれた領域である。つまり、この断面に対して突出部６２ａおよび突出部６２ｂを結ぶ接線を引いた場合に、接線の内側、すなわち繊維側にある領域が凹部６０となる。別の表現を用いると、例えば図示の断面形状においては、凹部６０の最下点と、それぞれの突出部６２ａおよび突出部６２ｂにおける最高点との間の線分により構成される角度αが１８０度よりも小さくなる。最下点および最高点の定義は形状によって適宜定められるが、この例では凹部６０において断面の重心から最短距離にある位置を凹部６０の最下点とし、それぞれの突出部６２ａおよび突出部６２ｂにおいて重心から最長距離にある位置をそれぞれの最高点としている。なお、角度αは、凹部６０を外側から見た角度に相当する。以上のいずれかの表現に該当する領域を凹部６０と呼ぶ。
【００２６】
炭素繊維に凹部６０を形成することにより、水分がこの凹部６０に溜まりやすくなる。したがって、凹部６０は水分を保持する役割を果たし、ガス拡散層３２の保水性を向上することになる。なお、図２（ｈ）に示した多葉形状断面に限らず、他の異形断面も同様に凹部を有することは、図２（ａ）〜（ｇ）の例からも当業者であれば理解されるところである。例えば、図２（ａ）における十字型の断面形状では、その交差部分に角度を直角とする凹部が形成されている。
【００２７】
ガス拡散層３２は、フッ素樹脂で撥水処理されていてもよい。撥水処理することにより、ガス拡散層３２内で水の膜化を防止し、撥水処理された領域を通じてガスの円滑な供給が可能となる。さらに、ガス拡散層３２は、その表面または内部にカーボン粒子を塗布または詰め込まれてもよい。これにより、親水性のカーボン粒子で構成される毛細管状の水流路が形成される。触媒層３０において生じた反応水を放出する場合には、この毛細管状流路を通じて水を外部に導くことができる。触媒層３０において生じた反応水は、ガス拡散層３２を通じて外部に放出されるため、触媒層３０とガス拡散層３２の界面付近にカーボン粒子を配することは、水移動性の向上の観点から有効である。また炭素繊維の断面に凹部６０が形成されているため、この凹部６０が水流路としても機能し、ガス拡散層３２の水移動性をさらに向上することができる。
【００２８】
ガス拡散層３２は、異形断面炭素繊維のみから形成されてもよく、また異形断面炭素繊維と円形断面炭素繊維を混在させて形成されてもよい。具体的に、ガス拡散層３２は、異形断面炭素繊維のみ、または異形断面炭素繊維と円形断面炭素繊維とを所定の割合で混在させた繊維束からなる織布状に形成されてもよく、また、異形断面炭素繊維のみ、または異形断面炭素繊維と円形断面炭素繊維とを所定の割合で混在させて不織布状または紙状に形成されてもよい。繊維束は、短繊維からなる紡績糸または混紡糸など、あるいは長繊維からなるマルチフィラメント糸、混織糸などから形成される。
【００２９】
以下、本実施の形態における異形断面の評価指標を例示する。異形断面を表現する一つの評価指標として、断面の異形度という概念を利用する。断面の異形度は、以下の式で算出される。
（異形度）＝Ｌ／Ｌ０＝Ｌ／（４・π・Ｓ）１／２
ここで、Ｌは異形断面炭素繊維の断面周長であり、Ｌ０は異形断面炭素繊維と同じ断面積の真円の周長であり、Ｓは異形断面炭素繊維の断面積である。
【００３０】
本実施の形態における異形断面炭素繊維は、既述のごとく水を吸着する凹部を有しており、その異形度は１．３以上であることが好ましく、さらに１．５以上、またさらには２以上であることが好ましい。異形度を１．３以上とすることで、水を吸着する役割を果たす凹部を有する炭素繊維を得ることができる。また、異形度を１．５以上とすることで、さらに凹部における保水性を向上することができ、異形度を２以上とすることで、凹部における保水性とともに、水移動性もさらに向上することができる。
【００３１】
また、異形断面を表現する別の評価指標として、断面における重心からの距離比を利用する。図４は、多葉形状断面における重心からの距離比を説明するための説明図である。異形断面炭素繊維の断面における重心から外周までの最長距離をＲ、最短距離をｒとする。このとき、最長距離Ｒと最短距離ｒの距離比は、以下の式で算出される。
（距離比）＝Ｒ／ｒ
【００３２】
本実施の形態における異形断面炭素繊維は、水を吸着する凹部を有しており、その距離比は１．２以上であることが好ましく、さらに１．４以上、またさらには１．８以上であることが好ましい。距離比を１．２以上とすることで、水を吸着する役割を果たす凹部を有する炭素繊維を得ることができる。また、距離比を１．４以上とすることで、さらに凹部における保水性を向上することができ、距離比を１．８以上とすることで、凹部における保水性とともに、水移動性もさらに向上することができる。
【００３３】
以下、カーボン拡散層となる燃料電池用基体、ここではカーボン不織布の作製方法の一例を示す。まずアクリロニトリル系ポリマーを溶剤に溶解し、紡糸原液を生成する。用いる溶剤は有機溶剤であっても無機溶剤であってもよい。紡糸方法として、湿式紡糸法または乾式紡糸法のいずれも用いることができるが、繊維断面形状の制御の容易さから湿式紡糸法を採用してもよい。
【００３４】
湿式紡糸法を採用する場合、紡糸原液を紡糸口金から凝固浴中に吐出させ、凝固糸を作製する。本実施の形態において、紡糸口金は繊維の異形断面を形成するために用意され、例えば多葉形断面をもつ繊維を作製する場合、紡糸口金は、所定形状の複数の開孔を円周上に配したものを用いてもよい。また、この円周中心にさらに開孔を配したものであってもよい。これらの開孔から紡糸原液を吐出させ、紡糸原液が固化あるいは凝固するまでの間に各々の開孔から吐出された紡糸原液を合流させて接合し、凝固糸を作製する。なお、紡糸口金は、作製する繊維の異形断面に応じた開口を有し、その開口から紡糸原液を吐出させて凝固糸を作製してもよい。この凝固糸を凝固浴から巻き取り、その後、延伸、洗浄して乾燥させ、異形断面繊維を作製する。
【００３５】
この異形断面繊維を用いて不織布を生成し、耐炎化、炭化処理することによりカーボン不織布を作製する。なお、撥水性を得るために、異形断面繊維をフッ素樹脂の溶液に含浸させてコーティングし、撥水処理を施してもよい。また水移動性を得るために、カーボン粉末とフッ素樹脂との混合ペーストを塗りこんでもよい。カーボン粉末は、カーボンブラックやアセチレンブラック、人造黒鉛などの粉末であってよい。カーボン不織布は、異形断面繊維のみから作製されてもよく、また異形断面繊維と円形断面繊維とを所定の割合で混合したものから作製されてもよい。
【００３６】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。なお、上記の実施の形態では空気極２４におけるガス拡散層３２について説明したが、燃料極２２におけるガス拡散層２８についても同様に、異形断面炭素繊維を用いて構成してもよい。
【００３７】
例えば、説明した燃料電池は、１００℃以上の温度で発電するものであってもよく、また高湿潤性が要求されない電解質膜を用いたものであってもよい。１００℃以上の温度や低湿潤条件で運転可能な燃料電池に本発明を適用した場合であっても、異形断面炭素繊維は、円形断面炭素繊維よりも表面積が大きいため、吸湿性、さらには放湿性が優れているために、より安定した運転が可能となる。
【００３８】
例えば、固体高分子型燃料電池には、燃料として液体燃料を用いるものがある。代表的な例として、燃料極に直接メタノール水溶液を供給する直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）がある。ＤＭＦＣの燃料極では、メタノールと水とが反応して二酸化炭素と水素イオン、電子が生じ、空気極では酸素と水素イオン、電子が反応して水が生成する。
ここで、燃料極に関しては、液体であるメタノール水溶液をガス拡散層を介して燃料極触媒層に供給する一方で、燃料極触媒層での電極反応によって発生する二酸化炭素をガス拡散層を介して外部に速やかに拡散させる機能が必要である。すなわち、ＤＭＦＣの燃料極のガス拡散層においても固体高分子型燃料電池と同様に、液体保持や液体移動性とガス拡散の両立が要求される。したがって、本発明は、ＤＭＦＣなどの液体燃料を用いる燃料電池においても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施の形態にかかる燃料電池の断面構造を模式的に示す図である。
【図２】（ａ）は十字型の断面形状を示す図であり、（ｂ）はＸ型の断面形状を示す図であり、（ｃ）はＹ型の断面形状を示す図であり、（ｄ）はＷ型の断面形状を示す図であり、（ｅ）はＨ型の断面形状を示す図であり、（ｆ）はＬ型の断面形状を示す図であり、（ｇ）は星型の断面形状を示す図であり、（ｈ）は多葉形状の断面形状の例を示す図である。
【図３】多葉形状断面を説明するための説明図である。
【図４】多葉形状断面における重心からの距離比を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０・・・燃料電池、２０・・・固体高分子電解質膜、２２・・・燃料極、２４・・・空気極、２６・・・触媒層、２８・・・ガス拡散層、３０・・・触媒層、３２・・・ガス拡散層、５０・・・セル、６０・・・凹部、６２ａ・・・突出部、６２ｂ・・・突出部。
【図１】
2004200153.tif 000003
【図２】
2004200153.tif 000004
【図３】
2004200153.tif 000005
【図４】
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