(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素燃料源を電気的エネルギーに変換するように構成された装置であって、
前記装置を第１及び第２の流れ場領域へと仕切るように構成された電気化学的変換アッセンブリと、
前記第１の流れ場領域と連通する、反応物のための第１の入力部及び生成物のための第１の出力部と、
前記第１の流れ場領域と前記電気化学的変換アッセンブリとの間に反応物を通過させるように構成された多孔性拡散媒体基板を備える第１の拡散媒体と、
前記第２の流れ場領域と連通する、反応物のための第２の入力部及び生成物のための第２の出力部と、
前記第２の流れ場領域と前記電気化学的変換アッセンブリとの間に反応物を通過させるように構成された多孔性拡散媒体基板を備える第２の拡散媒体と、
を備え、
前記装置は、前記第１及び第２の拡散媒体の少なくとも１つが、比較的高いＨ２Ｏ輸送作用を受ける領域と比較的低いＨ２Ｏ輸送作用を受ける領域とを備えるように構成され、
前記第１及び第２の拡散媒体基板のうち一方の主要面の少なくとも一部分に沿って、親水性炭素質成分と疎水性成分とを備えたメソ細孔性層が載せられており、
前記メソ細孔性層は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域及び前記低いＨ２Ｏ輸送領域の一方において、前記高いＨ２Ｏ輸送領域及び前記低いＨ２Ｏ輸送領域のうち他方に対して、より大きい部分を占める、
装置。
【請求項２】
前記メソ細孔性層は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域及び前記低いＨ２Ｏ輸送領域の一方に制限される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記メソ細孔性層は、該メソ細孔性層により占められた前記主要面の前記一部分に沿って前記拡散媒体基板のＨ２Ｏ輸送特性を増大させるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記メソ細孔性層は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占める、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記メソ細孔性層は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占めると共に、該メソ細孔性層により占められた前記主要面の前記一部分に沿って前記拡散媒体基板のＨ２Ｏ輸送特性を増大させるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記メソ細孔性層は、該メソ細孔性層により占められた前記主要面の前記一部分に沿って前記拡散媒体基板のＨ２Ｏ輸送特性を減少させるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記メソ細孔性層は、前記低いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占める、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記メソ細孔性層は、前記低いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占めると共に、該メソ細孔性層により占められた前記主要面の前記一部分に沿って前記拡散媒体基板のＨ２Ｏ輸送特性を減少させるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記電気化学的変換アッセンブリは、前記装置のアノード側と該装置のカソード側とを画成し、
前記第１の入力部と前記第１の出力部とは、前記装置の前記アノード側と連通し、
前記第２の入力部と前記第２の出力部とは、前記装置の前記カソード側と連通する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記メソ細孔性層は、該メソ細孔性層により占められた前記主要面の前記一部分に沿って前記拡散媒体基板のＨ２Ｏ輸送特性を増大させるように構成され、
比較的高いＨ２Ｏ輸送作用を受ける前記領域は、前記装置の前記カソード側と連通する前記第２の出力部に近接し、
前記メソ細孔性層は、前記第２の出力部に近接する前記高いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占める、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記メソ細孔性層は、該メソ細孔性層により占められた前記主要面の前記一部分に沿って前記拡散媒体基板のＨ２Ｏ輸送特性を増大させるように構成され、
比較的高いＨ２Ｏ輸送作用を受ける前記領域は、前記装置の前記カソード側と連通する前記第１の入力部に近接し、
前記メソ細孔性層は、前記第１の入力部に近接する前記高いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占める、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記メソ細孔性層は、該メソ細孔性層により占められた前記主要面の前記一部分に沿って前記拡散媒体基板のＨ２Ｏ輸送特性を減少させるように構成され、
比較的低いＨ２Ｏ輸送作用を受ける前記領域は、前記装置の前記カソード側と連通する前記第２の入力部に近接し、
前記メソ細孔性層は、前記第２の入力部に近接する前記低いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占める、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記メソ細孔性層は、該メソ細孔性層により占められた前記主要面の前記一部分に沿って前記拡散媒体基板のＨ２Ｏ輸送特性を減少させるように構成され、
比較的低いＨ２Ｏ輸送作用を受ける前記領域は、前記装置の前記アノード側と連通する前記第１の出力部に近接し、
前記メソ細孔性層は、前記第１の出力部に近接する前記低いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占める、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
複数の前記メソ細孔性層が前記第１及び第２の拡散媒体の前記拡散媒体基板のうち一方の主要面の各部分に沿って載せられている、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記拡散媒体基板のＨ２Ｏ輸送特性を増大させるように構成されたメソ細孔性層が前記高いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占め、
前記拡散媒体基板のＨ２Ｏ輸送特性を減少させるように構成されたメソ細孔性層が前記低いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占める、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記メソ細孔性層は、前記基板の厚さを減少させた部分に沿って載せられている、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記基板の減少分の厚さは、前記拡散媒体の平坦な表面プロフィールを維持するように、前記メソ細孔性層の厚さに等しい、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記拡散媒体基板は、炭素質繊維基質を含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記メソ細孔性層の前記疎水性成分は、フッ素化ポリマーを含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記メソ細孔性層の前記親水性炭素質成分は、カーボンブラック、グラファイト、カーボンファイバー、カーボンフラーレン、カーボンナノチューブ、並びに、それらの組み合わせから選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記親水性炭素質成分は、６０ｍ２／ｇから３００ｍ２／ｇの表面積と、１５ｎｍから７０ｎｍの平均粒子サイズとにより特徴付けられた適度の表面積のカーボンを含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記親水性炭素質成分は、前記低いＨ２Ｏ輸送領域において、７５０ｍ２／ｇを超える表面積と、２０ｎｍより小さい平均粒子サイズとにより特徴付けられた高い表面積のカーボンを含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記メソ細孔性層は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域で８０質量％の前記炭素質成分を含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記メソ細孔性層は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域で７５質量％から８５質量％の前記炭素質成分を含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
前記メソ細孔性層は、前記低いＨ２Ｏ輸送領域で９０質量％から９５質量％の前記炭素質成分を含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記メソ細孔性層は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域で、２０μｍより薄い厚さを形成している、請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
前記メソ細孔性層は、前記低いＨ２Ｏ輸送領域で、１０μｍから４０μｍの厚さを形成している、請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
前記メソ細孔性層は、前記拡散媒体基板に少なくとも部分的に浸透している、請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
前記メソ細孔性層は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域において、１０μｍより浅い深さまで前記拡散媒体基板に浸透している、請求項１に記載の装置。
【請求項３０】
前記メソ細孔性層は、前記低いＨ２Ｏ輸送領域において、２５μｍより浅い深さまで前記拡散媒体基板に浸透している、請求項１に記載の装置。
【請求項３１】
前記装置は、燃料電池を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
前記装置は、前記燃料電池により電力供給される車両を形成する構造を更に備える、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
水素燃料源を電気的エネルギーに変換するように構成された装置であって、
前記装置を第１及び第２の流れ場領域へと仕切るように構成された電気化学的変換アッセンブリと、
前記第１の流れ場領域と連通する、反応物のための第１の入力部及び生成物のための第１の出力部と、
前記第１の流れ場領域と前記電気化学的変換アッセンブリとの間に反応物を通過させるように構成された多孔性拡散媒体基板を備える第１の拡散媒体と、
前記第２の流れ場領域と連通する、反応物のための第２の入力部及び生成物のための第２の出力部と、
前記第２の流れ場領域と前記電気化学的変換アッセンブリとの間に反応物を通過させるように構成された多孔性拡散媒体基板を備える第２の拡散媒体と、
を備え、
前記装置は、前記第１及び第２の拡散媒体の少なくとも１つが、比較的高いＨ２Ｏ輸送作用を受ける領域と比較的低いＨ２Ｏ輸送作用を受ける領域とを備えるように構成され、
前記第１及び第２の拡散媒体基板のうち一方の主要面の少なくとも一部分に沿って、親水性炭素質成分と疎水性成分とを備えたメソ細孔性層が載せられており、
前記第１及び第２の拡散媒体基板の少なくとも１つは、比較的高い多孔度の領域と比較的低い多孔度の領域とを備え、
前記基板の前記比較的高い多孔度の領域は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占め、前記基板の比較的低い多孔度の領域は、前記低いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占める、装置。
【請求項３４】
前記比較的高い多孔度の領域は、９０％までの多孔度により特徴付けられる、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記比較的低い多孔度の領域は、７０％から７５％までの多孔度により特徴付けられる、請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
前記基板は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域で７０％より大きい多孔度により特徴付けられる、請求項３３に記載の装置。
【請求項３７】
前記基板は、前記低いＨ２Ｏ輸送領域で７０％から７５％までの多孔度により特徴付けられる、請求項３３に記載の装置。
【請求項３８】
前記基板は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域で１００μｍから３００μｍまでの厚さを形成する、請求項３３に記載の装置。
【請求項３９】
前記基板は、前記低いＨ２Ｏ輸送領域で１９０μｍから３００μｍまでの厚さを形成する、請求項３３に記載の装置。
【請求項４０】
前記基板は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域で２０μｍより大きい平均孔サイズにより特徴付けられる、請求項３３に記載の装置。
【請求項４１】
前記基板は、前記低いＨ２Ｏ輸送領域で２５μｍより小さい平均孔サイズにより特徴付けられる、請求項３３に記載の装置。
【請求項４２】
水素燃料源を電気的エネルギーに変換するように構成された装置であって、
前記装置を第１及び第２の流れ場領域へと仕切るように構成された電気化学的変換アッセンブリと、
前記第１の流れ場領域と連通する、反応物のための第１の入力部及び生成物のための第１の出力部と、
前記第１の流れ場領域と前記電気化学的変換アッセンブリとの間に反応物を通過させるように構成された多孔性拡散媒体基板を備える第１の拡散媒体と、
前記第２の流れ場領域と連通する、反応物のための第２の入力部及び生成物のための第２の出力部と、
前記第２の流れ場領域と前記電気化学的変換アッセンブリとの間に反応物を通過させるように構成された多孔性拡散媒体基板を備える第２の拡散媒体と、
を備え、
前記装置は、前記第１及び第２の拡散媒体の少なくとも１つが、比較的高いＨ２Ｏ輸送作用を受ける領域と比較的低いＨ２Ｏ輸送作用を受ける領域とを備えるように構成され、
前記第１及び第２の拡散媒体基板のうち一方の主要面の少なくとも一部分に沿って、親水性炭素質成分と疎水性成分とを備えたメソ細孔性層が載せられており、
前記メソ細孔性層は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域及び前記低いＨ２Ｏ輸送領域において、大部分を占め、
前記メソ細孔性層は、該メソ細孔性層の残りの部分に対して増大した多孔度の領域を備え、
前記メソ細孔性層の前記増大した多孔度の領域は、前記低いＨ２Ｏ輸送領域に対して前記高いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占め、
前記メソ細孔性層の前記残りの部分は、前記高いＨ２Ｏ輸送領域に対して前記低いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占める、装置。
【請求項４３】
前記メソ細孔性層の前記増大した多孔度の領域は、１００μｍから５００μｍの範囲の孔サイズにより特徴付けられた複数の大きい孔により画成される、請求項４２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散媒体の設計及び製造に係り、より詳しくは、水管理が重要な設計問題である電気化学電池で使用するための拡散媒体に関する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本発明によれば、電気化学的電池と拡散媒体を用いる他の装置とにおける水管理に関連した問題に取り組むため拡散媒体のパラメータを空間的に変化させるための拡散媒体及び機構が提供される。本発明の一実施例によれば、水素燃料源を電気的エネルギーに変換するための装置が構成される。本装置は、電気化学的アッセンブリと、反応物のための第１及び第２の入力部と、生成物のための第１及び第２の出力部と、第１及び第２の拡散媒体と、を備える。
【０００３】
電気化学的アッセンブリは、本装置を第１及び第２の流れ場領域へと仕切るように構成される。反応物のための第１の入力部及び生成物のための第１の出力部は、第１の流れ場領域と連通する。第１の拡散媒体は、第１の流れ場領域と電気化学的変換アッセンブリとの間に反応物を通過させるように構成された多孔性拡散媒体基板を備える。反応物のための第２の入力部及び生成物のための第２の出力部は、第２の流れ場領域と連通する。第２の拡散媒体は、第２の流れ場領域と電気化学的変換アッセンブリとの間に反応物を通過させるように構成された多孔性拡散媒体基板を備える。
【０００４】
前記装置は、前記第１及び第２の拡散媒体の少なくとも１つが、比較的高いＨ２Ｏ輸送作用を受ける領域と比較的低いＨ２Ｏ輸送作用を受ける領域とを備えるように構成される。第１及び第２の拡散媒体基板のうち一方の主要面の少なくとも一部分に沿ってメソ細孔性層が載せられ、該メソ細孔性層は親水性炭素質成分と疎水性成分とを備える。メソ細孔性層は、高いＨ２Ｏ輸送領域及び低いＨ２Ｏ輸送領域の一方において、高いＨ２Ｏ輸送領域及び低いＨ２Ｏ輸送領域のうち他方に対して、より大きい部分を占める。
【０００５】
本発明の別の実施例によれば、メソ細孔性層は、親水性炭素質成分と疎水性成分とを備える。第１及び第２の拡散媒体基板の少なくとも１つは、比較的高い多孔度の領域と、比較的低い多孔度の領域とを備える。基板の比較的高い多孔度の領域は、高いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占め、基板の比較的低い多孔度の領域は、低いＨ２Ｏ輸送領域でより大きい部分を占める。
【０００６】
従って、本発明の目的は、拡散媒体及び該拡散媒体を用いる装置における水管理に取り組むための手段を提供することである。本発明の別の目的は、具体化された本発明の説明に鑑みて明らかである。
【０００７】
本発明の特定の実施例の次の詳細な説明は、添付図面と関連付けて読まれるとき最も良く理解することができる。これらの図面では、同様の構成は同様の参照番号で指し示される。
【実施例】
【０００８】
図１を最初に参照すると、多孔性拡散媒体２０を組み込んだ燃料電池１０が示されている。詳しくは、燃料電池１０は、燃料電池１０のアノード流れ場領域４０とカソード流れ場領域５０との間に介在された膜電極アッセンブリ３０の形態の電気化学的変換アッセンブリを備える。流れ場４０、５０及び電気化学変換アッセンブリは、本発明の範囲から逸脱すること無く、様々な従来の形態又はこれから開発されるべき形態を取り得る。電気化学変換アッセンブリの特定の形態は、本発明の範囲を超えているが、図示の実施例では、電気化学変換アッセンブリは、各々の触媒電極層３２とイオン交換膜３４とを有する膜電極アッセンブリ３０を備える。
【０００９】
本発明は、燃料電池１０が水素燃料源を電気エネルギーに変換する際の特定の機構にのみ係わるものではない。従って、本発明を記載するに当たり、燃料電池１０が、とりわけ、装置を、第１及び第２の流れ場領域４０、５０へと仕切るように構成された電気化学的変換アッセンブリ、第１の流れ場領域４０と連通する、反応物のための第１の入力部Ｒin1及び生成物のための第１の出力部Ｒout1を備えていることを記載するだけで十分である。第１の拡散媒体２０は、第１の流れ場領域４０と膜電極アッセンブリ３０との間の反応物を通過させる多孔性拡散媒体の基板２２を備えている。同様に、反応物のための第２の入力部Ｒin２と生成物のための第２の出力部Ｒout２とが第２の流れ場５０と流体連通し、第２の拡散媒体２０が第２の流れ場領域５０と膜電極アッセンブリ３０との間に反応物を通過させる。例えば、図示の例を用いると、反応物のための第１の入力部Ｒ1は、燃料電池１０のアノード側に加湿水素燃料混合物を運搬することができ、反応物のための第２の入力部Ｒ2は、燃料電池１０のカソード側に加湿酸化剤混合物を運搬することができ、生成物のための出力部Ｒoutは、燃料電池１０の各側部に反応生成物を運搬することができる。
【００１０】
本願発明者らは、拡散媒体２０の水管理特性が、拡散媒体に亘って空間分布が最適化されるべきであることを認識した。水の需要は、拡散媒体２０の特定の部分により取り扱われる水の量の関数として拡散媒体を通して変化するからである。詳しくは、特定の電気化学変換装置は、拡散媒体の一方又は両方が、比較的高いＨ２Ｏ輸送作用を受ける領域と、比較的低いＨ２Ｏ輸送作用を受ける領域とを備えるように構成することができる。例えばカソード出口等の生成物のための第２の出力部Ｒout２に近接するカソード側拡散媒体の領域は、例えばカソード入口等の反応物のための第２の入力部Ｒin２に近接した領域よりも大きい体積の水を輸送することが要求され得る。同様に、例えばアノード出口等の生成物のための第１の出力部Ｒout１に近接するアノード側拡散媒体の領域は、例えばアノード入口等の反応物のための第１の入力部Ｒin１に近接した領域よりも乾燥した条件の下で作働することができる。
【００１１】
図２乃至図９に示された拡散媒体２０は、そのような水管理問題に取り組むための手段を与える。詳しくは、図２及び図３に参照されるように、拡散媒体基板２０の主要面２１、２３のいずれかに沿って実行することができるメソ細孔性層２４が、高いＨ２Ｏ輸送領域（図２）又は低いＨ２Ｏ輸送領域（図３）のいずれかのより大きい部分を占めるように配置される。図２の実施例を参照すると、メソ細孔性層２４が、高いＨ２Ｏ輸送領域のより大きい部分を占め、該領域に隣接しており、該メソ細孔性層は、拡散媒体基板２２のＨ２Ｏ輸送率を増大させるように構成されるべきである。その逆に、図３の実施例を参照すると、メソ細孔性層２４が、低いＨ２Ｏ輸送領域のより大きい部分を占め、該領域に隣接しており、該メソ細孔性層は、拡散媒体基板２２のＨ２Ｏ輸送率を低下させるように構成されるべきである。
【００１２】
多孔度、厚さ、基板侵入の度合いを始めとした様々なメソ細孔性層のパラメータは、層の水輸送特性を増大させたり又は減少させたりするように最適化することができる。例えば、メソ細孔性層は、高いＨ２Ｏ輸送領域で、２０μｍより薄い厚さを形成し、低いＨ２Ｏ輸送領域で、１０μｍから４０μｍの厚さを形成する。例えば、メソ細孔性層２４の多孔度は、ウィッキングの増大が要求される高いＨ２Ｏ輸送領域で該層が利用される場合により高くすることができる。メソ細孔性層２４が親水性の炭素質成分と疎水性成分とを含む場合には、低いＨ２Ｏ輸送領域における９０質量％から９５質量％の炭素質成分と比較して、高いＨ２Ｏ輸送領域で使用されるとき７５質量％から８５質量％の炭素質成分、又は、８０質量％の炭素質成分を提供することにより層２４の多孔度を増大させることができる。比較的高い多孔度の領域は、９０％までの多孔度により特徴付けられ、比較的低い多孔度の領域は、７０％から７５％までの多孔度により特徴付けられてもよい。
【００１３】
メソ細孔性層２４の適切な炭素粒子は、例えば、カーボンブラック、グラファイト、カーボンファイバー、カーボンフラーレン、カーボンナノチューブを含んでいる。高い表面積のカーボンに加えて、メソ細孔性層２４の親水性炭素質成分は、電気伝導度を向上させるためカーボングラファイトがより小さい部分を占めるようにしてもよい。疎水性成分は、フッ素化ポリマーを含むことができる。フッ素化ポリマーには、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、フッ素化ポリマーの組み合わせ、又は、他の任意の適切な疎水性材料若しくは該材料の組み合わせがある。
【００１４】
本発明の特定の実施例では、高いＨ２Ｏ輸送領域におけるメソ細孔性層２４の親水性炭素質成分は、６０ｍ２／ｇから３００ｍ２／ｇの表面積と、１５ｎｍから７０ｎｍの平均粒子サイズとにより特徴付けられた適度の表面積のカーボンを含んでいてもよい。その逆に、低いＨ２Ｏ輸送領域では、親水性炭素質成分は、７５０ｍ２／ｇを超える表面積と、２０ｎｍより小さい平均粒子サイズとにより特徴付けられた。本発明の他の実施例では、メソ細孔性層は、拡散媒体基板を、高いＨ２Ｏ輸送領域で使用されたとき１０μｍより浅い深さにまで浸透させ、低いＨ２Ｏ輸送領域で使用されたとき２５μｍより浅い深さにまで浸透させる。
【００１５】
ここで、図４を参照すると、複数のメソ細孔性層２４Ａ、２４Ｂが拡散媒体基板２２の主要面２１の各々の部分に沿って載せられている。メソ細孔性層２４Ａは、拡散媒体基板２２のＨ２Ｏ輸送特性を増大するように構成され、それ自体で高いＨ２Ｏ輸送領域を占めている。更には、メソ細孔性層２４Ｂは、拡散媒体基板２２のＨ２Ｏ輸送特性を減少するように構成され、それ自体で低いＨ２Ｏ輸送領域のより大きい部分を占めている。その結果、水は、高いＨ２Ｏ輸送領域から逃がされ、低いＨ２Ｏ輸送領域で保持される傾向があり、これにより装置性能を改善する。
【００１６】
図５乃至図７は、メソ細孔性層２４が基板２２の厚さを減少させた部分に沿って載せられた本発明の実施例を示している。基板２２の厚さを減少させた部分により導入された基板２２の厚さの違いは、メソ細孔性層２４により導入された拡散媒体の厚さの増大に適応するのに十分であることを確実にすることによって、平坦な表面プロフィールを拡散媒体中に維持することができる。
【００１７】
本発明に係る拡散媒体に亘る水管理問題に取り組むための代替手段が図８に示されている。図８では、均一のメソ細孔性層は、拡散媒体基板２２の主要面２１に沿って載せられ、拡散媒体基板２２は、拡散媒体の高いＨ２Ｏ輸送領域において比較的高い多孔度の領域２２Ａが設けられ、拡散媒体の低いＨ２Ｏ輸送領域において比較的低い多孔度の領域２２Ｂが設けられている。
【００１８】
拡散媒体基板は、炭素質繊維基質、例えば、カーボンファイバーペーパを含むことができ、高いＨ２Ｏ輸送領域で７０％より大きい多孔度、低いＨ２Ｏ輸送領域で７０％から７５％の多孔度により特徴付けられている。該基板は、高いＨ２Ｏ輸送領域で１００μｍから３００μｍの厚さ、低いＨ２Ｏ輸送領域で１９０μｍから３００μｍの厚さを形成している。更には、当該基板は、高いＨ２Ｏ輸送領域で２０μｍを超える平均孔サイズ、低いＨ２Ｏ輸送領域で２５μｍより小さい平均孔サイズにより特徴付けることができる。
【００１９】
最後に、図９に参照されるように、メソ細孔性層２４は、高いＨ２Ｏ輸送領域及び低いＨ２Ｏ輸送領域の両方の大部分を占めるように構成することができる。拡散媒体に亘る水管理需要における変動に取り組むため、メソ細孔性層２４は、メソ細孔性層の残りの部分に対して増大した多孔度の領域が設けられている。詳しくは、メソ細孔性層２４の増大した多孔度の領域は、層２４に形成された複数の大きい孔２６により形成される。増大した多孔度の領域は、拡散媒体の高いＨ２Ｏ輸送領域を占め、大きい孔領域２４の残りの部分は、拡散媒体の低いＨ２Ｏ輸送領域を占めている。大きい孔２６に連係した特定の寸法は、関わっている用途の特定の需要に従って変化するが、適切な孔サイズは、１００μｍから５００μｍの範囲に亘っている。本発明の多数の実施例では、メソ細孔性層２４は、電池１０の流れ場に対面して配置されるのとは対照的に燃料電池１０の膜電極アッセンブリ３０に対抗して配置された場合に、水管理問題に取り組む上で、より効果的となる。しかし、拡散媒体基板２２は、いずれの面が膜電極アッセンブリ３０に対抗して配置されたかに関わらず、基板２２の主要面２１、２３のいずれかに沿ってメソ細孔性層２４を載せることが考えられる。更には、メソ細孔性層２４は、拡散媒体基板２２を少なくとも部分的に浸透させる。拡散媒体基板２２への浸透の程度は、メソ細孔性層２４及び拡散媒体基板２２の特性に応じて幅広く変化する。本発明の幾つかの実施例では、メソ細孔性層は、拡散媒体基板の繊維質基質よりも多孔度が大きくなるように該メソ細孔性層を構成することが有利となり得る。本発明を定義し説明するという目的のため、メソ細孔性構造は、数ナノメートルから数百ナノメートルの範囲に及び得る孔サイズにより特徴付けられる。
【００２０】
ここで、図３を参照すると、本発明に係る拡散媒体を組み込んだ燃料電池システムを、車両１００のための電源として作働するように構成することができる。詳しくは、燃料貯蔵ユニット１２０からの燃料、例えばＨ２を電気に変換するように構成された燃料電池アッセンブリ１１０に差し向けることができる。発生した電気は、車両１００のための原動力源として引き続き使用され、該電気はトルク及び車両の並進運動へと変換される。
【００２１】
なお、「好ましくは」、「一般に」及び「典型的に」のような用語は、本願では、本発明の範囲を制限するため、又は、幾つかの特徴が請求された発明の構成又は作用にとって重要、本質的又は重要でさえあることを意味するようには利用されていない。これらの用語は、本発明の特定の実施例で利用することができるか又は利用することができないいずれの場合であっても、代替又は追加の特徴に焦点を当てることだけが意図されている。
【００２２】
なお、本発明を説明し定義するという目的のため、「装置」という用語は、構成部品の組み合わせ及び個々の構成部品を表すため、構成部品が他の構成部品と組み合わせられたか否かに関わらず、利用される。例えば、本発明に係る「装置」は、拡散媒体、本発明に係る拡散媒体を組み込んだ燃料電池、本発明に係る燃料電池を組み込んだ車両等を含んでいてもよい。
【００２３】
本発明を、その特定の実施例を参照して詳細に説明したが、請求の範囲で定義された本発明の範囲から逸脱すること無く、様々な変更及び変形が可能となることは明らかである。より詳しくは、本発明の幾つかの態様が、好ましく又は特別に利点があるものとして同定されたが、本発明は、本発明のこれらの好ましい態様に必ずしも制限されるものではないと思料する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明に係る多孔性拡散媒体を組み込んだ燃料電池の概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に係る多孔性拡散媒体の概略図である。
【図３】図３は、本発明の実施例に係る多孔性拡散媒体の概略図である。
【図４】図４は、本発明の実施例に係る多孔性拡散媒体の概略図である。
【図５】図４は、本発明の実施例に係る多孔性拡散媒体の概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施例に係る多孔性拡散媒体の概略図である。
【図７】図７は、本発明の実施例に係る多孔性拡散媒体の概略図である。
【図８】図８は、本発明の実施例に係る多孔性拡散媒体の概略図である。
【図９】図９は、本発明の実施例に係る多孔性拡散媒体の概略図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る燃料電池を組み込んだ車両の概略図である。
【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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