(57)【要約】【課題】  燃料電池のカソード側酸化剤ガス流路よりも路内流速の遅いアノード側燃料ガス流路におけるフラッディングの防止を可能とする。【解決手段】  燃料電池用電解質材の燃料ガス挿通方向下流側の厚みが上流側より薄くなっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された燃料ガスの挿通方向下流側の厚みが上流側より薄い燃料電池用電解質材。
【請求項２】
前記厚みは、前記挿通方向上流側から下流側に向かって漸減する請求項１に記載の燃料電池用電解質材。
【請求項３】
前記厚みは、前記挿通方向上流側から下流側に向かって階段状に減少する請求項１に記載の燃料電池用電解質材。
【請求項４】
複数の層状体が積層された積層構造を有する請求項３に記載の燃料電池用電解質材。
【請求項５】
供給された燃料ガスの挿通方向下流側の水分透過係数が上流側より高い燃料電池用電解質材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池用電解質材を備えた燃料電池。
【請求項７】
前記燃料電池用電解質材と共に該燃料電池用電解質材を挟む電極対を含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体との間に燃料ガスが通過する燃料ガス流路及び酸化ガスが通過する酸化ガス流路を形成するセパレータ対とを備えた請求項６に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池（PEFC）などの燃料電池を構成するのに好適な燃料電池用電解質材及びこれを備えた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギー供給源として注目されている。イオン交換樹脂膜を含む燃料電池などでは一般に、高分子電解質であるイオン交換樹脂膜がアノード極とカソード極の両電極間に狭持され、さらに各電極との間に燃料ガスを挿通する燃料ガス流路（アノード側）と酸化剤ガスを挿通する酸化剤ガス流路（カソード側）とを形成するセパレータを設けて構成されている。
【０００３】
燃料電池を発電運転させた場合、カソード側の酸化剤ガス流路には発電に伴なって水が生成されるが、生成された生成水の一部は電解質膜を透過してアノード側の燃料ガス流路側へ移動する。そして、透過した生成水が燃料ガス流路において凝縮されると、カソード側よりも流路中の流速の遅いアノード側では燃料ガス流路内でフラッディング、すなわち水滴がガス流路に滞留することにより電解質膜へのガス供給が阻害されて発電性能が低下する現象を起こしやすい。
【０００４】
このようなフラッディングを防止するための技術として、これまでガス流路を形成するセパレータに加熱手段を設けて凝縮水を蒸発させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、加熱手段を設けると、コストが高くなる、あるいは体格が大きくなるといった不都合を来たすだけでなく、加熱によって電解質膜が劣化しやすくなるという問題があった。
【特許文献１】特開２００２−３２４５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、フラッディングの発生を解消することが安定した発電性能を確保するうえで不可欠であるが、これまで提案されている技術では、電解質膜等の他の構成要素に悪影響を与えることなく効果的にフラッディングを回避し得る技術は未だ確立されていない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、燃料電池のカソード側酸化剤ガス流路よりも路内流速の遅いアノード側燃料ガス流路におけるフラッディングの防止が可能な燃料電池用電解質材、及びアノード側燃料ガス流路におけるフラッディングの発生を防止して安定した発電性能を発揮し得る燃料電池を提供することを目的とし、該目的を達成することを本発明の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、カソード側から高分子電解質膜を通過してアノード側に透過する水分量（透過水分量）が高分子電解質膜の厚みに反比例する点に着目し、燃料ガス流路を通過する燃料ガスの通過方向に厚みを変えることが透過水分量の低減、つまりフラッディングの発生防止に有用であるとの知見に基づくものである。前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明である燃料電池用電解質材は、供給された燃料ガスの挿通方向下流側の厚みがその上流側の厚みより薄くなるように構成したものである。すなわち例えば、電解質材及び電解質材を挟む電極対が設けられた膜電極接合体を狭持するようにセパレータを併設して燃料電池に構成した場合に、アノード側において膜電極接合体との間にできた燃料ガス流路の燃料供給口側から燃料ガスの挿通方向に設けられた排出口に向かって厚みが薄くなっている。
【０００９】
燃料電池に構成された場合の、燃料ガスが通過する燃料ガス流路内のフラッディングを起こしやすい部分（例えば、燃料ガス流路の排出口付近など）での厚みを薄くすることで、この部分近傍におけるアノード側からカソード側への透過水分量を特に増加させることができるので、カソード側よりも流速の遅いアノード側の流路内で生ずるフラッディングの発生を効果的に防止することができる。
【００１０】
第１の発明の燃料電池用電解質材は、その厚みが燃料ガス流路内を挿通する燃料ガスの挿通方向上流側から下流側に向かって漸減するように構成することができる。厚みを燃料ガス流路の燃料供給口からガス挿通方向に向けて徐々に薄くなるようにし、燃料供給口から離れるにしたがい増加するフラッディングの程度に対応させて透過水分量を増加できるので、より効果的にフラッディングの発生を防止できる。
【００１１】
第１の発明においては、燃料電池用電解質材の厚みが燃料ガス流路内を挿通する燃料ガスの挿通方向上流側から下流側に向かって階段状に減少する構成とすることもできる。厚みが変わるように階段形状に作成すればよく、作製が簡易に行なえると共に、燃料ガス流路の燃料供給口から所望の段数を形成し任意の割合で薄くなるように構成できるので、燃料供給口から離れるにしたがい増加するフラッディングの程度に合わせて効果的に防止することができる。
【００１２】
このように階段状に減少するように構成する場合、複数の層状体が積層された積層構造に構成することができる。この場合は、所望の階段形状が形成できるように作製した層状体を積層すればよく、より簡易な作製が可能である。
【００１３】
第２の発明である燃料電池用電解質材は、供給された燃料ガスの挿通方向下流側の水分透過係数が上流側より高くなるように構成したものである。第１の発明のように厚みを変えるのではなく、例えば上記同様に膜電極接合体にセパレータを併設した燃料電池に構成した場合に、燃料ガス流路の燃料供給口側から燃料ガスの挿通方向にある排出口に向かって水分透過係数を高めるので、高分子電解質膜（電解質材）を均一厚に構成しつつ、燃料ガス流路の排出口付近などフラッディングを起こしやすい領域におけるアノード側からカソード側への透過水分量を増加させることができる。その結果、従来のように略均一な厚みの電解質材を用いて、カソード側よりも流速の遅いアノード側の流路内でのフラッディングを効果的に防止することが可能である。
【００１４】
第３の発明である燃料電池は、上記第１又は第２の発明である燃料電池用電解質材を設けて構成したものである。燃料電池を構成する燃料電池用電解質材は、フラッディングを起こしやすい部分（例えば燃料ガス流路の排出口付近など）でのアノード側からカソード側への水分透過性が高いので、燃料ガス流路内でのフラッディングが効果的に抑えられ、安定した発電性能を得ることができる。
【００１５】
第３の発明は、第１又は第２の発明である燃料電池用電解質材と共に該燃料電池用電解質材を挟む電極対を含む膜電極接合体と、膜電極接合体との間に燃料ガスが通過する燃料ガス流路及び酸化ガスが通過する酸化ガス流路を形成するセパレータ対と、を設けて構成することができる。第３の発明である燃料電池には、固体高分子形燃料電池（PEFC）などが含まれ、ＰＥＦＣに構成する場合には例えば、アノード極、カソード極、及び前記アノード極と前記カソード極との間に狭持された燃料電池用電解質材（高分子電解質膜）を有する膜電極接合体、並びに前記膜電極接合体を狭持すると共に、前記アノード極との間に燃料ガスが通過する燃料ガス流路と前記カソード極との間に酸化ガスが通過する酸化ガス流路とを形成する一対のセパレータを備えた単セルを含み、所望によりこの単セルを複数積層したスタック構造に構成することができる。スタック構造は単一であるほか、スタック構造に構成された複数のサブスタックが接続されたものでもよい。上記のアノード極及びカソード極は、電気化学反応を担う触媒層と集電体として機能する拡散層とで構成できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料電池のカソード側酸化剤ガス流路よりも路内流速の遅いアノード側燃料ガス流路におけるフラッディングの防止が可能な燃料電池用電解質材を提供することができる。また、アノード側燃料ガス流路におけるフラッディングの発生を防止して安定した発電性能を発揮し得る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】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の燃料電池用電解質材の実施形態を説明し、該説明を通じて本発明の燃料電池の実施形態についても詳述する。なお、下記の実施形態において、固体高分子形に構成された燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガスとして水素ガス及び空気（エア）を用いた場合を中心に説明する。但し、本発明においてはこれら実施形態に制限されるものではない。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の燃料電池及び燃料電池用電解質材の第１実施形態を図１〜図３を参照して説明する。本実施形態は、燃料電池を単セルに構成し、単セルを構成する高分子電解質膜（燃料電池用電解質材）の厚みが水素ガスのガス挿通方向上流側から下流側に向かって漸減するようにしたものである。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態における燃料電池１００は、フッ素系イオン交換樹脂膜（電解質材）１がアノード拡散電極４とカソード拡散電極５との間に狭持されてなる膜電極接合体６と、膜電極接合体６を更に狭持すると共に、アノード拡散電極４との間に水素ガスが通過する、即ち給排される水素ガス流路（燃料ガス流路）１１と、カソード拡散電極５との間に空気（エア）が通過する、即ち給排されるエア流路（酸化ガス流路）２１とを形成する一対のセパレータ１０，２０とで構成されている。また、アノード拡散電極４及びカソード拡散電極５は各々、フッ素系イオン交換樹脂膜１側から順次、電気化学反応を担う触媒層２と集電体として機能する拡散層３とを積層してなるものである。
【００２０】
水素ガス流路１１及びエア流路２１は、膜電極接合体６を介して設けられており、この膜電極接合体６を介在させて、エア流路の酸素量の少ない空気及び生成水を排出するエア排出口２３の反対側には水素ガス流路の水素ガス供給用の水素供給口１２が、エア流路の空気供給用のエア供給口２２の反対側には水素ガス流路の電池反応寄与しなかった水素ガスを排出する水素排出口１３が形成されている。そして、燃料電池１００に水素ガス及び空気（エア）が供給されたときには、水素ガス流路１１を流れる水素ガスの流れの向きとエア流路を流れる空気の流れの向きとは逆向きとなり、各々の流路内を互いに対向して挿通するようになっている。
【００２１】
フッ素系イオン交換樹脂膜（電解質材）１は、水素ガス流路１１の水素ガスが挿通する挿通方向上流側にある水素供給口１２（エア排出口２３）側から、ガス挿通方向下流側となる水素排出口１３（エア供給口２２）側に向かって厚みが漸減するように構成されており、水素供給口１２付近の厚みに対し水素排出口１３付近の厚みが略半分（1/2）の薄膜になるように徐々に減少する構成となっている。
【００２２】
上記の電解質材１は、イオン導電性を有する電解質で構成することができ、一般にパーフルオロスルホン酸膜などが用いられる。本実施形態では、ナフィオン膜（デュポン社製）で構成してある。この膜は、通常イオン導電性を高める点から湿潤状態とされ、水素ガスが供給されて得たアノード側の水素イオンは該膜を良好にイオン伝導してカソード側に移動することができる。この湿潤状態は、燃料である水素ガス及び／又はカソード側の酸素を含む空気に加水（加湿）することによって形成できる。
【００２３】
触媒層２は、フッ素系イオン交換樹脂膜（電解質材）１の表面に、触媒としての白金又は白金と他の金属とからなる合金を塗布してなるものである。塗布は、白金又は白金と他の金属とからなる合金を担持したカーボン粉を作製し、このカーボン粉を適当な有機溶剤に分散させ、これに電解質溶液（例えば、Aldrich Chemical社、Nafion Solution）を適量添加してペースト化し、フッ素系イオン交換樹脂膜上にスクリーン印刷する方法などによって行なえる。また、前記カーボン粉を含有するペーストを膜成形したシートをフッ素系イオン交換樹脂膜上にプレスしたり、白金等をフッ素系イオン交換樹脂膜と対向する側の拡散層の表面に塗布するようにしてもよい。
【００２４】
拡散層３は、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されている。なお、拡散層は、カーボンクロスのほか、炭素繊維からなるカーボンペーパーやカーボンフェルトなどで構成した形態も好適である。
【００２５】
セパレータ１０，２０は、膜電極接合体６を更に狭持するように設けられると共に、膜電極接合体６を構成するアノード拡散電極４との間に水素ガス流路１１が形成され、カソード拡散電極５との間にエア流路２１が形成されている。各セパレータは、ガス不透過の導電性部材、例えばカーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンによって構成することができる。このセパレータは、単セルを複数積層してスタック構造をなすときには一つのセパレータが二つの膜電極接合体の間で共有され、セパレータの両側の面において流路が形成されるようになっている。
【００２６】
燃料電池１００は、水素ガス流路１１に水素（Ｈ2）密度の高い水素ガスが供給され、エア流路２１に酸素（Ｏ2）を含む空気が供給され、下記式(1)〜(3)で表される電気化学反応（電池反応）によって外部に電力を供給することができる。なお、式(1) 、式(2)は各々アノード側、カソード側での反応を示し、式(3)は燃料電池での全反応である。
Ｈ2  →  ２Ｈ+＋２ｅ-  …(1)
(1/2)Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-  →  Ｈ2Ｏ  …(2)
Ｈ2＋(1/2)Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ  …(3)
【００２７】
次に、燃料電池内において高分子電解質膜（フッ素系イオン交換樹脂膜）を介して透過移動する水分について図２及び図３を参照して説明する。
燃料電池を構成する高分子電解質膜（フッ素系イオン交換樹脂膜）の厚みが従来のように一定厚である場合は（図２参照）、カソード側では、上記式(2)のように発電により空気（エア）が消費されるため、一般にエア流量はエア供給口２２側からエア排出口２３へ向かって減少する傾向にあるが、空気を酸化剤ガスとして供給する場合は、図２−(Ａ)に示すようにエア流量の減少量は少ない。また、図２−(Ａ)に示すように、カソード側は発電に伴なう生成水の生成により、エア流路中の水分量はエア排出口２３に向かって上昇し、飽和（相対湿度１００％；図２−(Ａ)〜(Ｂ)中の点Ｐ）に達したときにはエア流路内に水滴が現れる。
【００２８】
一方、アノード側では、カソード側と同様、上記式(1)のように発電により水素ガスが消費され、その消費量はカソード側より多いため、図２−(Ｃ)に示すように、水素供給口１２側から水素排出口１３に向かって水素ガスのガス流量は大きく減少する。アノード側はカソード側と異なり発電に伴なう生成水は存在しないが、上記のようにアノード側流路内のガス流量が少なくなる結果、水分がカソード側からフッ素系イオン交換樹脂膜（電解質材）１を移動して透過し易く、透過した水分の影響によってアノード側の水分量は変動する。
【００２９】
特に水素ガス流路の水素供給口１２付近（エア排出口２３付近）では、カソード側のエア流路２１内の相対湿度が非常に高いため（図１−(Ａ)参照）、カソード側からアノード側に透過する水分が存在し、これにより水素ガス中の水分量及び相対湿度は次第に上昇する（図２−(Ｃ)〜(Ｄ)参照）。したがって、カソード側（エア流路２１）の場合と同様、アノード側の水素ガス流路１１内の相対湿度もいずれ１００％（図２−(Ｂ)〜(Ｃ)中の点Ｑ）に達し、流路内に水滴が現れる。そして、この場合には発電性能の低下を招来する。
【００３０】
逆に、水素排出口１３付近（エア供給口２２付近）では水素ガス中の相対湿度が高いため、アノード側からカソード側に透過する水分が存在し、これにより水素ガス中の水分量は減少傾向となる。しかし、アノード（水素ガス流路１１）側の飽和水分量は水素排出口１３に向かって減少するため、水分量と飽和水分量とのバランスで相対湿度が低下しないことが充分にあり得る。したがって、水素ガス流路においては水滴が現れるタイミングを解消することはできない（図２−(Ｅ)参照）。
【００３１】
上記現象に対し、高分子電解質膜を透過する透過水分量はその厚みに反比例して変化することを利用し、本実施形態ではフッ素系イオン交換樹脂膜１の厚みを水素供給口１２（エア排出口２３）から水素排出口１３（エア供給口２２）に向かって漸減するように構成されている。この構成によって透過水分量が変化した場合には、カソード側の水分量も変化することになるがその量は反応生成される生成水の量に比し少なく無視できる程度である。ところが、元々水分量の少ないアノード側においては、上記構成とすることによる透過水分量の変化の影響を大きく受ける。以下、本実施形態で透過移動する水分について図３を参照して説明する。
【００３２】
燃料電池を構成する高分子電解質膜（フッ素系イオン交換樹脂膜）１の厚みが水素供給口１２側から水素排出口１３側に向かって徐々に減少（漸減）するようにした本実施形態の場合は、水素供給口１２付近（エア排出口２３付近）では膜厚が厚いため、図１のようにカソード側からアノード側に矢印Ｂの方向に透過する透過水分量は減少する。これにより、図３に示すように、水素ガスの相対湿度が１００％に達する水素ガス流路１１内の位置、すなわち図２−(Ｄ)中の点Ｑの位置は、さらに水素排出口１３側に移動する。
【００３３】
そして、逆に水素排出口１３付近（エア供給口２２付近）では膜厚が薄いため、図１のようにアノード側からカソード側に矢印Ａの方向に透過する透過水分量は増加する。つまり、図３中の点Ｒより水素排出口１３側において、水素ガス流路１１内の相対湿度が１００％未満に徐々に低下する。これにより、水素ガス流路１１の水素ガス挿通方向、特に水分が多く滞留しやすい流路後部（例えば水素排出口１３近傍）での水素ガス中の相対湿度が低減され、カソード側よりガス流速の遅いアノード側におけるフラッディングの発生が防止される。
【００３４】
以上のように、電解質材の膜厚と膜透過する水分量とが反比例の関係にあることを利用し、高分子電解質膜である電解質材１を水素排出口１３（エア供給口２２）に向かって膜厚が漸減するように構成し、水素ガス流路の水素排出口側（特に水素排出口近傍）におけるカソード側への水分透過を向上させることにより、水素ガス流路内に滞留する水分を低減でき、滞留水分に起因するフラッディングの発生を効果的に防止することが可能である。
【００３５】
（第２実施形態）
本発明の燃料電池及び燃料電池用電解質材の第２実施形態を図４〜図５を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態のフッ素系イオン交換樹脂膜（電解質材）を水素ガスの挿通方向下流側を上流側に対し一段薄くした階段形状に構成したものである。なお、発電のための燃料ガス及び酸化剤ガスは第１実施形態で使用したものを用いることができ、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３６】
本実施形態におけるフッ素系イオン交換樹脂膜（電解質材）４１は、図５に示すように、第１電解質膜４２と第２電解質膜４３とが積層された積層構造からなるものであり、第１電解質膜（下膜）４２上の水素供給口側から水素ガス流路の中間位置（中央部）に至る領域に第２電解質膜（上膜）４３を設けて階段状に構成されている。これにより、水素ガス流路１１の水素供給口１２（エア排出口２３）とガス挿通方向下流側の水素排出口１３（エア供給口２２）との中央部で段階的に厚みが薄くなっており、この中央部を基点に上流側（水素供給口１２側）に対し下流側（水素排出口１３側）の厚みが略半分になる構成となっている。
【００３７】
第１電解質膜４２と第２電解質膜４３とは、いずれも同一のフッ素系イオン交換樹脂からなるものであり、フッ素系イオン交換樹脂（電解質材）については既述の通りである。本実施形態のように、上膜及び下膜を同一素材で構成する以外に、水分の膜透過性などの諸性能に応じ異なる素材からなる積層構造を構成するようにしてもよい。
【００３８】
このように、水素ガス流路の中央部を境に水素ガス挿通方向上流側よりも下流側を薄膜にしたことで、水素供給口１２付近（エア排出口２３付近）では膜厚が厚いため、カソード側からアノード側に透過する透過水分量は減少し、これにより水素ガスの相対湿度が１００％に達する点Ｑ（図２−(Ｄ)参照）はさらに水素排出口１３側に移動し、水滴が生じ難くなる。そして逆に、水素排出口１３付近（エア供給口２２付近）は膜厚が薄いため、アノード側からカソード側への透過水分量は増加し、これにより相対湿度が１００％未満に徐々に低下して、結果的に水素ガス流路１１の水素ガス挿通方向、特に水分が多く滞留しやすい流路後部（例えば水素排出口１３近傍）での水素ガス中の相対湿度が低減され、カソード側よりガス流速の遅いアノード側におけるフラッディングの発生が防止される。
【００３９】
上記のように、水素ガス流路１１の水素供給口と水素排出口との中間に位置するフッ素系イオン交換樹脂膜１の部分において一段差厚を設ける構成以外に、二段以上の複数段を設けた構成とすることも可能である。また、差厚が一段の場合は必ずしも中間位置に設ける必要はなく、透過水分量など場合に応じ適宜選択した位置に差厚を設けるようにすればよい。
【００４０】
また、積層構造は、同一厚の複数膜を積層した形態のほか、厚みの異なる任意の複数膜を積層した形態であってもよい。厚みを任意に変えることで、所望の膜厚、すなわち所望の水分透過量に容易に調整することが可能である。
【００４１】
また、本実施形態のような積層構造に構成するのではなく、図４に示すような一体構造に成形して階段状に構成することもでき（フッ素系イオン交換樹脂膜３１）、一体的に構成した場合も本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。
【００４２】
（第３実施形態）
本発明の燃料電池及び燃料電池用電解質材の第３実施形態を図６を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態のフッ素系イオン交換樹脂膜（電解質材）を、内部組成（密度）を不均一にし、その厚みによらず水素排出口側の水分透過係数が高くなるように構成したものである。なお、発電のための燃料ガス及び酸化剤ガスは第１実施形態で使用したものを用いることができ、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４３】
図６に示すように、本実施形態におけるフッ素系イオン交換樹脂膜（電解質材）５１は、膜を構成するイオン交換樹脂の膜中密度が水素供給口１２から水素排出口１３に向かって徐々に減少するように構成されており、水素供給口１２側から水素排出口１３側に向かって水分透過係数が高くなるようになっている。
【００４４】
水分透過係数は、膜中での水分の移動しやすさを示すものであり、水分が素材中を移動しやすいものほど高くなり、高いほど水分は膜透過しやすい。この水分透過係数は、水分の素材への溶け込み易さを示す溶解度係数〔ml(H2O)/ml×mmHg〕と水分の素材中での移動のし易さを示す拡散係数〔cm2/sec〕との積で求めることができ、素材中で水分移動し易い構成にすることで水分透過係数は高められる。
【００４５】
フッ素系イオン交換樹脂膜５１は、成膜するに際し沈降法を利用して一方から他方に向けてイオン交換樹脂粒子の分散が疎になるように成形したものである。本実施形態では、水素ガス流路の水素供給口１２からガス挿通方向下流側の水素排出口１３に向かうにつれてイオン交換樹脂が疎となっている。したがって、水素供給口１２付近（エア排出口２３付近）では密（水分透過係数が低い）なため、カソード側からアノード側に透過する透過水分量は減少し、これにより水素ガスの相対湿度が１００％に達する点Ｑ（図２−(Ｄ)参照）はさらに水素排出口１３側に移動して水滴が生じ難くなると共に、逆に水素排出口１３付近（エア供給口２２付近）では疎（水分透過係数が高い）なため、アノード側からカソード側への透過水分量は増加し、これにより相対湿度が１００％未満に徐々に低下して、結果的に水素ガス流路１１のガス挿通方向、特に水分が多く滞留しやすい流路後部（例えば水素排出口１３近傍）での水素ガス中の相対湿度が低減され、カソード側よりガス流速の遅いアノード側におけるフラッディングの発生が防止される。
【００４６】
上記のように密度を変化させる以外に、例えば、電解質膜中の分子間隙を大きくしたり、スルホン酸基等の親水性基濃度の異なるフッ素系イオン交換樹脂や水親和性の高い成分を用いる等の方法によって水分透過係数を所望にコントロールすることが可能である。
【００４７】
また、本発明の燃料電池用電解質材及び燃料電池は、電気自動車等の車両や船舶、航空機等への電力供給源として好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池を示す概略断面図である。
【図２】電解質材が一定厚に構成されている場合の両極での水分関係を説明するための図である。
【図３】第１実施形態に係る燃料電池用電解質材での両極の水分関係を説明するための図である。
【図４】厚みが階段状に減少する燃料電池用電解質材の一例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る燃料電池用電解質材を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る燃料電池を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１，３１，４１，５１…フッ素系イオン交換樹脂膜（燃料電池用電解質材）
２…触媒層
３…拡散層
４…アノード拡散電極
５…カソード拡散電極
６…膜電極接合体
１０，２０…セパレータ
１１…水素ガス流路（燃料ガス流路）
２１…エア流路（酸化剤ガス流路）
１００…燃料電池
【図１】
2005228580.tif 000003
【図２】
2005228580.tif 000004
【図３】
2005228580.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005228580.tif 000007
【図６】
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