(57)【要約】【課題】長期間、フラッディングを抑制ないし防止し、高い性能を発現し得る燃料電池及び燃料電池用セパレータを提供する。【解決手段】燃料電池は、膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のガス拡散層と、膜電極接合体及び一対のガス拡散層を挟持し、ガス拡散層に対峙する面にガス流路構造を有するセパレータとを具備する。セパレータは、セパレータ基材と、ガス流路構造を有する面側に形成された導電性炭素層とを備える。導電性炭素層はスルホン基を有する。  燃料電池用セパレータは、ガス流路構造を有する燃料電池用セパレータであって、セパレータ基材と、ガス流路構造を有する面側に形成された導電性炭素層とを備える。導電性炭素層はスルホン基を有する。【選択図】図１
2013143325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と、
上記膜電極接合体を挟持する一対のガス拡散層と、
上記膜電極接合体及び上記一対のガス拡散層を挟持し、該ガス拡散層に対峙する面にガス流路構造を有すると共に、セパレータ基材と、該ガス流路構造を有する面側に形成された導電性炭素層とを備えたセパレータと
を具備し、
上記導電性炭素層が、スルホン基を有する
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
上記ガス拡散層が、ガス拡散層基材と、該ガス拡散層基材の上記膜電極接合体に対峙する面側に形成されたガス拡散層下地層と、該ガス拡散層基材の上記セパレータに対峙する面側に形成された導電性炭素層とを有し、
上記セパレータの導電性炭素層の上記ガス拡散層に対峙する面側におけるスルホン基量が、上記ガス拡散層の導電性炭素層の上記セパレータに対峙する面側におけるスルホン基量より多い
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
上記ガス拡散層の導電性炭素層が、貫通していてもよい凹部を有すると共に、スルホン基を有し、
上記ガス拡散層の導電性炭素層の上記セパレータに対峙する面におけるスルホン基の面密度が、上記ガス拡散層の導電性炭素層の凹部内側の面におけるスルホン基の面密度より高い
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
上記ガス拡散層の導電性炭素層がスルホン基を有し、
上記ガス拡散層の導電性炭素層の上記セパレータに対峙する面におけるスルホン基の面密度が、上記ガス拡散層の導電性炭素層のピンホール内側の面におけるスルホン基の面密度より高く、
上記セパレータの導電性炭素層の上記ガス拡散層に対峙する面におけるスルホン基の面密度が、上記セパレータの導電性炭素層のピンホール内側の面におけるスルホン基の面密度より高い
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料電池。
【請求項５】
上記セパレータの導電性炭素層及び上記ガス拡散層の導電性炭素層におけるラマン散乱分光分析により測定される、Ｄバンドピーク強度（ＩＤ）とＧバンドピーク強度（ＩＧ）との強度比（ＩＤ／ＩＧ）が１．３以上であり、
上記強度比（ＩＤ／ＩＧ）が上記セパレータの導電性炭素層と上記ガス拡散層の導電性炭素層との界面に向かって大きくなっている
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つの項に記載の燃料電池。
【請求項６】
上記セパレータ基材及び上記ガス拡散層基材の少なくとも一方が金属製であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つの項に記載の燃料電池。
【請求項７】
ガス流路構造を有する燃料電池用セパレータであって、
セパレータ基材と、上記ガス流路構造を有する面側に形成された導電性炭素層とを備え、
上記導電性炭素層がスルホン基を有する
ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
上記導電性炭素層の表面におけるスルホン基の面密度が、上記導電性炭素層のピンホール内側の面におけるスルホン基の面密度より高い
ことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
上記導電性炭素層におけるラマン散乱分光分析により測定される、Ｄバンドピーク強度（ＩＤ）とＧバンドピーク強度（ＩＧ）との強度比（ＩＤ／ＩＧ）が１．３以上であり、
上記強度比（ＩＤ／ＩＧ）が上記導電性炭素層の表面に向かって大きくなっている
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
上記セパレータ基材が金属製であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つの項に記載の燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池及び燃料電池用セパレータに関する。更に詳細には、本発明は、長期間、フラッディングを抑制ないし防止し、高い性能を発現し得る燃料電池及びこれに用いるセパレータに関する。
このような燃料電池は、例えば車両などに適用することができる。また、このような燃料電池としては、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を挙げることができる。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池は、一般的に、発電機能を発揮する複数の単セルが積層された構造を有する。
この単セルはそれぞれ、高分子電解質膜（例えば、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標、デュポン社製）膜）及びこれを挟持する一対（アノード、カソード）の触媒層（「電極触媒層」とも称される。）を含む膜電極接合体（ＭＥＡ）を有する。
また、この単セルはそれぞれ、更に膜電極接合体を挟持し、供給ガスを分散させるための一対（アノード、カソード）のガス拡散層（ＧＤＬ）を含む膜電極ガス拡散層接合体を有することもある。
そして、個々の単セルが有する膜電極接合体や膜電極ガス拡散層接合体は、セパレータを介して隣接する他の単セルの膜電極接合体や膜電極ガス拡散層接合体と電気的に接続される。
このようにして単セルが積層・接続されることにより、燃料電池スタックが構成される。そして、この燃料電池スタックは、種々の用途に使用可能な発電手段として機能し得る。
このような燃料電池スタックにおいて、セパレータは、上述したように、隣接する単セル同士を電気的に接続する機能を発揮する。
更に、セパレータは、セパレータの膜電極接合体や膜電極ガス拡散層接合体と対峙する表面にガス流路を有しているのが通常である。
このガス流路は、アノード及びカソードに燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ供給するためのガス供給手段として機能する。
【０００３】
固体高分子形燃料電池の発電メカニズムを簡単に説明する。
固体高分子形燃料電池の運転時には、単セルのアノード側に燃料ガス（例えば水素ガス）が供給され、カソード側に酸化剤ガス（例えば大気、酸素）が供給される。
その結果、アノード及びカソードのそれぞれにおいて、下記反応式（１）及び（２）で表される電気化学反応が進行し、電気が生み出される。
【０００４】
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−…（１）
２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ…（２）
【０００５】
導電性が要求される燃料電池用セパレータの構成材料としては、金属やカーボン、導電性樹脂などが知られている。
これらのうち、金属製セパレータは強度が比較的大きいため、厚さを比較的薄くすることが可能である。また、導電性にも優れることから、金属製セパレータを用いると膜電極接合体との接触抵抗を低減し得るという利点もある。その反面、金属材料では腐食（例えば、生成水や運転時に生じる電位差などに起因するもの）による導電性の低下や、これに伴うスタックの出力の低下という問題が生じる場合がある。よって、金属製セパレータでは、その優れた導電性を確保しつつ、耐食性を向上させることが求められている。
【０００６】
従来、表面に非晶質炭素膜が形成されたガス流路構造において、ガス流路断面積をより微細化でき、発電性能を一層向上できる燃料電池用セパレータが提案されている（特許文献１参照。）。
この燃料電電池用セパレータは、非晶質炭素膜が表面に形成されたガス流路構造体を有し、ガス流路構造体は、非晶質炭素膜が表面に形成されたエキスパンドメタルを有してなり、表面に付着する水との接触角が４０°以下となるように表面形成されている。
また、４０°以下の接触角は、非晶質炭素膜表面への親水化処理により付与されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１８６５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載された非晶質炭素膜表面へのプラズマ処理などの親水化処理が施された燃料電池用セパレータにあっては、長期間、フラッディングを抑制ないし防止できないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。
そして、本発明の目的とするところは、長期間、フラッディングを抑制ないし防止し、高い性能を発現し得る燃料電池及び燃料電池用セパレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。
そして、その結果、ガス流路構造を有するセパレータにおいて、セパレータ基材と、ガス流路構造を有する面側に形成される、スルホン基（−ＳＯ３Ｈ）を有する導電性炭素層とを備える構成とすることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の燃料電池は、膜電極接合体と、該膜電極接合体を挟持する一対のガス拡散層と、該膜電極接合体及び該一対のガス拡散層を挟持し、該ガス拡散層に対峙する面にガス流路構造を有するセパレータとを具備する。
そして、本発明の燃料電池におけるセパレータは、セパレータ基材と、上記ガス流路構造を有する面側に形成された導電性炭素層とを備える。
また、本発明の燃料電池における導電性炭素層はスルホン基を有する。
【００１２】
また、本発明の燃料電池用セパレータは、ガス流路構造を有する燃料電池用セパレータであって、セパレータ基材と、該ガス流路構造を有する面側に形成された導電性炭素層とを備える。
そして、本発明の燃料電池用セパレータにおける導電性炭素層はスルホン基を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガス流路構造を有するセパレータにおいて、セパレータ基材と、ガス流路構造を有する面側に形成される、スルホン基を有する導電性炭素層とを備える構成とした。
そのため、長期間、フラッディングを抑制ないし防止し、高い性能を発現し得る燃料電池及び燃料電池用セパレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池のスタック一例を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る燃料電池の基本構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る燃料電池のセパレータの一例を模式的に示す拡大断面図である。
【図４】Ｒ＝１．０〜１．２の導電性炭素層を有するセパレータ（セパレータＡ）の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した写真（倍率：４０万倍）（ａ）、及びＲ＝１．６の導電性炭素層を有するセパレータ（セパレータＢ）の断面をＴＥＭにより観察した写真（倍率：４０万倍）（ｂ）である。
【図５】ラマン散乱分光分析の回転異方性測定における、平均ピークの３回対称パターンを示す模式図（ａ）、平均ピークの２回対称パターンを示す模式図（ｂ）、及び平均ピークの対称性を示さないパターンを示す模式図（ｃ）である。
【図６】セパレータＢを測定サンプルとして用い、当該サンプルの回転角をそれぞれ０°、６０°、及び１８０°としたときのラマンスペクトルを示すグラフ（ａ）、及びセパレータＢについての回転異方性測定の平均ピークを示すグラフ（ｂ）である。
【図７】スパッタリング法で、バイアス電圧及び成膜方式を変化させることにより導電性炭素層のビッカース硬度を異ならせたいくつかのセパレータにおける、導電性炭素層のビッカース硬度と導電性炭素層におけるｓｐ３比の値との関係を示す図である。
【図８】Ｒ値が１．３以上であるものの、水素原子の含有量が異なる導電性炭素層を有するいくつかのセパレータについて、接触抵抗を測定した結果を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係る燃料電池の基本構成の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る燃料電池のガス拡散層の他の一例を模式的に示す拡大断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る燃料電池に適用されるセパレータ及びガス拡散層の導電性炭素層の更に他の一例を模式的に示す拡大断面図（ａ）及び（ｂ）である。
【図１２】実施例１−１及び比較例１−１のセパレータにおける水滴の静的接触角を測定した結果を示すグラフである。
【図１３】各例のセパレータにおける貫通抵抗を測定するのに用いた測定装置の概要を示す模式図である。
【図１４】実施例１−１及び比較例１−１のセパレータにおける貫通抵抗を測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池及び燃料電池用セパレータについて図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の実施形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池のスタックの一例、すなわち第１の実施形態に係る固体高分子形燃料電池のスタックの一例を概略的に示す斜視図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の基本構成の一例、すなわち第１の実施形態に係る固体高分子形燃料電池の基本構成の一例を模式的に示す断面図である。更に、図３は、本発明の一実施形態に係る燃料電池のセパレータの一例、すなわち第１の実施形態に係る固体高分子形燃料電池のセパレータの一例を模式的に示す拡大断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態において、燃料電池（スタック）１は、膜電極接合体１０と、この膜電極接合体１０を挟持する一対（アノード、カソード）のガス拡散層（ＧＤＬ）２０と、膜電極接合体１０及びガス拡散層２０を挟持する一対（アノード、カソード）のセパレータ３０とを有する。
燃料電池（スタック）において、膜電極接合体は発電機能を発揮し、ガス拡散層は供給ガスを分散させる機能を発揮し、セパレータはアノード及びカソードに供給される燃料ガス及び酸化剤ガスを分離すると共に、隣接する膜電極接合体同士を電気的に接続する機能を発揮する。
このようにして膜電極接合体が積層・接続されることにより、燃料電池（スタック）が構成される。
なお、燃料電池（スタック）においては、セパレータと後述する固体高分子電解質膜との間や、膜電極接合体とこれと隣接する他の膜電極接合体との間にガスシール部が配置されるが、図１や後述する図２ではこれらの記載を省略する。
また、燃料電池（スタック）においては、スタックを構成した際に各セルを連結するための連結手段として機能するマニホールドが配置されるが、図１ではこれらの記載を省略する。
【００１８】
また、図２に示すように、本実施形態において、膜電極接合体１０は、高分子電解質膜１１と、これを挟持する一対の電極触媒層１３とを有する。一対の電極触媒層１３は、それぞれをアノード電極触媒層１３ａ、カソード電極触媒層１３ｃと言うことがある。
また、膜電極接合体１０は、一対のガス拡散層（ＧＤＬ）２０で挟持されている。一対のガス拡散層２０は、それぞれをアノードガス拡散層２０ａ、カソードガス拡散層２０ｃと言うことがある。
更に、膜電極接合体１０及びガス拡散層２０は、一対のセパレータ３０で挟持されている。一対のセパレータ３０は、それぞれをアノードセパレータ３０ａ、カソードセパレータ３０ｃと言うことがある。
また、セパレータ３０は、図１に示すような凹凸状の形状を有する。
セパレータ（３０ａ、３０ｃ）の膜電極接合体１０側から見た凸部はガス拡散層２０と接触している。これにより、ガス拡散層２０との電気的な接続が確保される。
更に、セパレータ（３０ａ、３０ｃ）のガス拡散層２０側から見た凹部（セパレータの有する凹凸状の形状に起因して生じるセパレータ３０とガス拡散層２０との間の空間）は、燃料電池（スタック）１の運転時にガスを流通させるためのガス流路（構造）（ＧＰａ、ＧＰｃ）として機能する。
具体的には、アノードセパレータ３０ａのガス流路ＧＰａには燃料ガス（例えば、水素など）を流通させ、カソードセパレータ３０ｃのガス流路ＧＰｃには酸化剤ガス（例えば、酸素、空気など）を流通させる。一方、セパレータ（３０ａ、３０ｃ）の膜電極接合体１０側とは反対の側から見た凹部は、燃料電池（スタック）１の運転時に燃料電池（スタック）を冷却するための冷媒（例えば、水など）を流通させるための冷媒流路（構造）ＣＰとして機能する。
なお、セパレータ３０は、例えば、厚さ０．５ｍｍ以下の薄板にプレス処理を施すことによって図１に示すような凹凸状の形状に成形することにより得られるが、このような形態のみに限定されるものではない。すなわち、例えば、平板状の金属板（金属基材）に対して切削処理を施すことによりガス流路や冷媒流路を構成する凹凸形状を形成してもよい。
【００１９】
更に、図３に示すように、本実施形態において、セパレータ３０（３０ｃ）は、ガス流路構造（ＧＰｃ）を有するセパレータであって、セパレータ基材３１（３１ｃ）と、セパレータ基材３１（３１ｃ）の該ガス流路構造（ＧＰｃ）を有する面側に形成された導電性炭素層３３（３３ｃ）とを備える。
また、本発明の燃料電池用セパレータにおける導電性炭素層３３は、スルホン基Ｓを有する。
本発明の燃料電池用セパレータは、カソードセパレータとして用いると効果が高く好適であるが、これに限定されるものではない。すなわち、図示しないが、アノードセパレータとして用いることもできる。
【００２０】
スルホン基を有する導電性炭素層を備えたセパレータを具備することにより、燃料電池の生成水を排出すべき方向に生成水を導き易く、更にこのような方向に位置するセパレータの親水性を維持することが可能となる。その結果、長期間、フラッディングを抑制ないし防止し、高い性能を発現し得る燃料電池となる。
なお、スルホン基の存在の有無は、例えば、赤外分光分析装置（ＩＲ）やエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を用いて確認することができる。
【００２１】
本発明者は、現時点において、このような効果が得られる原因を以下のようなメカニズムによるものと推測している。但し、以下のメカニズムはあくまでも推測に基づくものである。従って、以下のメカニズム以外のメカニズムにより上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【００２２】
上記特許文献１において、プラズマ処理などの親水化処理により導電性炭素層に導入されることが知られている官能基は、本発明において導入するスルホン基（−ＳＯ３Ｈ）に比較して、脱離や反転が起こり易く、親水化の経時劣化が早いためであると考えられる。
つまり、スルホン基は、プラズマ処理などにより導入されるヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、ケトン基（−ＣＯ）など官能基（以下、「ＯＨ等官能基」という。）と比較して、嵩高く、式量が大きいことから脱離や反転が生じ難いのである。
なお、スルホン基の水素は水中においては、プロトンとなる。
【００２３】
また、燃料電池の生成水には高分子電解質膜（ＮＡＦＩＯＮ膜）が劣化したときに生じる、微量の硫酸イオン（ＳＯ４２−）や硫酸水素イオン（ＨＳＯ４−）（以下、「硫酸イオン等」という。）が溶解していることが知られており、これらの存在が関与している可能性も考えられる。
つまり、ＯＨ等官能基と導電性炭素層との結合エネルギは、硫酸イオン等と導電性炭素層との結合エネルギより低いことから、導電性炭素層のＯＨ等官能基が硫酸イオン等と化学反応する場合、脱離反応や置換反応が起こる方に化学反応の平衡が移動し易いのである。
一方、スルホン基と導電性炭素層との結合エネルギは、硫酸イオン等と導電性炭素層との結合エネルギとほぼ同等であることから、導電性炭素層のスルホン基が硫酸イオン等と化学反応する場合、化学反応の平衡はほぼそのまま保たれるのである。
【００２４】
更に、本実施形態のセパレータにおいては、スルホン基の式量がＯＨ等官能基と比較して、大きいことなどから、ＨＬＢ値が高いため、親水化効果が大きいという利点もある。
また、上述したように、燃料電池の生成水には微量の硫酸イオン等が溶解しているため、セパレータの濡れ性を長期間確保することができるという利点もある。
更にまた、本実施形態のセパレータにおけるスルホン基を導入した導電性炭素層は、未導入の導電性炭素層と比較しても、貫通抵抗測定による抵抗増加が抑制されているという利点もある。
【００２５】
以下、本実施形態の各構成要素について更に詳細に説明する。
【００２６】
［セパレータ］
セパレータ３０（３０ａ、３０ｃ）は、セパレータ基材３１と、ガス流路構造（ＧＰａ、ＧＰｃ）を有する面側、すなわちガス拡散層２０に対峙する面側に形成された導電性炭素層３３とを有するものである。また、導電性炭素層３３は、スルホン基Ｓを有するものである。
なお、図示しないが、セパレータは、必要に応じて、セパレータ基材と導電性炭素層との間に防食を目的とした中間層を有していてもよい。
また、図示しないが、セパレータは、腐食条件の厳しいガス拡散層に対峙する面（反応面）側に導電性炭素層を有することを必須とするが、冷却媒体の種類や環境によっては反応面とは裏の冷媒流路に対峙する面（冷却面）側に導電性炭素層を有することが必要となる。そのような場合には、セパレータの両面に導電性炭素層を有することが好ましい。
【００２７】
（セパレータ基材）
セパレータ基材３１は、セパレータを構成する主材であり、導電性及び機械的強度の確保に寄与するものであり、金属製のものを好適に用いることができる。
例えば、セパレータ基材として、ＳＵＳ３１６Ｌのような耐食性に優れたステンレスを用いた場合、セパレータ基材自体が燃料電池内の腐食環境下に耐えられるため、防食を目的とした中間層の要求はそれほど厳しくない。
しかしながら、我々の試験結果から、薄肉化、低コスト化をより強く推し進めるべく、ステンレスよりも薄肉軽量化に優れるアルミニウムをセパレータ基材とする場合、アルミニウム自体が耐食性に乏しいため、防食性に優れた中間層を有するものであることが好ましい。
【００２８】
セパレータ基材を構成する金属については特に限定されるものではなく、従来、金属セパレータの構成材料として用いられているものを適宜用いることができる。
セパレータ基材の構成材料としては、例えば、鉄（Ｆｅ）やチタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、これらの合金を挙げることができる。
これらの材料は、機械的強度、汎用性、コストパフォーマンス、加工容易性などの観点から用いることが好ましい。ここで、鉄合金にはステンレスが含まれる。
その中でも、セパレータ基材はステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金などから構成されることが好ましい。ステンレスをセパレータ基材として用いると、後述するガス拡散層の構成材料であるガス拡散層基材との接触面の導電性を十分に確保することができる。その結果、たとえリブ肩部の膜の隙間などに水分が浸入したとしても、ステンレスから構成されるセパレータ基材自体に生じる酸化皮膜の有する耐食性により、耐久性が維持される。
ここで、ガス拡散層は、面圧が直接かかる部分（セパレータとの接触部分；リブ部分）と、直接はかからない部分（接触していない部分；流路部分）とからなり、上記リブ肩部は、上記セパレータと接触部分；リブ部分の肩部（コーナー部）を意味する。
【００２９】
ステンレスとしては、例えば、オーステナイト系、マルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト・フェライト系、析出硬化系などを挙げることができる。
オーステナイト系としては、例えば、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ２０２、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３１６（Ｌ）、ＳＵＳ３１７を挙げることができる。
オーステナイト・フェライト系としては、例えば、ＳＵＳ３２９Ｊ１を挙げることができる。
マルテンサイト系としては、例えば、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４２０を挙げることができる。
フェライト系としては、例えば、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３０ＬＸを挙げることができる。
析出硬化系としては、例えば、ＳＵＳ６３０を挙げることができる。
その中でも、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレスを用いることがより好ましい。また、ステンレス中の鉄（Ｆｅ）の含有率は、好ましくは６０〜８４質量％であり、より好ましくは６５〜７２質量％である。更に、ステンレス中のクロム（Ｃｒ）の含有率は、好ましくは１６〜２０質量％であり、より好ましくは１６〜１８質量％である。
【００３０】
一方、アルミニウム合金としては、例えば、純アルミニウム系、アルミニウム・マンガン系、アルミニウム・マグネシウム系などを挙げることができる。
アルミニウム合金中におけるアルミニウム以外の元素については、アルミニウム合金として一般に使用可能なものであれば特に制限されるものではない。例えば、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）などがアルミニウム合金に含まれることがある。
アルミニウム合金の具体例として、純アルミニウム系としてはＡ１０５０、Ａ１０５０Ｐが挙げられ、アルミニウム・マンガン系としてはＡ３００３Ｐ、Ａ３００４Ｐが挙げられ、アルミニウム・マグネシウム系としてはＡ５０５２Ｐ、Ａ５０８３Ｐが挙げられる。  また、セパレータには機械的な強度や成形性も求められるため、上記の合金種に加えて、合金の調質も適宜選択することができる。なお、セパレータ基材がチタンやアルミニウムの単体から構成される場合、当該チタンやアルミニウムの純度は、好ましくは９５質量％以上であり、より好ましくは９７質量％以上であり、更に好ましくは９９質量％以上である。
【００３１】
セパレータ基材の厚さは、特に限定されるものではない。加工容易性、機械的強度、セパレータ自体を薄膜化することによる電池のエネルギー密度の向上等の観点から、好ましくは５０〜５００μｍであり、より好ましくは８０〜３００μｍであり、更に好ましくは８０〜２００μｍである。
特に、構成材料としてステンレスを用いた場合のセパレータ基材の厚さは、好ましくは８０〜１５０μｍである。一方、構成材料としてアルミニウムを用いた場合のセパレータ基材の厚さは、好ましくは１００〜３００μｍである。上記した数値範囲内の値である場合、セパレータとして十分な強度を有しながらも、加工容易性に優れ、好適な薄さを達成可能である。
【００３２】
なお、例えばセパレータの構成材料として十分な強度を提供するという観点からは、セパレータ基材は、ガス遮断性が高い材料から構成されることが好ましい。セパレータはセル同士を仕切る役割を担っているため、セパレータを挟んで両側で異なるガスが流れる構成となることがある。したがって、それぞれのセルユニットの各セルの隣り合うガスの混合やガス流量の変動をなくすという観点から、セパレータ基材はガス遮断性が高いものであるほど好ましい。
【００３３】
（導電性炭素層）
導電性炭素層３３は、導電性炭素を含む層であり、且つスルホン基Ｓを有するものである。
この層の存在によって、セパレータの導電性を確保しつつ、金属製のセパレータ基材のみの場合と比較して耐食性を改善することができ、更に、長期間、フラッディングを抑制ないし防止し、高い性能を発現し得る。
【００３４】
導電性炭素層は、導電性炭素層の結晶構造を特定な構造と調節することによって、導電性炭素層の一方の面から他方の面への導電パスが確保できる。
導電性炭素層の結晶構造は、ラマン散乱分光分析により測定される、Ｄバンドピーク強度（ＩＤ）とＧバンドピーク強度（ＩＧ）との強度比Ｒ（ＩＤ／ＩＧ）により規定することができる。具体的には、強度比Ｒ（ＩＤ／ＩＧ）が１．３以上であることが好ましい。以下、当該構成要件について、より詳細に説明する。
【００３５】
炭素材料をラマン分光法により分析すると、通常１３５０ｃｍ−１付近及び１５８４ｃｍ−１付近にピークが生じる。結晶性の高いグラファイトは、１５８４ｃｍ−１付近にシングルピークを有し、このピークは通常、「Ｇバンド」と称される。
一方、結晶性が低くなる（結晶構造欠陥が増す）につれて、１３５０ｃｍ−１付近のピークが現れてくる。このピークは通常、「Ｄバンド」と称される（なお、ダイヤモンドのピークは厳密には１３３３ｃｍ−１であり、上記Ｄバンドとは区別される）。
Ｄバンドピーク強度（ＩＤ）とＧバンドピーク強度（ＩＧ）との強度比Ｒ（ＩＤ／ＩＧ）は、炭素材料のグラファイトクラスターサイズやグラファイト構造の乱れ具合（結晶構造欠陥性）、ｓｐ２結合比率などの指標として用いられる。すなわち、本発明においては、導電性炭素層の接触抵抗の指標とすることができ、導電性炭素層の導電性を制御する膜質パラメータとして用いることができる。
【００３６】
Ｒ（ＩＤ／ＩＧ）値は、顕微ラマン分光器を用いて、炭素材料のラマンスペクトルを計測することにより算出される。具体的には、Ｄバンドと呼ばれる１３００〜１４００ｃｍ−１のピーク強度（ＩＤ）と、Ｇバンドと呼ばれる１５００〜１６００ｃｍ−１のピーク強度（ＩＧ）との相対的強度比（ピーク面積比（ＩＤ／ＩＧ））を算出することにより求められる。
【００３７】
上述したように、本実施形態においては、Ｒ値は１．３以上であることが好ましい。また、Ｒ値は、より好ましくは１．４〜２．０であり、更に好ましくは１．４〜１．９であり、特に好ましくは１．５〜１．８である。Ｒ値が１．３以上であれば、積層方向の導電性が十分に確保された導電性炭素層が得られる。また、Ｒ値が２．０以下であれば、グラファイト成分の減少を抑制することができる。更に、導電性炭素層自体の内部応力の増大をも抑制でき、下地であるセパレータ基材（後述する中間層が存在する場合には中間層）との密着性を一層向上させることができる。
【００３８】
なお、本実施形態のようにＲ値を１．３以上とすることにより上述の作用効果が得られるメカニズムは、以下のように推定されている。但し、以下のメカニズムはあくまでも推測に基づくものである。従って、以下のメカニズム以外のメカニズムにより上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【００３９】
上述したように、Ｄバンドピーク強度が大きくなる（すなわち、Ｒ値が大きくなる。）ことは、グラファイト構造における結晶構造欠陥の増加を意味する。換言すれば、ほぼｓｐ２炭素のみからなる高結晶性グラファイトにおいてｓｐ３炭素が増加することを意味する。
ここで、Ｒ＝１．０〜１．２の導電性炭素層を有するセパレータ（セパレータＡ）の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した写真（倍率：４０万倍）を図４（ａ）に示す。同様に、Ｒ＝１．６の導電性炭素層を有するセパレータ（セパレータＢ）の断面をＴＥＭにより観察した写真（倍率：４０万倍）を図４（ｂ）に示す。
なお、これらのセパレータＡ及びＢは、セパレータ基材としてはＳＵＳ３１６Ｌを用い、この表面上にＣｒからなる中間層（厚さ：０．２μｍ）及び導電性炭素層（厚さ：０．２μｍ）をスパッタリング法によって順次形成することにより作製した。また、セパレータＡにおける導電性炭素層の作製時においてセパレータ基材に対して印加したバイアス電圧は０Ｖであり、セパレータＢにおける導電性炭素層の作製時においてセパレータ基材に対して印加したバイアス電圧は−１４０Ｖであった。
【００４０】
図４（ｂ）に示すように、セパレータＢの導電性炭素層は、多結晶グラファイトの構造を有することがわかる。一方で、図４（ａ）に示すセパレータＡの導電性炭素層においては、このような多結晶グラファイトの構造は確認できない。
【００４１】
ここで、「多結晶グラファイト」とは、微視的にはグラフェン面（六角網面）が積層した異方性のグラファイト結晶構造（グラファイトクラスター）を有するが、巨視的には多数の当該グラファイト構造が集合した等方性結晶体である。したがって、多結晶グラファイトは、ダイヤモンド様カーボン（ＤＬＣ；Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）の１種であるということもできる。
通常、単結晶グラファイトは、ＨＯＰＧ（高配向熱分解黒鉛）に代表されるような、巨視的にみてもグラフェン面が積層された乱れのない構造を示す。一方、多結晶グラファイトにおいては、個々のクラスターとしてグラファイト構造が存在しており、乱層構造を有している。Ｒ値を上述の値に制御することで、この乱れ具合（グラファイトクラスター量、サイズ）が適度に確保され、導電性炭素層の一方の面から他方の面への導電パスを確保することができる。
その結果、セパレータ基材に加えて、導電性炭素層を別途設けたことによる導電性の低下が防止されると考えられる。
【００４２】
多結晶グラファイトにおいては、グラファイトクラスターを構成するｓｐ２炭素原子の結合によりグラフェン面が形成されていることから、当該グラフェン面の面方向に導電性が確保される。また、多結晶グラファイトは実質的に炭素原子のみから構成され、比表面積が小さく、結合した官能基の量も少ない。このため、多結晶グラファイトは酸性水等による腐食に対して優れた耐性を有する。
なお、カーボンブラック等の粉末においても、１次粒子を形成しているのはグラファイトクラスターの集合体である場合が多く、これにより導電性が発揮される。しかしながら、個々の粒子が分離しているため、表面に形成されている官能基が多く、酸性水等による腐食が生じやすい。また、カーボンブラックにより導電性炭素層を成膜しても、保護膜としての緻密性に欠けるという問題もある。
【００４３】
ここで、本実施形態において、導電性炭素層が多結晶グラファイトから構成される場合、多結晶グラファイトを構成するグラファイトクラスターのサイズは特に制限されるものではない。一例を挙げると、グラファイトクラスターの平均直径は、好ましくは１〜５０ｎｍ程度であり、より好ましくは２〜１０ｎｍである。グラファイトクラスターの平均直径がこのような数値範囲内の値であると、多結晶グラファイトの結晶構造を維持しつつ、導電性炭素層の厚膜化を防止することが可能である。
ここで、グラファイトクラスターの「直径」とは、当該クラスターの輪郭線上の任意の２点間の距離のうち、最大の距離を意味する。また、グラファイトクラスターの平均直径の値は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察されるクラスターの直径の平均値として算出することができる。
【００４４】
なお、本実施形態においては、導電性炭素層は、導電性炭素としての多結晶グラファイトのみから構成されてもよいが、導電性炭素層は多結晶グラファイト以外の材料をも含み得る。
導電性炭素層に含まれ得る多結晶グラファイト以外の炭素材料としては、例えば、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンフィブリルなどを挙げることができる。
また、カーボンブラックの具体例として、以下に制限されることはないが、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラックなどを挙げることができる。なお、カーボンブラックは、グラファイト化処理が施されていてもよい。
また、導電性炭素層に含まれ得る炭素材料以外の材料としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、インジウム（Ｉｎ）等の貴金属；ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の撥水性物質；導電性酸化物などを挙げることができる。
多結晶グラファイト以外の材料は、１種のみが用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。
【００４５】
導電性炭素層の厚さは、特に制限されるものではない。ただし、好ましくは１〜１０００ｎｍであり、より好ましくは２〜５００ｎｍであり、更に好ましくは５〜２００ｎｍである。導電性炭素層の厚さがこのような数値範囲内の値であれば、例えばガス拡散層とセパレータとの間に十分な導電性を確保することができる。また、セパレータ基材に対して高い耐食機能を持たせることができるという有利な効果を奏し得る。
【００４６】
更に、本実施形態においては、導電性炭素層３３のラマン散乱分光分析について、他の観点からは、ラマン散乱分光分析の回転異方性測定により測定された平均ピークが、２回対称パターンを示すことが好ましい。以下、回転異方性測定の測定原理について、簡単に説明する。
【００４７】
ラマン散乱分光分析の回転異方性測定は、測定サンプルを水平方向に３６０度回転させながら、ラマン散乱分光測定を実施することにより行なわれる。
具体的には、測定サンプルの表面に対してレーザー光を照射し、通常のラマンスペクトルを測定する。次いで、測定サンプルを１０°回転させて、同様にラマンスペクトルを測定する。この操作を、測定サンプルが３６０°回転するまで行なう。そして、それぞれの角度での測定において得られたピーク強度の平均値を算出し、中心がピーク強度ゼロとなる、１周３６０°の極座標表示とすることにより、平均ピークが得られる。
そして、例えば、グラフェン面がサンプルの面方向と平行となるように、グラファイト層がサンプル表面に存在する場合には、図５（ａ）に示すような３回対称パターンが見られる。
一方、グラフェン面がサンプルの面方向と垂直となるように、グラファイト層がサンプル表面に存在する場合には、図５（ｂ）に示すような２回対称パターンが見られる。
なお、明確な結晶構造が存在しない非晶質（アモルファス）状の炭素層がサンプル表面に存在する場合には、図５（ｃ）に示すような対称性を示さないパターンが見られる。
したがって、回転異方性測定により測定された平均ピークが２回対称パターンを示すということは、導電性炭素層を構成するグラフェン面の面方向が、導電性炭素層の積層方向とほぼ一致していることを意味する。このような形態によれば、導電性炭素層における導電性が最短のパスによって確保されることとなるため、好ましいのである。
【００４８】
ここで、上述した当該回転異方性測定を行なった結果を図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す。図６（ａ）は、セパレータＢを測定サンプルとして用い、当該サンプルの回転角をそれぞれ０°、６０°、及び１８０°としたときのラマンスペクトルを示す。また、図６（ｂ）は、上述した手法により得られた、セパレータＢについての回転異方性測定の平均ピークを示す。
図６（ｂ）に示すように、セパレータＢの回転異方性測定においては、０°及び１８０°の位置にピークが見られた。これは、図５（ｂ）に示す２回対称パターンに相当する。
なお、本明細書において、ラマン散乱分光分析の回転異方性測定により測定された平均ピークが「２回対称パターンを示す」とは、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、平均ピークにおいて、ピーク強度が０である点を基準として１８０°対向する２つのピークが存在することを意味する。３回対称パターンで見られるピーク強度と２回対称パターンで見られるピーク強度とは原理的には同程度の値を示すとされているため、このような定義が可能となる。
【００４９】
本実施形態では、例えば導電性炭素層のビッカース硬度を規定することが好ましい。
ここで、「ビッカース硬度（Ｈｖ）」とは、物質の硬さを規定する値であり、物質に固有の値である。本明細書において、ビッカース硬度は、ナノインデンテーション法により測定された値を意味する。ナノインデンテーション法とは、サンプル表面に対して超微小な荷重でダイヤモンド圧子を連続的に負荷および除荷し、得られた荷重−変位曲線から硬さを測定するという手法であり、Ｈｖが大きいほどその物質は硬いことを意味する。具体的には、導電性炭素層のビッカース硬度は、好ましくは１５００Ｈｖ以下であり、より好ましくは１２００Ｈｖ以下であり、更に好ましくは１０００Ｈｖ以下であり、特に好ましくは８００Ｈｖ以下である。ビッカース硬度がこのような数値範囲内の値であれば、導電性を有しないｓｐ３炭素の過剰な混入が抑制され、導電性炭素層の導電性の低下が防止され得る。
一方、ビッカース硬度の下限値について、特に制限されるものではないが、ビッカース硬度が５０Ｈｖ以上であれば、導電性炭素層の硬度が十分に確保される。その結果、外部からの接触や摩擦等の衝撃にも耐えることができ、下地であるセパレータ基材との密着性にも優れたセパレータを提供することができる。更には、中間層を設ける態様では、導電性炭素層と中間層、更にはセパレータ基材とのより一層強固な密着性にも優れたセパレータを提供することができる。このような観点から、導電性炭素層のビッカース硬度は、より好ましくは８０Ｈｖ以上であり、更に好ましくは１００Ｈｖ以上であり、特に好ましくは２００Ｈｖ以上である。
【００５０】
ここで、セパレータのセパレータ基材としてＳＵＳ３１６Ｌ（中間層を用いる場合にはアルミニウム又はその合金などの腐食されやすい金属も好適に用いることができる。）を準備する。この表面にＣｒからなる中間層（厚さ：０．２μｍ）及び導電性炭素層（厚さ：０．２μｍ）をスパッタリング法によって順次形成することにより作製した。
この際、バイアス電圧及び成膜方式を制御することにより、中間層の結晶構造を制御し、導電性炭素層のビッカース硬度を変化させた。これにより得られたセパレータにおける導電性炭素層のビッカース硬度と導電性炭素層におけるｓｐ３比の値との関係を図７に示す。なお、図７では、ダイヤモンドはｓｐ３比＝１００％であり、Ｈｖ１００００となる。図７に示す結果から、導電性炭素層のビッカース硬度が１５００Ｈｖ以下であると、ｓｐ３比の値が大きく低下することがわかる。また、ｓｐ３比の値が低下することで、セパレータの接触抵抗の値もこれに伴って低下することが推測される。
【００５１】
更に他の観点からは、導電性炭素層に含まれる水素原子の量もまた、考慮することが好ましい。すなわち、導電性炭素層に水素原子が含まれる場合、当該水素原子は炭素原子と結合する。そうすると、水素原子が結合した炭素原子の混成軌道はｓｐ２からｓｐ３へと変化して導電性を喪失し、導電性炭素層の導電性が低下することとなる。また、多結晶グラファイトにおけるＣ−Ｈ結合が増加すると、結合の連続性が失われ、導電性炭素層の硬度が低下し、最終的には導電部材の機械的強度や耐食性が低下してしまう。このような観点から、導電性炭素層における水素原子の含有量は、導電性炭素層を構成する全原子に対して、好ましくは３０原子％以下であり、より好ましくは２０原子％以下であり、更に好ましくは１０原子％以下である。
ここで、導電性炭素層における水素原子の含有量の値としては、弾性反跳散乱分析法（ＥＲＤＡ）により得られる値を採用するものとする。この方法では、測定サンプルを傾け、ヘリウムイオンビームを浅く入射することによって、前方に弾き出された元素を検出する。水素原子の原子核は、入射されるヘリウムイオンよりも軽いため、水素原子が存在するとその原子核は前方に弾き出される。このような散乱は弾性散乱であることから、弾き出された原子のエネルギースペクトルはその原子核の質量を反映する。したがって、弾き出された水素原子の原子核の数を固体検出器によって測定することにより、測定サンプルにおける水素原子の含有量が測定され得る。
【００５２】
ここで、図８は、上述したＲ値が１．３以上であるものの、水素原子の含有量が異なる導電性炭素層を有するいくつかのセパレータについて、接触抵抗を測定した結果を示すグラフである。図８に示すように、導電性炭素層における水素原子の含有量が３０原子％以下であると、セパレータの接触抵抗の値は顕著に低下する。なお、図８に示す実験において、セパレータのセパレータ基材としてはＳＵＳ３１６Ｌ（中間層を用いる場合にはアルミニウム又はその合金などの腐食されやすい金属も好適に用いることができる。）を用いた。この表面上にＣｒからなる中間層（厚さ：０．２μｍ）及び導電性炭素層（厚さ：０．２μｍ）をスパッタリング法によって順次形成することにより作製した。この際、成膜方式や炭化水素ガス量を制御することにより、導電性炭素層における水素原子の含有量を変化させた。
【００５３】
本実施形態においては、セパレータ基材のすべてが、導電性炭素層により被覆されている。換言すれば、本実施形態では、導電性炭素層によりセパレータ基材が被覆された面積の割合（被覆率）は１００％である。被覆率は、高いほど好ましく、１００％であることが最も好ましいが、ピンホールが形成されることは不可避である。また、後述する導電性炭素層に対するスルホン基を導入する製造条件を考慮すれば、このような形態のみに限定されるものではなく、少なくとも５０％以上であり、好ましくは８０％以上であり、より好ましくは９０％以上であり、最も好ましくは１００％である。
このような構成とすることにより、導電性炭素層により被覆されていない、セパレータ基材の露出部への酸化皮膜の形成に伴う導電性・耐食性の低下を効果的に抑制することができる。なお、上記被覆率は、セパレータを積層方向から見た場合に導電性炭素層と重複するセパレータ基材の面積の割合を意味するものとする。
【００５４】
（中間層）
また、本実施形態においては、図示しないが、中間層がセパレータ基材と導電性炭素層との間に配置されていてもよい。この層の存在によって、セパレータ基材と導電性炭素層との密着性を向上させることができ、セパレータ基材からのイオンの溶出を防止させることができる。特に、Ｒ値が上述した好ましい数値範囲の上限値を超える場合に、中間層を設けることによる効果は顕著に発現する。ただし、Ｒ値が上述した好ましい数値範囲内に含まれる場合であっても中間層を配置してもよいことは当然である。他の観点からは、中間層の配置による上述した作用効果は、セパレータ基材がアルミニウム又はその合金から構成される場合により一層顕著に発現する。なお、本発明において、中間層は任意の層であり、必ずしも中間層は存在しなくてもよい。
【００５５】
中間層を構成する材料としては、上記の密着性を付与するものであれば特に制限されるものではない。例えば、長周期周期律表の第４族の金属（チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ））、第５族の金属（バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ））、第６族の金属（クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ））、これらの炭化物、窒化物、炭窒化物などを挙げることができる。
その中でも、クロム、タングステン、チタン、モリブデン、ニオブ、ハフニウムといったイオン溶出の少ない金属、これらの窒化物、炭化物、炭窒化物が好適に用いられる。特に、クロム、チタン、これらの炭化物、窒化物がより好適に用いられる。クロム、チタン、これらの炭化物、窒化物を用いる場合、中間層の役割として、上側の導電性炭素層との密着性確保と、下地のセパレータ基材の防食効果がある。特にアルミニウム又はその合金で構成されたセパレータ基材の場合、界面付近に到達した水分により腐食が進行しアルミニウムの酸化皮膜の形成が生じる。その結果、セパレータ基材全体の膜厚方向の導電性が悪化する。クロム、チタン、これらの炭化物、窒化物は不動態皮膜の形成により、露出部が存在していたとしても、それ自体の溶出はほとんど見られない点において特に有用である。その中でも、上述したイオン溶出の少ない金属（特にクロム、チタンなど）、その炭化物、窒化物を用いた場合、セパレータの耐食性を有意に向上させることができる点でも優れている。これにより、セパレータの耐食性を維持できる。
【００５６】
中間層の厚さ（膜厚）は、特に制限されるものではない。ただし、セパレータをより薄膜化することにより、燃料電池のスタックのサイズをできるだけ小さくするという観点からは、中間層の厚さは、好ましくは０．０１〜１０μｍであり、より好ましくは０．０５〜５μｍであり、さらに好ましくは０．０２〜５μｍであり、特に好ましくは０．１〜１μｍである。中間層の厚さが０．０１μｍ以上であれば、均一な層が形成され、セパレータ基材の耐食性を効果的に向上させることが可能となる。一方、中間層の厚さが１０μｍ以下であれば、中間層の膜応力の上昇が抑えられ、セパレータ基材に対する皮膜追従性の低下やこれに伴う剥離・クラックの発生が防止され得る。
【００５７】
中間層の硬さは、特に限定されるものではない。好ましくは、セパレータ基材の硬さと導電性炭素層の硬さとの間の硬さを示すことが望ましい。中間層の硬さがこのような範囲内であると、界面の硬度差を可能なかぎり小さくすることができる。これによって、セパレータとして使用する場合にかかる膜応力に対しても歪みが同程度になるため両層に対して高い密着性を確保することができる。具体的には、中間層の硬さがビッカース硬度で１００〜１０００Ｈｖであることが好ましい。
【００５８】
中間層によるセパレータ基材が被覆された面積の割合（被覆率）は、特に限定されるものではない。好ましくは６０％以上であり、より好ましくは８０〜１００％であり、更に好ましくは９０〜１００％であり、最も好ましくは１００％である。このような構成とすることにより、中間層により被覆されていないセパレータ基材の露出部への水分子の浸入を有効に抑制・防止して、セパレータ（特に、セパレータ基材）の導電性・耐食性の低下が効果的に抑制され得る。
【００５９】
なお、中間層は、セパレータ基材の少なくとも一方の表面上に存在すればよく、中間層は、セパレータ基材の両表面に存在することが望ましいが、本発明の所期の効果を損なわない適用箇所などへの利用の場合には、いずれか一方の表面上にのみ存在するようにしてもよい。ただし、導電性炭素層がセパレータ基材の一方の主表面にのみ存在する場合には、中間層は、セパレータ基材と導電性炭素層との間に存在する。
また、導電性炭素層は、上述したようにセパレータ基材の両面に存在する場合もある。このような場合には、中間層は、セパレータ基材と双方の導電性炭素層との間にそれぞれ介在することが好ましい。セパレータ基材といずれか一方の導電性炭素層との間にのみ中間層が存在する場合には、当該中間層は、固体高分子形燃料電池において膜電極接合体側に配置されることとなる導電性炭素層とセパレータ基材との間に存在することが好ましい。
【００６０】
（セパレータの製造方法）
上述した実施形態のセパレータの製造方法を以下説明する。但し、本発明の燃料電池用セパレータはこのような製造方法により製造されたものに限定されるものでない。すなわち、上述した実施形態のセパレータを製造する方法については特に制限はなく、従来公知の手法を適宜参照することにより製造することが可能である。
【００６１】
セパレータの製造方法の一例としては、セパレータ基材の酸化皮膜を除去する工程（１）と、工程（１）の後に必要に応じて実施される、スパッタリング法やイオンプレーティング法により中間層を形成する工程（２）、工程（２）の後に実施される、スパッタリング法やイオンプレーティング法により導電性炭素層を形成する工程（３）と、導電性炭素層にスルホン基を導入する工程（４）とを含む製造方法を挙げることができる。
なお、セパレータの各構成要素の材質などの諸条件については、上述した通りであるため、ここでは説明を省略する。 
【００６２】
（工程（１））
まず、セパレータ基材の構成材料として、所望の厚みのステンレス板やアルミニウム板などの金属板を準備する。次いで、適当な溶媒（例えば、エタノール、エーテル、アセトン、イソプロピルアルコール、トリクロロエチレン、苛性アルカリ剤など。）を用いて、準備したセパレータ基材の構成材料の表面の脱脂及び洗浄処理を行う。このような処理としては、例えば、超音波洗浄などが挙げられる。超音波洗浄の条件としては、処理時間が１〜１０分間程度、周波数が３０〜５０ｋＨｚ程度、及び電力が３０〜５０Ｗ程度である。
【００６３】
続いて、セパレータ基材の構成材料の表面（両面）に形成されている酸化皮膜の除去を行なう。酸化皮膜を除去するための手法としては、特に制限されるものではないが、例えば、酸による洗浄処理、電位印加による溶解処理、イオンボンバード処理などを挙げることができる。
【００６４】
上記処理（金属板の表面の脱脂・洗浄処理や酸化皮膜除去処理）は、金属板の少なくとも中間層を形成する面について行なうことが好ましいが、より好ましくは金属板の両面について行なう。
【００６５】
（工程（２））
次に、上記処理を施したセパレータ基材の構成材料の表面に、中間層を形成（成膜）する。ここで、中間層の形成（成膜）方法は、特に制限されるものではないが、スパッタリング法やイオンプレーティング法を使用することができる。その中でも、スパッタリング法が好ましい。
【００６６】
中間層を形成（成膜）するのに好適に用いられる手法としては、スパッタリング法又はイオンプレーティング法などの物理気相成長（ＰＶＤ）法がある。なお、中間層は、他の方法、例えば、フィルタードカソーディックバキュームアーク（ＦＣＶＡ）法などのイオンビーム蒸着法などによっても形成（成膜）することができる。ここで、スパッタリング法としては、例えば、マグネトロンスパッタリング法、アンバランスドマグネトロンスパッタリング（ＵＢＭＳ）法、デュアルマグネトロンスパッタ法などを挙げることができる。また、イオンプレーティング法としては、例えば、アークイオンプレーティング法などを挙げることができる。
このような手法によっても、中間層が形成できる。これに加えて、比較的低温で成膜が可能であり、セパレータ基材へのダメージを最小限に抑えることができるという利点もある。更に、スパッタリング法によれば、バイアス電圧等を制御することで、成膜される層の膜質をコントロールできるという利点もある。
【００６７】
（工程（３））
更に、上記工程（２）で形成（成膜）された中間層上に、導電性炭素層を形成（成膜）する。ここで、導電性炭素層の形成（成膜）方法は、特に制限されない。例えば、上述した導電性炭素層の構成材料（例えば、グラファイト）をターゲットとして、中間層上に導電性炭素を含む層を原子レベルで積層（成膜）することにより、導電性炭素層を形成することができる。これにより、直接付着した導電性炭素層と中間層との又は中間層とセパレータ基材との界面及びその近傍は、分子間力や僅かな炭素原子の進入によって、長期間にわたって密着性を保持することができる。
【００６８】
導電性炭素層を積層（成膜）するのに好適に用いられる手法としては、例えば、スパッタリング法やイオンプレーティング法などの物理気相成長（ＰＶＤ）法、又はフィルタードカソーディックバキュームアーク（ＦＣＶＡ）法などのイオンビーム蒸着法などを挙げることができる。スパッタリング法としては、例えば、マグネトロンスパッタリング法、アンバランスドマグネトロンスパッタリング（ＵＢＭＳ）法、デュアルマグネトロンスパッタ法、ＥＣＲスパッタリング法などを挙げることができる。また、イオンプレーティング法としては、例えば、アークイオンプレーティング法などを挙げることができる。その中でも、スパッタリング法やイオンプレーティング法を用いることが好ましく、スパッタリング法を用いることが特に好ましい。このような手法によれば、水素含有量の少ない導電性炭素層を形成することができる。その結果、炭素原子同士の結合（ｓｐ２混成炭素）の割合を増加させることができ、優れた導電性を達成することができる。これに加えて、比較的低温で成膜が可能であり、中間層へのダメージを最小限に抑えることができるという利点もある。更に、スパッタリング法によれば、バイアス電圧等を制御することで、成膜される層の膜質をコントロールできるという利点もある。
【００６９】
ここで、導電性炭素層の成膜をスパッタリング法により行なう場合には、スパッタリング時に中間層に対して負のバイアス電圧を印加するとよい。このような形態によれば、イオン照射効果によって、グラファイトクラスターが緻密に集合した構造の導電層を成膜することができる。このような導電性炭素層は優れた導電性を発揮することができることから、他の部材（例えば、膜電極接合体）との接触抵抗の小さいセパレータを提供することができる。当該形態において、印加される負のバイアス電圧の大きさ（絶対値）は特に制限されるものではなく、導電性炭素層を成膜可能な電圧を採用することができる。一例として、印加される電圧の大きさは、好ましくは５０〜５００Ｖであり、より好ましくは１００〜３００Ｖである。なお、成膜時のその他の条件等の具体的な形態は特に制限されるものではなく、従来公知の知見が適宜参照され得る。
【００７０】
（工程（４））
しかる後、上記工程（３）で形成された導電性炭素層を熱濃硫酸や発煙硫酸に暴露させること（スルホン化処理）により、スルホン基を導入する。導電性炭素層を熱濃硫酸や発煙硫酸に暴露させるスルホン化処理の際には、セパレータを熱濃硫酸や発煙硫酸内に浸漬する方法やセパレータの導電性炭素層に対して熱濃硫酸や発煙硫酸を塗布する方法を適用することができる。
導入されるスルホン基の量は、導電性炭素層自体の構造や、導電性炭素層を熱濃硫酸や発煙硫酸に暴露させる時間を制御することにより調整することができる。
例えば、導電性炭素層を熱濃硫酸や発煙硫酸に暴露させる時間を同じにした場合、Ｒ値が大きいほど導入されるスルホン基の量は多くなる。これは、導電性炭素層のグラファイト構造における結晶構造欠陥の増加、換言すれば、グラファイトを構成する炭素の未結合手が多いためである。
また、例えば、Ｒ値を同じにした場合、導電性炭素層を熱濃硫酸や発煙硫酸に暴露させる時間が長いほど、若干ではあるが、導入されるスルホン基の量は多くなる傾向がある。
【００７１】
［膜電極接合体］
膜電極接合体１０は、高分子電解質膜１１と、これを挟持する一対の電極触媒層１３とを有する。
【００７２】
（高分子電解質膜）
高分子電解質膜１１は、燃料電池（スタック）１の運転時にアノード電極触媒層１３ａで生成したプロトンを膜厚方向に沿ってカソード電極触媒層１３ｃへと選択的に透過させる機能を有する。また、高分子電解質膜１１は、アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能をも有する。
【００７３】
高分子電解質膜１１は、構成材料であるイオン交換樹脂の種類によって、フッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜とに大別される。
フッ素系高分子電解質膜を構成するイオン交換樹脂としては、例えば、ＮＡＦＩＯＮ、アシプレックス（登録商標、旭化成ケミカルズ株式会社製）、フレミオン＼ＦＬＥＭＩＯＮ（登録商標、旭硝子株式会社製）等のパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー、パーフルオロカーボンホスホン酸系ポリマー、トリフルオロスチレンスルホン酸系ポリマー、エチレンテトラフルオロエチレン−ｇ−スチレンスルホン酸系ポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオリド−パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーなどが挙げられる。
耐熱性、化学的安定性などの発電性能を向上させるという観点からは、これらのフッ素系高分子電解質膜が好ましく用いられ、特に好ましくはパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系高分子電解質膜が用いられる。
【００７４】
炭化水素系電解質膜を構成するイオン交換樹脂として、例えば、スルホン化ポリエーテルスルホン（Ｓ−ＰＥＳ）、スルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、ホスホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、スルホン化ポリスチレン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン（Ｓ−ＰＥＥＫ）、スルホン化ポリフェニレン（Ｓ−ＰＰＰ）などが挙げられる。
原料が安価で製造工程が簡便であり、且つ材料の選択性が高いといった製造上の観点からは、これらの炭化水素系高分子電解質膜が好ましく用いられる。
なお、上述したイオン交換樹脂は、１種のみが単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。
また、上述した材料に限定されるものではなく、その他の材料を用いることもできる。
【００７５】
高分子電解質膜の厚みは、得られる燃料電池の特性を考慮して適宜決定すればよく、特に限定されるものではない。高分子電解質膜の厚みは、通常は５〜３００μｍである。高分子電解質膜の厚みがこのような数値範囲内であると、製膜時の強度や使用時の耐久性及び使用時の出力特性のバランスが適切を制御することができる。
【００７６】
（電極触媒層）
電極触媒層（アノード電極触媒層１３ａ、カソード電極触媒層１３ｃ）は、導電性担体と導電性担体の表面に担持された触媒粒子とを含む電極触媒と、電極触媒を被覆するアイオノマとを含み、実際に電池反応が進行する層である。具体的には、アノード電極触媒層１３ａでは水素の酸化反応が進行し、カソード電極触媒層１３ｃでは酸素の還元反応が進行する。
【００７７】
（触媒粒子）
アノード電極触媒層に用いられる触媒粒子は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されるものではなく、従来公知の触媒を適用することができる。また、カソード電極触媒層に用いられる触媒粒子もまた、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されるものではなく、従来公知の触媒を同様に使用できる。
触媒粒子の具体例としては、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の粒子、これらの任意の組み合わせに係る混合物や合金などを挙げることができる。
【００７８】
触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好適に用いられる。
上記合金の組成は、合金化する金属の種類にもよるが、白金の含有量を３０〜９０原子％とし、白金と合金化する金属の含有量を１０〜７０原子％とするのがよい。
なお、合金とは、一般に金属元素に１種以上の金属元素又は非金属元素を加えたものであって、金属的性質をもっているものの総称である。
合金の組織には、成分元素が別個の結晶となるいわば混合物である共晶合金、成分元素が完全に溶け合い固溶体となっているもの、成分元素が金属間化合物又は金属と非金属との化合物を形成しているものなどがあり、本発明においてはいずれであってもよい。
この際、アノード電極触媒層に用いられる触媒粒子及びカソード電極触媒層に用いられる触媒粒子は、上記の中から適宜選択することができる。
本発明においては、特記しない限り、アノード電極触媒層用及びカソード電極触媒層用の触媒粒子についての説明は、両者について同様の定義である。
よって、一括して「触媒粒子」と称する。しかしながら、アノード電極触媒層及びカソード電極触媒層の触媒粒子は同一である必要はなく、上記したような所望の作用を奏するように、適宜選択することができる。
【００７９】
触媒粒子の大きさは、特に限定されるものではなく、従来公知の触媒と同様の大きさを採用することができる。
この際、触媒粒子の平均粒子径は、好ましくは１〜３０ｎｍである。
触媒粒子の平均粒子径がこのような範囲内の値であると、電気化学反応が進行する有効電極面積に関連する触媒利用率と担持の簡便さとのバランスを適切に制御することができる。
なお、本発明における「触媒粒子の平均粒子径」は、Ｘ線回折における触媒粒子の回折ピークの半値幅より求められる結晶子径や、透過形電子顕微鏡像より調べられる触媒粒子の粒子径の平均値として測定することができる。 
【００８０】
（導電性担体）
導電性担体は、上述した触媒粒子を担持するための担体、及び触媒粒子と他の部材との間での電子の授受に関与する電子伝導パスとして機能するものであれば、特に限定されるものではなく、従来公知の導電性担体を同様に使用できる。
導電性担体としては、触媒粒子を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、充分な電子伝導性を有しているものであればよく、主成分がカーボンであることが好ましい。
具体的には、アセチレンブラック、チャンネルブラック、オイル（ガス）ファーネスブラック（例えばバルカンなど）、ランプブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック、ブラックパール、黒鉛化アセチレンブラック、黒鉛化チャンネルブラック、黒鉛化オイル（ガス）ファーネスブラック（例えばバルカンなど）、黒鉛化ランプブラック、黒鉛化サーマルブラック、黒鉛化ケッチェンブラック、黒鉛化ブラックパール、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンフィブリル、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などを挙げることができる。
なお、「主成分がカーボンである」とは、主成分として炭素原子を含むことをいい、炭素原子のみからなる、実質的に炭素原子からなる、の双方を含む概念である。場合によっては、燃料電池の特性を向上させるために、炭素原子以外の元素が含まれていてもよい。
また、「実質的に炭素原子からなる」とは、２〜３質量％以下の不純物の混入が許容され得ることを意味する。
【００８１】
導電性担体のＢＥＴ比表面積は、触媒粒子を高分散担持させるのに充分な比表面積であれることが好ましく、好ましくは２０〜１６００ｍ２／ｇ、より好ましくは８０〜１２００ｍ２／ｇである。
導電性担体の比表面積がこのような数値範囲内であると、導電性担体での触媒粒子の分散性と触媒粒子の有効利用率とのバランスを適切に制御することができる。
【００８２】
導電性担体のサイズについても特に限定されるものではないが、担持の簡便さ、金属粒子の触媒として利用率、電極触媒層の厚みを適切な範囲で制御するなどの観点からは、平均粒子径を５〜２００ｎｍ程度、好ましくは１０〜１００ｎｍとするとよい。
【００８３】
導電性担体における触媒粒子の担持濃度は、電極触媒の全量に対して、好ましくは１０〜８０質量％、より好ましくは３０〜７０質量％である。触媒粒子の担持量がこのような数値範囲内であると、導電性担体上での触媒粒子の分散度と触媒性能とのバランスを適切に制御することができる。
なお、導電性担体における触媒粒子の担持濃度は、誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ）によって測定することができる。
【００８４】
（アイオノマ）
アイオノマとしては、例えば、フッ素系高分子電解質材料や炭化水素系高分子電解質材料を挙げることができる。
構成材料であるイオン交換樹脂の種類によって、フッ素系高分子電解質材料と炭化水素系高分子電解質材料とに大別される。
フッ素系高分子電解質材料を構成するイオン交換樹脂としては、例えば、ＮＡＦＩＯＮ、アシプレックス、フレミオン等のパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー、パーフルオロカーボンホスホン酸系ポリマー、トリフルオロスチレンスルホン酸系ポリマー、エチレンテトラフルオロエチレン−ｇ−スチレンスルホン酸系ポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオリド−パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーなどが挙げられる。
耐熱性、化学的安定性などの発電性能を向上させるという観点からは、これらのフッ素系高分子電解質材料が好ましく用いられ、特に好ましくはパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーが用いられる。
【００８５】
炭化水素系電解質材料を構成するイオン交換樹脂として、例えば、スルホン化ポリエーテルスルホン（Ｓ−ＰＥＳ）、スルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、ホスホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、スルホン化ポリスチレン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン（Ｓ−ＰＥＥＫ）、スルホン化ポリフェニレン（Ｓ−ＰＰＰ）などが挙げられる。
原料が安価で製造工程が簡便であり、且つ材料の選択性が高いといった製造上の観点からは、これらの炭化水素系高分子電解質材料が好ましく用いられる。
なお、上述したイオン交換樹脂は、１種のみが単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。
また、上述した材料に限定されるものではなく、その他の材料を用いることもできる。
【００８６】
また、上述したように、電極触媒層におけるアイオノマのイオン交換当量（ＥＷ）は８００以下であることが好ましい。
このような構成とすることにより、電極触媒層において、よりプロトン輸送抵抗を低減することが可能となるため、より良好な電流電圧特性を実現し得るものとなる。
しかしながら、本発明は、この好適な数値範囲内であることに限定されるものではない。
【００８７】
［ガス拡散層］
ガス拡散層（アノードガス拡散層２０ａ、カソードガス拡散層２０ｃ）は、セパレータのガス流路（ＧＰａ、ＧＰｃ）を介して供給されたガス（燃料ガス又は酸化剤ガス）の電極触媒層（１３ａ、１３ｃ）への拡散を促進する機能、及び電子伝導パスとしての機能を有する。
【００８８】
ガス拡散層を構成する材料は特に限定されず、従来公知の知見が適宜参照され得る。例えば、炭素製の織布や不織布、紙状抄紙体、金網や金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタルといった導電性及び多孔質性を有するシート状材料が挙げられる。
その中でも、導電性及び機械的強度を確保することができるという観点から、金属製のものを好適に用いることができる。
【００８９】
ガス拡散層は、撥水性をより高めてフラッディング現象などを防止することを目的として、撥水剤を含むことが好ましい。
撥水剤としては、特に限定されるものではないが、フッ素系の高分子材料やオレフィン系の高分子材料が挙げられる。
フッ素系の高分子材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリヘキサフルオロプロピレン（ＰＨＦＰ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＴＦＥ−ＨＦＰ）などが挙げられる。
また、オレフィン系の高分子材料としては、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレン（ＰＥ）などが挙げられる。
【００９０】
（第２の実施形態）
図９は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の基本構成の他の一例、すなわち第２の実施形態に係る固体高分子形燃料電池の基本構成の一例を模式的に示す断面図である。なお、第１の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００９１】
図９に示すように、本実施形態の燃料電池は、ガス拡散層２０（２０ａ、２０ｃ）が、ガス拡散層基材２１（２１ａ、２１ｃ）と、ガス拡散層基材２１（２１ａ、２１ｃ）の膜電極接合体１０に対峙する面側に形成されたガス拡散層下地層２３（２３ａ、２３ｃ）と、ガス拡散層基材２１（２１ａ、２１ｃ）のセパレータ３０（３０ａ、３０ｃ）に対峙する面側に形成された導電性炭素層２５（２５ａ、２５ｃ）との３層からなる積層構造を有するものである。そして、セパレータ３０の導電性炭素層３３のガス拡散層２０に対峙する面α側におけるスルホン基量が、ガス拡散層２０の導電性炭素層２５のセパレータ３０に対峙する面β側におけるスルホン基量より多い構成となっている。このような構成が、上述した第１の実施形態に係る燃料電池と相違している。
すなわち、本実施形態の燃料電池においても、上述した第１の実施形態に係る燃料電池と同様に、セパレータ３０（３０ａ、３０ｃ）の導電性炭素層３３（３３ａ、３３ｃ）は図示しないスルホン基を有している（例えば、図３参照。）。
そして、セパレータ３０（３０ａ、３０ｃ）の導電性炭素層３３（３３ａ、３３ｃ）のガス拡散層２０（２０ａ、２０ｃ）に対峙する面α側におけるスルホン基量が、ガス拡散層２０（２０ａ、２０ｃ）の導電性炭素層２５（２５ａ、２５ｃ）のセパレータ３０（３０ａ、３０ｃ）に対峙する面β側におけるスルホン基量より多い構成となっている。
なお、本実施形態の燃料電池には、ガス拡散層の導電性炭素層のセパレータに対峙する面側にスルホン基を有し、セパレータの導電性炭素層のガス拡散層に対峙する面側におけるスルホン基量より少ない場合だけでなく、ガス拡散層の導電性炭素層のセパレータに対峙する面側にスルホン基を有しない場合も含む意味に解釈しなければならない。
【００９２】
セパレータの導電性炭素層とガス拡散層の導電性炭素層とが向かい合わされた場合には、セパレータの表面の導電性炭素層が有するスルホン基量をガス拡散層の導電性炭素層が有するスルホン基量より多くすることにより、燃料電池の生成水を排出すべき方向に生成水を導き易くなる。更にセパレータの親水性を維持することが可能となる。その結果、長期間、フラッディングを抑制ないし防止し、高い性能を発現し得る燃料電池となる。
【００９３】
以下、本実施形態の構成要素について更に詳細に説明する。
【００９４】
［ガス拡散層］
ガス拡散層２０（２０ａ、２０ｃ）は、ガス拡散層基材２１（２１ａ、２１ｃ）と、ガス拡散層基材２１（２１ａ、２１ｃ）の膜電極接合体１０に対峙する面側に形成されたガス拡散層下地層２３（２３ａ、２３ｃ）と、ガス拡散層基材２１（２１ａ、２１ｃ）のセパレータ３０（３０ａ、３０ｃ）に対峙する面側に形成された導電性炭素層２５（２５ａ、２５ｃ）とを有する構造を有している。また、ガス拡散層２０が、セパレータのガス流路（ＧＰａ、ＧＰｃ）を介して供給されたガス（燃料ガス又は酸化剤ガス）の電極触媒層（１３ａ、１３ｃ）への拡散を促進する機能、及び電子伝導パスとしての機能を有することは、上述した第１の実施形態と同様である。
【００９５】
（ガス拡散層基材）
ガス拡散層基材２１は、ガス拡散層２０を構成する主材であり、導電性及び機械的強度の確保に寄与するものであり、金属製のものを好適に用いることができる。具体的には、金網や金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタルといった導電性及び多孔質性を有するシート状材料が挙げられる。
基材の厚みは、得られるガス拡散層の特性を考慮して適宜決定すればよいが、３０〜５００μｍ程度とすればよい。基材の厚みがこのような範囲内の値であれば、機械的強度とガス及び水などの拡散性とのバランスが適切に制御され得る。
【００９６】
（ガス拡散層下地層）
ガス拡散層下地層２３は、ガス拡散層２０の撥水性の確保に寄与するものであり、撥水性を向上させるために、撥水剤を含むカーボン粒子の集合体からなるカーボン粒子層（マイクロポーラス層；ＭＰＬ）を適用することができる。
【００９７】
ガス拡散層下地層に含まれるカーボン粒子は特に限定されるものではなく、カーボンブラック、グラファイト、膨張黒鉛などの従来公知の材料を適宜採用することができる。中でも、電子伝導性に優れ、比表面積が大きいことから、オイルファーネスブラック、チャネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックが好ましく用いられる。カーボン粒子の平均粒子径は、１０〜１００ｎｍ程度とするのがよい。これにより、毛細管力による高い排水性が得られるとともに、電極触媒層との接触性も向上させることが可能となる。
【００９８】
ガス拡散層下地層に用いられる撥水剤としては、上述した撥水剤と同様のものが挙げられる。中でも、撥水性、電極反応時の耐食性などに優れることから、フッ素系の高分子材料を用いることが好ましい。
【００９９】
ガス拡散層下地層におけるカーボン粒子と撥水剤との混合比は、撥水性及び電子伝導性のバランスを考慮して、質量比で９０：１０〜４０：６０（カーボン粒子：撥水剤）程度とするのがよい。なお、カーボン粒子層の厚みについても特に制限はなく、得られるガス拡散層の撥水性を考慮して適宜決定すればよい。
【０１００】
（導電性炭素層）
導電性炭素層２５（２５ａ、２５ｃ）は、スルホン基量が異なるだけでセパレータ３０の導電性炭素層３３（３３ａ、３３ｃ）と同様の構成（若しくはスルホン基を有しない構成）を採用することができる。
スルホン基量は、上述したように導電性炭素層自体の構造や、導電性炭素層を熱濃硫酸や発煙硫酸に暴露させる時間を制御することにより調整することができる。
なお、各導電性炭素層（２５ａ、２５ｃ、３３ａ、３３ｃ）は、本実施形態における関係を満足するものであれば、一部が同一であっても、全部が異なっていてもよい。
【０１０１】
（第３の実施形態）
図１０は、本発明の一実施形態に係る燃料電池のガス拡散層の他の一例、すなわち第２の実施形態に係る固体高分子形燃料電池のガス拡散層の他の一例を模式的に示す拡大断面図である。なお、第１及び第２の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図１０に示すように、本実施形態の燃料電池は、ガス拡散層２０（２０ｃ）の導電性炭素層（２５ｃ）が、貫通している凹部γや貫通していない凹部γ’を有すると共に、スルホン基Ｓを有する。なお、上記凹部（γ、γ’）は、金網や金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタルといった凹凸形状を有するガス拡散層基材上に導電性炭素層を形成した場合に形成されやすい。
そして、図１０に示すように、本実施形態の燃料電池においては、ガス拡散層の導電性炭素層のセパレータに対峙する面βにおけるスルホン基の面密度が、ガス拡散層の導電性炭素層の凹部内側の面（内側側面及び内側底面）におけるスルホン基の面密度より高い構成となっている。
なお、スルホン基量は、上述したように導電性炭素層自体の構造や、導電性炭素層を熱濃硫酸や発煙硫酸に暴露させる時間を制御することにより調整することができる。
具体的には、導電性炭素層を形成するに当たり、通常通り、一様に成膜し、スルホン化処理すれば、熱濃硫酸や発煙硫酸に暴露され易いガス拡散層の導電性炭素層のセパレータに対峙する面でスルホン基が導入され易い傾向がある。
また、スルホン基の面密度は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などを用いて数〜数十視野中に観察されるスルホン基を赤外分光分析装置（ＩＲ）を用いて同定し、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を用いてスルホン基の硫黄原子に基づいて定量化することなどにより算出することができる。
なお、図示しないが、本実施形態におけるガス拡散層は、カソード及びアノードのいずれのガス拡散層として用いることもできる。
【０１０２】
ガス拡散層の導電性炭素層のセパレータに対峙する面におけるスルホン基の面密度を、ガス拡散層の導電性炭素層の凹部内側の面（内側側面及び内側底面）におけるスルホン基の面密度より高くすることにより、燃料電池の生成水を排出すべき方向に生成水を導き易くなる。その結果、長期間、フラッディングを抑制ないし防止し、高い性能を発現し得る燃料電池となる。
【０１０３】
（第４の実施形態）
図１１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池に適用されるセパレータ及びガス拡散層の導電性炭素層の更に他の一例、すなわち、第４の実施形態に係る固体高分子形燃料電池に適用されるセパレータ及びガス拡散層の更に他の一例を模式的に示す拡大断面図（ａ）及び（ｂ）である。なお、第１〜第３の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図１１に示すように、本実施形態の燃料電池においては、セパレータ３０（３０ａ、３０ｃ）の導電性炭素層３３（３３ａ、３３ｃ）及びガス拡散層２０（２０ａ、２０ｃ）の導電性炭素層（２５ａ、２５ｃ）がスルホン基を有する。
そして、図１１（ａ）に示すように、本実施形態の燃料電池においては、ガス拡散層２０（２０ａ、２０ｃ）の導電性炭素層２５（２５ａ、２５ｃ）の図示しないセパレータに対峙する面βにおけるスルホン基Ｓの面密度が、ガス拡散層２０の導電性炭素層２０（２０ａ、２０ｃ）のピンホールｐ内側の面におけるスルホン基の面密度より高い構成となっている。
また、図１１（ｂ）に示すように、本実施形態の燃料電池においては、セパレータ（３０ａ、３０ｃ）の導電性炭素層３３（３３ａ、３３ｃ）の図示しないガス拡散層に対峙する面αにおけるスルホン基の面密度が、セパレータ３０（３０ａ、３０ｃ）の導電性炭素層３３（３３ａ、３３ｃ）のピンホールｐ内側の面におけるスルホン基の面密度より高い構成となっている。
【０１０４】
このような構成とすることにより、セパレータの導電性炭素層のピンホールに滞留し得る生成水やガス拡散層の導電性炭素層のピンホールを透過する生成水を排出すべき方向に導き易くなる。その結果、長期間、フラッディングを抑制ないし防止し、高い性能を発現し得る燃料電池となる。
【０１０５】
上記第４の実施形態の燃料電池を作製するに当たっては、例えば、セパレータの導電性炭素層及びガス拡散層の導電性炭素層におけるラマン散乱分光分析により測定される、Ｄバンドピーク強度（ＩＤ）とＧバンドピーク強度（ＩＧ）との強度比（ＩＤ／ＩＧ）を１．３以上とし、また、この強度比（ＩＤ／ＩＧ）がセパレータの導電性炭素層とガス拡散層の導電性炭素層との界面に向かって大きくすることが好ましい。
このような構成の導電性炭素層に対して、スルホン化処理を施すことにより、簡便且つ確実に上記第４の実施形態の燃料電池を作製することができる。
【０１０６】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明する。
【０１０７】
（実施例１−１）
＜セパレータの作製＞
セパレータ基材として、ステンレス板（ＳＵＳ３１６Ｌ、厚み：１００μｍ）を準備した。このステンレス板を用い、前処理としてエタノール水溶液中で３分間超音波洗浄した。次いで、洗浄したステンレス板を真空チャンバ内に設置し、アルゴンガスによるイオンボンバード処理を行って、表面の酸化皮膜を除去した。
なお、上記前処理（洗浄及びイオンボンバード処理）は、いずれもステンレス板の両面について行った。
【０１０８】
次いで、ステンレス板に対して５０Ｖの大きさの負のバイアス電圧を印加しながら、クロムをターゲットとして使用したアンバランスドマグネトロンスパッタリング（ＵＢＭＳ）法により、ステンレス板の両面にそれぞれ０．２μｍの厚さのクロムからなる中間層を形成した。
【０１０９】
更に、ステンレス板に対して４５０Ｖの大きさの負のバイアス電圧を印加しながら、固体グラファイトをターゲットとして使用したＵＢＭＳ法により、ステンレス板の両面の中間層の上に、それぞれ０．２μｍの厚さの導電性炭素層を形成した。
【０１１０】
しかる後、導電性炭素層及び中間層を形成したステンレス板を発煙硫酸に１時間暴露させて、導電性炭素層にスルホン基を導入した。
これにより、本例のセパレータを得た。
【０１１１】
＜Ｒ値の測定＞
上記セパレータについて、導電性炭素層のＲ値の測定を行なった。具体的には、まず、顕微ラマン分光器を用いて、導電性炭素層のラマンスペクトルを計測した。そして、１３００〜１４００ｃｍ−１に位置するバンド（Ｄバンド）のピーク強度（ＩＤ）と、１５００〜１６００ｃｍ−１に位置するバンド（Ｇバンド）のピーク強度（ＩＧ）とのピーク面積比（ＩＤ／ＩＧ）を算出して、Ｒ値とした。Ｒ値は１．９であった。
また、同時作製した０．０５、０．１及び０．１５μｍの導電性炭素層のＲ値の測定を行った結果、表面側に移動するに従ってＲ値が大きくなっていることを確認した。
【０１１２】
＜スルホン基量の測定＞
上記セパレータについて、導電性炭素層のスルホン基量の測定を行なった。具体的には、まず、赤外分光分析（ＩＲ）によりスルホン基が導入されていることを確認した。次いで、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析（ＥＤＸ）により、スルホン基の硫黄原子に相当する固有のＸ線をエネルギーで分光し、検出した。次いで、照射した電子線の量に比例して、硫黄原子濃度相当のＸ線が発生するので、Ｘ線が発生したカウント数から定量分析を行い、単位面積当たりのスルホン基量は４５個／ｃｍ２であった。
また、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により特定した導電性炭素層における凹部やピンホールの内側面にはスルホン基が存在していないことを確認した。
【０１１３】
（比較例１−１）
実施例１−１のセパレータの作製において、スルホン基を導入する前のものを適用して、本例のセパレータ得た。
実施例１のＲ値の測定と同様にＲ値の測定を行った結果、Ｒ値は１．９であった。
また、同時作製した０．０５、０．１及び０．１５μｍの導電性炭素層のＲ値の測定を行った結果、表面側に移動するに従ってＲ値が大きくなっていることを確認した。
【０１１４】
（比較例１−２）
＜セパレータの作製＞
セパレータ基材として、ステンレス板（ＳＵＳ３１６Ｌ、厚み：１００μｍ）を準備した。このステンレス板を用い、前処理としてエタノール水溶液中で３分間超音波洗浄した。次いで、洗浄したステンレス板を真空チャンバ内に設置し、アルゴンガスによるイオンボンバード処理を行って、表面の酸化皮膜を除去した。
なお、上記前処理（洗浄及びイオンボンバード処理）は、いずれもステンレス板の両面について行った。
【０１１５】
次いで、ステンレス板に対して５０Ｖの大きさの負のバイアス電圧を印加しながら、クロムをターゲットとして使用したアンバランスドマグネトロンスパッタリング（ＵＢＭＳ）法により、ステンレス板の両面にそれぞれ０．２μｍの厚さのクロムからなる中間層を形成した。
【０１１６】
更に、ステンレス板に対して４５０Ｖの大きさの負のバイアス電圧を印加しながら、固体グラファイトをターゲットとして使用したＵＢＭＳ法により、ステンレス板の両面の中間層の上に、それぞれ０．２μｍの厚さの導電性炭素層を形成した。
【０１１７】
しかる後、導電性炭素層及び中間層を形成したステンレス板を空気プラズマ処理して、導電性炭素層にＯＨ等官能基を導入した。
これにより、本例のセパレータを得た。
【０１１８】
実施例１−１のＲ値の測定と同様にＲ値の測定を行った結果、Ｒ値は１．９であった。
また、同時作製した０．０５、０．１及び０．１５μｍの導電性炭素層のＲ値の測定を行った結果、表面側に移動するに従ってＲ値が大きくなっていることを確認した。
【０１１９】
［性能評価］
（水滴の静的接触角の測定）
実施例１−１、比較例１−１及び比較例１−２のセパレータにおける水滴の静的接触角を測定した。実施例１−１及び比較例１−１の結果を図１２に示す。
【０１２０】
図１２に示すように、本発明の範囲に属する実施例１−１は、本発明外の比較例１−１と比較して、水滴接触角が小さい。そのため、セパレータ上で液滴となって停滞することがなく、フラッディングを抑制ないし防止し、高い性能を発現し得る。
これは、導電性炭素層にスルホン基を有するためであると考えられる。また、導電性炭素層の表面におけるスルホン基の面密度が導電性炭素層のピンホール内側の面におけるスルホン基の面密度より高いためとも考えられる。更に、導電性炭素層におけるＲ値が１．３以上であり、表面側に移動するに従ってＲ値が大きくなっているためとも考えられる。
なお、図１２には示していないが、初期において、比較例１−２は、実施例１−１と比較して、若干大きい程度の水滴接触角であった。
【０１２１】
（貫通抵抗の測定）
実施例１−１、比較例１−１及び比較例１−２のセパレータにおける積層方向の貫通抵抗の測定を四端子法により行なった。具体的には、図１３に示すように、作製したセパレータ２０の両側を一対のガス拡散層基材（２１ａ、２１ｃ）で挟持し、得られた積層体の両側を更に一対の電極（電極触媒層１３ａ、１３ｃ）で挟持し、その両端に電源を接続し、電極を含む積層体全体に０．２〜１．０ＭＰａの面圧を付与した状態で保持して、測定装置を構成した。この測定装置に１Ａの定電流を流し、０．２〜１．０ＭＰａの面圧を付与した時の通電量及び電圧値から、当該積層体の貫通抵抗値を算出した。実施例１及び比較例１−１の結果を図１４に示す。
【０１２２】
図１４から、本発明の範囲に属する実施例１−１は、本発明外の比較例１−１と比較して、同程度の接触抵抗を示すことが分かる。このように、スルホン基を導入しても接触抵抗の増加が殆ど見られないことが分かる。
また、金属製のセパレータ基材を用いているため、いずれの貫通抵抗も優れていることが分かる。
【０１２３】
（実施例２−１）
＜燃料電池の作製＞
まず、導電性担体としてのケッチェンブラック（窒素ＢＥＴ比表面積：７１８ｍ２／ｇ）を、０．２質量％白金含有塩化白金酸水溶液中にホモジナイザを用いて十分に分散させた。
更に、クエン酸ナトリウムを加え、十分に混合させて反応液を調製した。
更に、還流反応装置を用い、反応液を攪拌しながら８５℃で４時間還流して白金をケッチェンブラック表面へ還元担持させた。
反応終了後、室温まで試料溶液を放冷し、白金担持されたケッチェンブラック粉末を吸引ろ過装置でろ別し、十分に水洗した。
しかる後、水洗した粉末を８０℃で６時間減圧乾燥して、白金担持ケッチェンブラックからなる電極触媒を得た。
【０１２４】
次に、白金担持ケッチェンブラックからなる電極触媒と、イオン交換水と、イソプロピルアルコールと、アイオノマであるＮＡＦＩＯＮ（ＮＡＦＩＯＮ溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ社製５質量％ＮＡＦＩＯＮ含有）を用いた。）とを混合し、更に、超音波ホモジナイザで十分に分散させ、それに加えて減圧脱泡操作を加えることによって、電極触媒スラリを得た。
【０１２５】
次に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる転写基材上に、電極触媒スラリをスクリーン印刷法により、５ｃｍ×５ｃｍのサイズに塗布した。
しかる後、１３０℃で３０分間熱処理して、電極触媒層を得た。
【０１２６】
次に、高分子電解質膜（Ｄｕｐｏｎｔ社製、ＮＡＦＩＯＮ  ＮＲ２１１、厚み：２５μｍ）の両面の周囲にガスケット（帝人Ｄｕｐｏｎｔ社製、テオネックス、厚み：２５μｍ（接着層：１０μｍ））を配置し、高分子電解質膜の両面の露出部（作用面積：２５ｃｍ２（５．０ｃｍ×５．０ｃｍ））に電極触媒層を形成したポリテトラフルオロエチレンを更に配置し、０．８ＭＰａの圧力を加えて、高分子電解質膜と各電極触媒層を密着させて、１５０℃で、１０分間加熱し、各電極触媒層を転写により高分子電解質膜と接合させて、本例で用いる膜電極接合体を得た。
【０１２７】
次に、カソード側及びアノード側のガス拡散層基材として、空隙率が０．４４であるエッチングプレートを用意し、ガス拡散層下地層として、カーボン粉末と撥水材（例えばポリテトラフルオロエチレン）とからなる層を用意し、これらを所定の面圧にて圧着して、本例で用いるガス拡散層を得た。
なお、ガス拡散層の厚みは５０μｍであった。
【０１２８】
上記膜電極接合体、ガス拡散層及び実施例１−１で得られたセパレータを用いて、図２に示すような本例の燃料電池を組み立てた。
【０１２９】
（実施例２−２）
まず、カソード側及びアノード側のガス拡散層基材として、空隙率が０．４４であるエッチングプレートを用意し、ガス拡散層下地層として、カーボン粉末と撥水材（例えばポリテトラフルオロエチレン）とからなる層を用意し、これらを所定の面圧にて圧着した。  次いで、ガス拡散層基材に対して１４０Ｖの大きさの負のバイアス電圧を印加しながら、固体グラファイトをターゲットとして使用したＵＢＭＳ法により、ガス拡散層基材のガス拡散層下地層が形成された側の反対の面上に、それぞれ０．２μｍの厚さの導電性炭素層を形成した。
しかる後、導電性炭素層及びガス拡散層下地層を形成したガス拡散層基材を発煙硫酸に１時間暴露させて、導電性炭素層にスルホン基を導入した。
これにより、本例で用いるガス拡散層を得た。
なお、ガス拡散層の厚みは５０μｍであった。
また、実施例１−１のＲ値の測定と同様にＲ値の測定を行った結果、Ｒ値は１．７であった。更に、同時作製した０．０５、０．１及び０．１５μｍの導電性炭素層のＲ値の測定を行った結果、表面側に移動するに従ってＲ値が大きくなっていることが確認された。
更に、実施例１−１のスルホン基量の測定と同様にスルホン基量の測定を行った結果、単位面積当たりのスルホン基量は１４個／ｃｍ２であった。また、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により特定した導電性炭素層における凹部やピンホールの内側面にはスルホン基が存在していないことが確認された。
【０１３０】
実施例２−１で得られた膜電極接合体、上記ガス拡散層及び実施例１−１で得られたセパレータを用いて、図９に示すような本例の燃料電池を組み立てた。
【０１３１】
（比較例２−１）
実施例２−１で得られた膜電極接合体、実施例２−１で得られたガス拡散層及び比較例１−１で得られたセパレータを用いて、図２に示すような本例の燃料電池を組み立てた。
【０１３２】
（比較例２−２）
実施例２−１で得られた膜電極接合体、実施例２−１で得られたガス拡散層及び比較例１−２で得られたセパレータを用いて、図２に示すような本例の燃料電池を組み立てた。
【０１３３】
［性能評価］
（Ｉ−Ｖ測定）
実施例２−１、実施例２−２、比較例２−１及び比較例２−２の燃料電池を用いて、下記条件において、発電出力の測定（Ｉ−Ｖ測定）を行った。
その結果、本発明の範囲に属する実施例２−１及び実施例２−２は、本発明外の比較例２−１と比較して、発電性能が優れていることが分かった。
これは、導電性炭素層にスルホン基を有することにより、フラッディングを抑制ないし防止したためであると考えられる。また、セパレータの導電性炭素層のスルホン基量をガス拡散層の導電性炭素層のスルホン基量より多くすることにより、フラッディングを抑制ないし防止したためであると考えられる。更に、ガス拡散層の導電性炭素層のセパレータに対峙する面におけるスルホン基の面密度をガス拡散層の導電性炭素層の凹部内側の面におけるスルホン基の面密度より高くすることにより、フラッディングを抑制ないし防止したためとも考えられる。また、導電性炭素層の表面におけるスルホン基の面密度が導電性炭素層のピンホール内側の面におけるスルホン基の面密度より高くすることにより、フラッディングを抑制ないし防止したためとも考えられる。更に、導電性炭素層におけるＲ値を１．３以上とし、表面側に移動するに従ってＲ値を大きくすることにより、フラッディングを抑制ないし防止したためとも考えられる。
また、初期において、本発明外の比較例２−２は、実施例２−１及び実施例２−２と同程度の発電性能であった。しかしながら、１００時間後においては、実施例２−１及び実施例２−２は、比較例２−１と比較して、発電性能が優れていることが分かった。これは、長期間、フラッディングを抑制ないし防止したためであると考えられる。
また、金属製のセパレータ基材やガス拡散層基材を用いており、貫通抵抗が優れていることも寄与していると解される。
更に、測定時間の全般にわたって、実施例２−２は、実施例２−１より発電性能が優れていることが分かった。これは、ガス拡散層においてもフラッディングが抑制ないし防止されたためであると考えられる。
【０１３４】
＜評価条件＞
・測定時間  ：１００時間
・ガス成分  ：水素（アノード側）／空気（カソード側）
・セル温度  ：８０℃
・Ｒ．Ｈ．（相対湿度）  ：１００％ＲＨ
【０１３５】
（水滴の静的接触角の測定）
１００時間発電出力の測定を行った後、実施例２−１、実施例２−２及び比較例２−２の燃料電池を分解し、各例のセパレータにおける水滴の静的接触角を測定した。
【０１３６】
その結果、本発明の範囲に属する実施例２−１及び実施例２−２は、本発明外の比較例２−１と比較して、水滴接触角が小さい。これは、比較例２−１で用いたセパレータにおいて導電性炭素層に導入されたＯＨ等官能基が脱離や反転して、親水化の経時劣化が起こったことを示すものであると考えられる。
【０１３７】
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【０１３８】
例えば、上述した各実施形態や実施例においては、燃料電池として固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を例に挙げて説明したが、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、アルカリ形燃料電池（ＡＦＣ）などの各種の燃料電池に適用することもできる。
【０１３９】
また、例えば、上述した各実施形態や実施例に記載した構成は、各実施形態や実施例毎に限定されるものではなく、例えば、各実施形態の構成を上述した各実施形態以外の組み合わせにしたり、膜電極接合体やガス拡散層の構成の細部を変更したりすることができる。
【符号の説明】
【０１４０】
１    燃料電池（スタック）
１０    膜電極接合体
１１    高分子電解質膜
１３    電極触媒層
１３ａ  アノード電極触媒層
１３ｃ  カソード電極触媒層
２０    ガス拡散層
２０ａ  アノードガス拡散層
２０ｃ  カソードガス拡散層
２１    ガス拡散基材
２１ａ  アノードガス拡散基材
２１ｃ  カソードガス拡散基材
２３    ガス拡散層下地層
２３ａ  アノードガス拡散下地層
２３ｃ  カソードガス拡散下地層
２５，３３    導電性炭素層
２５ａ，３３ａ  アノード導電性炭素層
２５ｃ，３３ｃ  カソード導電性炭素層
３０    セパレータ
３０ａ  アノードセパレータ
３０ｃ  カソードセパレータ
３１    セパレータ基材
３１ａ  アノードセパレータ基材
３１ｃ  カソードセパレータ基材
ＧＰａ  アノードガス流路（構造）
ＧＰｃ  カソードガス流路（構造）
ＣＰ    冷媒流路（構造）
Ｓ      スルホン基
α，β  面
γ      貫通している凹部
γ’    貫通していない凹部
【図１】
2013143325.tif 000003
【図２】
2013143325.tif 000004
【図３】
2013143325.tif 000005
【図４】
2013143325.tif 000006
【図５】
2013143325.tif 000007
【図６】
2013143325.tif 000008
【図７】
2013143325.tif 000009
【図８】
2013143325.tif 000010
【図９】
2013143325.tif 000011
【図１０】
2013143325.tif 000012
【図１１】
2013143325.tif 000013
【図１２】
2013143325.tif 000014
【図１３】
2013143325.tif 000015
【図１４】
2013143325.tif 000016