(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面に燃料極側触媒層および空気極側触媒層を配置し、さらに燃料極側触媒層および空気極側触媒層の外面にそれぞれガス拡散層を配置した燃料電池の前記ガス拡散層の少なくとも１つに用いるガス拡散層であって、
セラミックス、ガラス、エンジニアリングプラスチックスから選択される材質を有し、耐熱性、耐酸性および撥水性を有する網状シートと、この網状シートの空隙部を充填する導電性粉末と撥水性充填剤との混合物から形成されていることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層。
【請求項２】
前記触媒層に当接する前記ガス拡散層の面に、導電性粉末と撥水性充填剤との混合物から形成されるとともに前記ガス拡散層より小さい空隙率を有する第２ガス拡散層が積層されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用ガス拡散層。
【請求項３】
第２ガス拡散層に含まれる撥水性充填剤の含有量が前記ガス拡散層に含まれる撥水性充填剤の含有量よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の燃料電池用ガス拡散層。
【請求項４】
前記網状シートを形成する繊維が予め撥水性材料により被覆されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層。
【請求項５】
第２ガス拡散層の厚みが前記ガス拡散層の厚みより小さいことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層。
【請求項６】
前記ガス拡散層および第２ガス拡散層に用いる導電性粉末がカーボン粉末であり、かつ前記ガス拡散層に用いるカーボン粉末の比表面積が第２ガス拡散層に用いるカーボン粉末の比表面積よりも小さいことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層。
【請求項７】
電解質膜の両面に燃料極側触媒層および空気極側触媒層を配置し、さらに燃料極側触媒層および空気極側触媒層の外面にそれぞれガス拡散層を配置した燃料電池の前記ガス拡散層の少なくとも１つに用いるガス拡散層の製法であって、
セラミックス、ガラス、エンジニアリングプラスチックスから選択される材質を有し、耐熱性、耐酸性および撥水性を有する網状シートの空隙部に導電性粉末と撥水性充填剤と造孔剤粉末との混合物を充填してガス拡散層（前駆体）を作った後、あるいはさらに前記触媒層に当接する前記ガス拡散層の面に、導電性粉末と撥水性充填剤との混合物から形成される第２ガス拡散層（前駆体）を積層した後、熱処理して前記造孔剤を分解、飛散させて微細孔を形成したガス拡散層とすることを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池用ガス拡散層の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用ガス拡散層およびその製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の燃料電池の１形態である固体高分子形燃料電池の単セルの基本構成を示す分解断面図である。固体高分子電解質膜１の両側の主面にそれぞれ貴金属（主として白金）を含む空気極（カソード）側触媒層２および燃料極（アノード）側触媒層３を接合してセルが構成される。空気極側触媒層２および燃料極側触媒層３と対向して、それぞれ空気極側ガス拡散層４および燃料極側ガス拡散層５が配置される。これによりそれぞれ空気極６および燃料極７が構成される。これらのガス拡散層４および５は、それぞれ酸化剤ガスおよび燃料ガスを通過させると同時に、電流を外部に伝える働きをする。そして、セルに面して反応ガス流通用のガス流路８を備え、相対する主面に冷却水流通用の冷却水流路９を備えた導電性でかつガス不透過性の材料よりなる一組のセパレータ１０により挟持して単セル１１が構成される。
【０００３】
図７は、固体高分子形燃料電池スタックの基本構成を示す断面図である。多数の単セル１１を積層し、集電板１２、電気絶縁と熱絶縁を目的とする絶縁板１３ならびに荷重を加えて積層状態を保持するための締付板１４によって挟持し、ボルト１５とナット１７により締め付けられており、締め付け荷重は、皿バネ１６により加えられている。
【０００４】
固体高分子電解質膜１は分子中にプロトン交換基を有しており、含水量を飽和させると比抵抗が常温で２０Ωｃｍ2 以下となり、プロトン導電性電解質として機能する。このように固体高分子電解質膜１は含水させることによりプロトン導電性電解質として機能するもので、固体高分子形燃料電池においては、反応ガスに水蒸気を飽和に含ませて各単セル１１に供給して運転する方法が採られている。
【０００５】
燃料極７に水素を含む燃料ガス、空気極６に酸素を含む酸化剤ガスを供給すると、燃料極７では、水素分子を水素イオンと電子に分解する燃料極反応、空気極６では、酸素と水素イオンと電子から水を生成する以下の電気化学反応がそれぞれ行われ、燃料極から空気極に向かって外部回路を移動する電子により電力が負荷に供給されるとともに、空気極側に水が生成されることとなる。
【０００６】
燃料極；Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- （燃料極反応）
空気極；２Ｈ+ ＋ (１／２) Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ（空気極反応）
全体    ；Ｈ2 ＋ (１／２) Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
【０００７】
このように、空気極６側では反応により水が生成される上に、燃料極７側からの水素イオンの移動に伴って空気極６側に移動する水も存在する。
そのためガス拡散層４および５は、１）供給される反応ガスを触媒層に均一に供給する、２）電流を外部に伝える、３）反応生成水および移動水の給排出を良好にコントロールするなどの機能が要求される。
そのため、従来はガス拡散層４および５としてカーボンペーパ、カーボンクロスなどの導電性多孔性材料や、この導電性多孔性材料に撥水処理をした材料や、この導電性多孔性材料にカーボン粉末と撥水性充填剤からなる混合物を塗布した材料が使用されていた。
しかし、従来のガス拡散層は高価である上、カーボンペーパの場合は機械的強度が不足し脆いので、バッチ式で製造されており、電極製造に関し、連続形成が困難であり、量産性に劣る問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、従来の問題を解決し、ガス透過性、撥水性などに優れるとともに機械的強度にも優れており、連続形成が可能である安価な燃料電池用ガス拡散層を提供することである。
本発明の第２の目的は、そのような燃料電池用ガス拡散層を容易に製造するための方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は従来の問題を解決するために鋭意研究した結果、例えばステンレス製メッシュのような耐熱性および耐酸性を有する網状シートを用い、このシートの空隙部に例えばカーボン粉末のような導電性粉末とフッ素樹脂のような撥水性充填剤からなる混合物を充填して形成したガス拡散層を用いることにより、課題を解決できることを見いだし、本発明を成すに到った。
【００１０】
すなわち、本発明の請求項１記載の燃料電池用ガス拡散層は、電解質膜の両面に燃料極側触媒層および空気極側触媒層を配置し、さらに燃料極側触媒層および空気極側触媒層の外面にそれぞれガス拡散層を配置した燃料電池の前記ガス拡散層の少なくとも１つに用いるガス拡散層であって、
セラミックス、ガラス、エンジニアリングプラスチックスから選択される材質を有し、耐熱性、耐酸性および撥水性を有する網状シートと、この網状シートの空隙部を充填する導電性粉末と撥水性充填剤との混合物から形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項２記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項１記載の燃料電池用ガス拡散層において、前記触媒層に当接する前記ガス拡散層の面に、導電性粉末と撥水性充填剤との混合物から形成されるとともに前記ガス拡散層より小さい空隙率を有する第２ガス拡散層が積層されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項３記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項２記載の燃料電池用ガス拡散層において、第２ガス拡散層に含まれる撥水性充填剤の含有量が前記ガス拡散層に含まれる撥水性充填剤の含有量よりも大きいことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項４記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層において、前記網状シートを形成する繊維が予め撥水性材料により被覆されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項５記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項２から請求項４のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層において、第２ガス拡散層の厚みが前記ガス拡散層の厚みより小さいことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項６記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項２から請求項５のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層において、前記ガス拡散層および第２ガス拡散層に用いる導電性粉末がカーボン粉末であり、かつ前記ガス拡散層に用いるカーボン粉末の比表面積が第２ガス拡散層に用いるカーボン粉末の比表面積よりも小さいことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項７は、電解質膜の両面に燃料極側触媒層および空気極側触媒層を配置し、さらに燃料極側触媒層および空気極側触媒層の外面にそれぞれガス拡散層を配置した燃料電池の前記ガス拡散層の少なくとも１つに用いるガス拡散層の製法であって、
セラミックス、ガラス、エンジニアリングプラスチックスから選択される材質を有し、耐熱性、耐酸性および撥水性を有する網状シートの空隙部に導電性粉末と撥水性充填剤と造孔剤粉末との混合物を充填してガス拡散層（前駆体）を作った後、あるいはさらに前記触媒層に当接する前記ガス拡散層の面に、導電性粉末と撥水性充填剤との混合物から形成される第２ガス拡散層（前駆体）を積層した後、熱処理して前記造孔剤を分解、飛散させて微細孔を形成したガス拡散層とすることを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池用ガス拡散層の製法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１（イ）は、本発明の燃料電池用ガス拡散層の１実施形態の断面を模式的に説明する説明図であり、（ロ）は耐熱性を有する網状多孔性シートの平面説明図である。
なお、図１（イ）、（ロ）において図６に示した構成部分と同じ構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複した説明を省略する。
【００１８】
図１（イ）に示すように本発明の燃料電池用ガス拡散層４は、金属メッシュのような耐熱性および耐酸性を有する網状シート２０の空隙部２１にカーボン粉末のような導電性粉末とフッ素樹脂のような撥水性充填剤との混合物２２が充填されて形成されている。燃料電池用ガス拡散層４の上部には触媒層２が均一に形成されている。
本発明で使用する耐熱性および耐酸性を有する網状シート２０の材質は特に限定されず、例えば金属、セラミックス、ガラス、エンジニアリングプラスチックスなどを使用することができる。金属としては、具体的には例えば、ステンレス系金属（ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４など）、チタンあるいはチタン合金などを挙げることができる。網状シート２０の孔径も特に限定されないが、ポロシテイ（多孔度）がおよそ７０〜９５％程度のものを用いることが好ましい。網状シート２０の形態も特に限定されず、金網状、平織状、編織布状、メッシュ状、パンチングメタル状などいずれも使用できる。
【００１９】
網状シート２０は機械的強度が高いのでセル支持材としての役割をはたすことができる。網状シート２０の空隙部２１にカーボン粉末のような導電性粉末とフッ素樹脂のような撥水性充填剤との混合物２２が充填されて形成されているので、ガス透過性、撥水性などに優れ、反応ガスを触媒層によく拡散させて供給できるとともに反応生成水や移動水の排出を良好に行うことができる。また機械的強度に優れているので、容易に連続形成でき、安価なガス拡散層を提供できる。
【００２０】
網状シート２０はそのまま使用することも可能であるが、網状シート２０の繊維をフッ素樹脂のような撥水性材料により予め被覆しておくことが好ましい。予め被覆しておくことにより、網状シート２０の繊維近傍の撥水性が高まりガス透過性が向上、保持されると共に、この撥水性材料が繊維とカーボン粉末のような導電性粉末の接着剤として働き、燃料電池用ガス拡散層４からカーボン粉末のような導電性粉末の脱落を防止できる。
撥水性充填剤としては、具体的には、例えばポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロカーボンスルホン酸、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、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、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニルおよびテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体などを例示することができる。
導電性粉末としては、具体的には、例えばカーボン粉末、グラファイト粉末、炭素繊維粉末、金属粉末、金属繊維粉末、金属メッキセラミックスなどを例示することができる。
【００２１】
図２（イ）は、本発明の燃料電池用ガス拡散層の他の実施形態の断面を模式的に説明する説明図であり、（ロ）は耐熱性および耐酸性を有する網状シートの平面説明図である。
なお、図２（イ）、（ロ）において図６に示した構成部分と同じ構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複した説明を省略する。
【００２２】
図２（イ）に示すように本発明の燃料電池用ガス拡散層４Ａは、金属メッシュのような耐熱性および耐酸性を有する網状シート２０の空隙部２１にカーボン粉末のような導電性粉末とフッ素樹脂のような撥水性充填剤との混合物２２が充填されて形成されているガス拡散層４の触媒層２に当接する面に、導電性粉末と撥水性充填剤とからなる混合物であって前記混合物２２と同じ組成比であるかあるいは異なる組成比を有する混合物から形成されるとともにガス拡散層４より小さい空隙率を有する第２ガス拡散層２３が積層されている。第２ガス拡散層２３の上部には触媒層２が均一に形成されている。
【００２３】
この構成を取ることにより、本発明の燃料電池用ガス拡散層４Ａは、機械的強度が高い網状シート２０を有するガス拡散層４がセル支持材としての役割を果たし、第２ガス拡散層２３はより均一な触媒層２の形成を可能にする。そしてガス拡散層４より小さい空隙率を有する第２ガス拡散層２３を積層して設けたことにより、第２ガス拡散層２３が反応生成水および移動水の給排出を良好にコントロールする役割を果たす。
【００２４】
第２ガス拡散層２３に含まれる撥水性材料の含有量は特に限定されないが、ガス拡散層４に含まれる撥水性材料の含有量より高めることが好ましい。ガス拡散層４に含まれる撥水性材料の含有量より高めることにより、反応生成水および移動水の反応ガスへの蒸発飛散を抑制することができる。
【００２５】
前記のように網状シート２０はそのまま使用することも可能であるが、網状シート２０の繊維をフッ素樹脂のような撥水性材料により予め被覆しておくことにより、網状シート２０の繊維近傍の撥水性が高まりガス透過性が向上、保持されると共に、この撥水性材料が繊維とカーボン粉末のような導電性粉末の接着剤として働き、ガス拡散層４からカーボン粉末のような導電性粉末の脱落を防止できる。
【００２６】
第２ガス拡散層２３の厚みは特に限定されない。第２ガス拡散層２３の厚みをガス拡散層４の厚みよりも小さくすることが好ましい。こうすることにより、ガス拡散性に劣る第２ガス拡散層の影響が小さくなり、セル全体としてのガス拡散性が保持される。
【００２７】
ガス拡散層４および第２ガス拡散層４Ａに用いる導電性粉末は特に限定されない。しかし導電性粉末としてカーボン粉末は入手が容易で安価であるので好ましく使用できる。しかもガス拡散層４のカーボン粉末の比表面積が第２ガス拡散層４Ａのカーボン粉末の比表面積よりも小さいように構成することが好ましい。
こうすることにより、ガス拡散層４の吸収性が第２ガス拡散層よりも高まり、第２ガス拡散層４Ａで過剰になる水分を停滞したり滞留したりせずに速やかにガス拡散層４に移動し、ガス中に蒸散させることができる。
【００２８】
図３は、図２に示した本発明の燃料電池用ガス拡散層の製法の１実施形態を説明する説明図である。
図３に示すように、先ず、金属メッシュのような耐熱性および耐酸性を有する網状シートを用意し、次いでフッ素樹脂のような撥水性材料のエマルジョンなどで処理し、熱処理することにより撥水処理した網状シートを作る。
【００２９】
そしてこの撥水処理網状シートの空隙部に導電性粉末と撥水性充填剤と造孔剤粉末との混合物を充填してガス拡散層（前駆体）を作る。そして、このガス拡散層（前駆体）の上に導電性粉末と撥水性充填剤との混合物を塗布、積層して第２ガス拡散層（前駆体）を形成する。
【００３０】
そして、第２ガス拡散層（前駆体）を積層したガス拡散層（前駆体）を熱処理して、前記ガス拡散層（前駆体）中の造孔剤を分解、飛散、除去して微細孔を有し空隙率の高いガス拡散層とするとともに、両ガス拡散層（前駆体）中の撥水性充填剤を焼結することにより本発明の燃料電池用ガス拡散層を得ることができる。
【００３１】
上記の実施形態では第２ガス拡散層（前駆体）を積層した後、熱処理したが、第２ガス拡散層（前駆体）を積層する前に前記ガス拡散層（前駆体）を熱処理して造孔剤を分解、飛散、除去してガス拡散層とした後、第２ガス拡散層を形成してもよい。
【００３２】
この製法により、造孔剤を分解、飛散、除去工程を追加するのみでガス拡散層の空隙率を自在に変更した本発明の燃料用ガス拡散層を容易に製造することが可能になる。
【００３３】
（参考例１）
(1)  ＳＵＳ３１６製の金属メッシュ（線径０．２ｍｍ）を比重１．０９に調整したＦＥＰディスパージョンに浸漬した後、乾燥、熱処理（３６０℃、３０分）し、表面にＦＥＰ層が一部形成された金属メッシュを作製した。
【００３４】
▲２▼  Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ−７２（比表面積：２５０〜３００ｍ2 ／ｇ）７ｇ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粉末（ＰＴＦＥ  ６ＣＪ）３ｇおよび造孔剤粉末（炭酸水素アンモニウム）１４ｇをケロシンを分散媒として混合し、余分なケロシンを除去する。得られた混合物をローラによりシート成形する。
【００３５】
▲３▼  上記▲２▼で得られたシート成形体と上記▲１▼で得られた金属メッシュを積層し、圧延することにより、金属メッシュ厚みにほぼ等しい厚みに仕上げ、金属メッシュの空隙部に上記混合物が充填されたシート状成形体［ガス拡散層（前駆体）］を得た。
【００３６】
▲４▼  上記▲３▼で得られたシート状成形体を６０℃で３０分熱処理して造孔剤粉末（炭酸水素アンモニウム）を分解、飛散させて除去したガス拡散層（前駆体）を作った。
【００３７】
▲５▼  Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ−７２  ６ｇ、６０質量％ＰＴＦＥティスパージョン６．６７ｇをテルピネオールを分散媒として混合、適度な粘度を有するペーストを作製する。
【００３８】
▲６▼  上記▲５▼で得られたペーストを上記▲４▼で得られたシート［ガス拡散層（前駆体）］上に０．０５ｍｍ程度の厚みで塗布した後、６０℃で３０分乾燥して、ガス拡散層（前駆体）の上に第２ガス拡散層（前駆体）を積層した。
【００３９】
▲７▼  乾燥後、３６０℃で３０分熱処理して、ＰＴＦＥ（撥水性充填剤）を焼結することにより本発明の燃料電池用ガス拡散層を作った。
【００４０】
（参考例２）
(1)  ＳＵＳ３１６製の金属メッシュ（線径０．２ｍｍ）を比重１．０９に調整したＦＥＰディスパージョンに浸漬した後、乾燥、熱処理（３６０℃、３０ｍｉｎ）し、表面にＦＥＰ層が一部形成された金属メッシュを作製した。
【００４１】
▲２▼  ケッチェンブラック（比表面積：８００ｍ2 ／ｇ）７ｇ、ＰＴＦＥ粉末（ＰＴＦＥ  ６ＣＪ）３ｇおよび造孔剤粉末（炭酸水素アンモニウム）１４ｇをケロシンを分散媒として混合し、余分なケロシンを除去する。得られた混合物をローラによりシート成形する。
【００４２】
▲３▼  上記▲２▼で得られたシート成形体と上記▲１▼で得られた金属メッシュを積層し、圧延することにより、金属メッシュ厚みにほぼ等しい厚みに仕上げ、金属メッシュの空隙部に上記混合物が充填されたシート状成形体［ガス拡散層（前駆体）］を得た。
【００４３】
▲４▼  上記▲３▼で得られたシート状形成体［ガス拡散層（前駆体）］を６０℃で３０分乾燥後、３６０℃で３０分熱処理して、シート状形成体［ガス拡散層（前駆体）］中の造孔剤粉末（炭酸水素アンモニウム）を分解、飛散させるとともに、ＰＴＦＥ（撥水性充填剤）を焼結してガス拡散層を作った。
【００４４】
▲５▼  Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ−７２  ６ｇ、６０質量％ＰＴＦＥティスパージョン６．６７ｇをテルピネオールを分散媒として混合、適度な粘度を有するペーストを作製する。
【００４５】
▲６▼  上記▲５▼で得られたペーストを上記▲４▼で得られたシート（ガス拡散層）上に０．０２ｍｍ程度の厚みで塗布した後、６０℃で３０分乾燥し、第２ガス拡散層（前駆体）を積層した。
▲７▼  乾燥後、３６０℃で３０分熱処理して、第２ガス拡散層（前駆体）中のＰＴＦＥ（撥水性充填剤）を焼結することにより本発明の燃料電池用ガス拡散層を作った。
【００４６】
（比較例１）
▲１▼  東レ製カーボンペーパーＴＧＰ−０６０（厚み：０．２ｍｍ）を比重１．１０に調整したＰＴＦＥディスパージョンに浸漬した後、乾燥・熱処理（３６０℃、３０分）する。
▲２▼  Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ−７２  ６ｇ、６０質量％ＰＴＦＥティスパージョン６．６７ｇをテルピネオールを分散媒として混合、適度な粘度を有するペーストを作製する。
▲３▼  上記▲２▼で得られたペーストを上記▲１▼で得られたシート上に０．０２ｍｍ程度の厚みで塗布した後、６０℃で３０分乾燥して、ガス拡散層（前駆体）を作った。
▲４▼  乾燥後、３６０℃で３０分熱処理して、ＰＴＦＥ（撥水性充填剤）を焼結することにより比較のためのガス拡散層を作った。
【００４７】
［テスト用単セル］
参考例１、２および比較例１で作製したガス拡散層を空気極側のガス拡散層とするとともに、燃料極側のガス拡散層としてはいずれも比較例１で作製したガス拡散層を用いて、電極面積２５ｃｍ2 のテスト用単セルを作製し各単セルの評価を行った。
【００４８】
［試験結果］
図４に参考例１、２および比較例１のガス拡散層を用いた単セルの電流電圧特性を示す。いずれの参考例で作製した単セルにおいても、比較例１とほぼ同等性能が得られた。
図５に参考例１、２および比較例１のそれぞれの単セルにおけるセル電圧の空気利用率依存性を示す。参考例２の場合、高空気利用率側で電圧が急激に下がる傾向が見られたが、低い空気利用率側での電圧低下量が従来例、参考例１に比べて小さくなる傾向が見られ、いずれの実施例で作製した単セルにおいても、比較例１とほぼ同等性能が得られた。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の燃料電池用ガス拡散層は、耐熱性および耐酸性を有する網状シートと、この網状シートの空隙部を充填する導電性粉末と撥水性充填剤との混合物から形成されていることを特徴とするものであり、網状シートとして高強度で安価な材料が使用できるために、燃料電池の単セルの材料コストにおいて大きな比率を占めるガス拡散層を低コストで作製することが可能となる上、網状シートにフレキシブルな材料を用いることによって、ガス拡散層（シート）の巻き上げが可能となるため、量産性に優れた生産が可能となり、また網状シートは機械的強度が高いのでセル支持材としての役割をはたすなどの顕著な効果を奏する。
また本発明の請求項１記載の燃料電池用ガス拡散層は、ガス透過性、撥水性などに優れ、反応ガスを触媒層によく拡散させて供給できるとともに反応生成水や移動水の排出を良好に行うことができるという顕著な効果を奏する。
【００５０】
本発明の請求項２記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項１記載の燃料電池用ガス拡散層において、前記触媒層に当接する前記ガス拡散層の面に、導電性粉末と撥水性充填剤との混合物から形成されるとともに前記ガス拡散層より小さい空隙率を有する第２ガス拡散層が積層されているので、請求項１記載の燃料電池用ガス拡散層と同じ効果を奏するとともに、第２ガス拡散層はより均一な触媒層の形成を可能にするとともに、反応生成水および移動水の給排出を良好にコントロールする役割を果たすという顕著な効果を奏する。
【００５１】
本発明の請求項３記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項２記載の燃料電池用ガス拡散層において、第２ガス拡散層に含まれる撥水性充填剤の含有量を前記ガス拡散層に含まれる撥水性充填剤の含有量よりも大きくしたので、反応生成水および移動水の反応ガスへの蒸発飛散を抑制することができるという顕著な効果を奏する。
【００５２】
本発明の請求項４記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層において、前記網状シートを形成する繊維が予め撥水性材料により被覆されているので、網状シートの繊維近傍の撥水性が高まりガス透過性が向上、保持されると共に、この撥水性材料が繊維とカーボン粉末のような導電性粉末の接着剤として働き、燃料電池用ガス拡散層からカーボン粉末のような導電性粉末の脱落を防止できるという顕著な効果を奏する。
【００５３】
本発明の請求項５記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項２から請求項４のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層において、第２ガス拡散層の厚みを前記ガス拡散層の厚みより小さくしたので、ガス拡散性に劣る第２ガス拡散層の影響が小さくなり、セル全体としてのガス拡散性が保持されるという顕著な効果を奏する。
【００５４】
本発明の請求項６記載の燃料電池用ガス拡散層は、請求項２から請求項６のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層において、前記ガス拡散層および第２ガス拡散層に用いる導電性粉末が入手が容易で安価であるカーボン粉末であり、かつ前記ガス拡散層に用いるカーボン粉末の比表面積が第２ガス拡散層に用いるカーボン粉末の比表面積よりも小さくしたので、ガス拡散層の吸収性が第２ガス拡散層よりも高まり、第２ガス拡散層で過剰になる水分を停滞したり滞留したりせずに速やかにガス拡散層に移動し、ガス中に蒸散させることができるという顕著な効果を奏する。
【００５５】
本発明の請求項７記載の燃料電池用ガス拡散層の製法により、造孔剤を分解、飛散、除去工程を追加するのみでガス拡散層の空隙率を自在に変更した燃料用ガス拡散層を容易に製造することが可能になるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）は、本発明の燃料電池用ガス拡散層の１実施形態の断面を模式的に説明する説明図であり、（ロ）は耐熱性を有する網状シートの平面説明図である。
【図２】（イ）は、本発明の他の燃料電池用ガス拡散層の断面を模式的に説明する説明図であり、（ロ）は耐熱性を有する網状シートの平面説明図である。
【図３】本発明の燃料電池用ガス拡散層の１実施形態の製法を説明する説明図である。
【図４】セル電圧−電流密度の関係を示すグラフである。
【図５】セル電圧−空気利用率の関係を示すグラフである。
【図６】燃料電池の１形態である固体高分子形燃料電池の単セルの基本構成を示す分解断面図である。
【図７】固体高分子形燃料電池スタックの基本構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  固体高分子電解質膜
２  空気極側触媒層
３  燃料極側触媒層
４  空気極側ガス拡散層
５  燃料極側ガス拡散層
６  空気極
７  燃料極
８  ガス流路
９  冷却水流路
１０  セパレータ
１１  単セル
２０  網状シート
２１  空隙部
２２  導電性粉末と撥水性充填剤との混合物
２３  第２ガス拡散層
【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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