(57)【要約】【課題】カソード触媒層に効率よく空気を供給することができる燃料電池を提供すること。【解決手段】燃料電池３に、電解質膜６４と、電解質膜６４の厚み方向の一方面に配置され、液体燃料が供給されるアノード電極６５と、電解質膜６４の厚み方向の他方面に配置され、酸素が供給されるカソード電極６６と、カソード電極６６に対して厚み方向の他方に配置されるカソード側拡散層６８とを備える。そして、カソード側拡散層６８に、湿度の上昇に伴って通気度が向上するように構成され、導電性カーボンを含有する編物７０を備える。【選択図】図３
2016081699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と、
前記電解質層の厚み方向の一方面に配置され、液体燃料が供給されるアノード触媒層と、
前記電解質層の厚み方向の他方面に配置され、酸素が供給されるカソード触媒層と、
前記カソード触媒層に対して前記厚み方向の他方に配置されるガス拡散層とを備え、
前記ガス拡散層は、湿度の上昇に伴って通気度が向上するように構成され、導電性カーボンを含有している織編物を備えていることを特徴とする、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両などに搭載される燃料電池、詳しくは、ガス拡散層を備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池として、液体燃料が供給されるアノードと、空気が供給されるカソードとが、固体高分子膜からなる電解質膜を挟んで対向配置されている固体高分子形燃料電池が知られている。
【０００３】
また、燃料電池に採用される電極および電解質膜として、電解質膜と、電解質膜の一方面に接合されたアノード電極（燃料側触媒層）と、電解質膜の他方面に接合されたカソード電極（空気側触媒層）とを備える膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly：ＭＥＡ）が知られている。さらに、そのような膜電極接合体と、膜電極接合体に積層されるガス拡散層（ＧＤＬ）とを備える燃料電池が知られている。
【０００４】
例えば、膜・電極接合体と、膜・電極接合体の一方側に積層されるアノード側ＧＤＬ一体型シールと、膜・電極接合体の他方側に積層されるカソード側ＧＤＬ一体型シールとを備え、カソード側ＧＤＬ一体型シールが、カーボンクロスなどから形成されるカソード側拡散層を備える燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−５１０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、特許文献１に記載の燃料電池では、空気が、カソード側拡散層を介して、カソードに供給され、カソードにおいて、空気中の酸素と外部から供給される水とが反応することによって、水酸化物イオンが生成される。生成された水酸化物イオンは、膜・電極接合体を通過して、アノードにおいて液体燃料と反応し、起電力を生じさせる。
【０００７】
ここで、アノードに供給された液体燃料が、アノードにおいて反応することなく電解質膜を透過して、カソードに漏出し、カソード側拡散層（カーボンクロス）の細孔内に浸入する場合がある。
【０００８】
また、カソードでは酸素と水とが反応するので、カソードに加湿した空気（水蒸気を含む空気）を供給する場合がある。
【０００９】
このような液体燃料や水蒸気が、カソード側拡散層の細孔に浸入し細孔を埋めると、カソード側拡散層の空気の透過性が低下し、カソードへの空気の供給が阻害される場合がある。
【００１０】
本発明の目的は、カソード触媒層に効率よく空気を供給することができる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】
【００１１】
本発明の燃料電池は、電解質層と、前記電解質層の厚み方向の一方面に配置され、液体燃料が供給されるアノード触媒層と、前記電解質層の厚み方向の他方面に配置され、酸素が供給されるカソード触媒層と、前記カソード触媒層に対して前記厚み方向の他方に配置されるガス拡散層とを備え、前記ガス拡散層は、湿度の上昇に伴って通気度が向上するように構成され、導電性カーボンを含有している織編物を備えている。
【００１２】
このような構成によれば、ガス拡散層の湿度が上昇した場合、具体的には、液体燃料がカソード触媒層に漏出した場合や、カソード触媒層に加湿した空気を供給した場合において、ガス拡散層が備える織編物の通気度が向上する。
【００１３】
そのため、カソード触媒層に、ガス拡散層を介して、効率よく空気を供給することができ、カソード触媒層において、確実に電気化学反応を生じさせて、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池によれば、カソード触媒層に効率よく空気を供給することができ、カソード触媒層において、確実に電気化学反応を生じさせて、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の燃料電池の一実施形態を搭載した電動車両の概略構成図を示す。
【図２】図２は、図１に示す燃料電池のセルを示す概略構成図である。
【図３】図３は、図２に示すカソード側拡散層を示す概略図である。
【図４】図４Ａは、図３に示す複合繊維の模式図である。図４Ｂは、図４Ａに示す複合繊維の断面図である。
【図５】図５は、本発明に係るカソード側拡散層の変形例の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１．電動車両の全体構成
図１に示すように、電動車両１は、燃料電池３およびバッテリー５３を選択的に動力源とするハイブリッド車両であって、燃料電池システム２を搭載している。
【００１７】
燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、空気給排部５と、制御部６と、動力部７とを備えている。
【００１８】
（１）燃料電池
燃料電池３は、液体燃料が直接供給される直接液体燃料形燃料電池であり、電動車両１の中央下側に配置されている。
【００１９】
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、電動車両１において燃料電池３の後側に配置されている。燃料給排部４は、燃料タンク２１と、燃料供給ライン２３と、燃料還流ライン２４と、排気ライン２５とを備えている。
【００２０】
燃料タンク２１は、燃料電池３の後側に間隔を隔てて配置されている。燃料タンク２１は、略ボックス形状を有し、燃料成分を含む液体燃料を貯蔵するように構成されている。
【００２１】
燃料成分としては、例えば、分子中に水素原子を含有する含水素液体燃料が挙げられ、具体的には、メタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどのアルキル基を有するエーテル類、ヒドラジン類などが挙げられ、好ましくは、アルコール類およびヒドラジン類が挙げられ、さらに好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。
【００２２】
ヒドラジン類としては、例えば、ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２）、水加ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）、炭酸ヒドラジン（（ＮＨ２ＮＨ２）２ＣＯ２）、塩酸ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・ＨＣｌ）、硫酸ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２ＳＯ４）、モノメチルヒドラジン（ＣＨ３ＮＨＮＨ２）、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２ＮＮＨ２、ＣＨ３ＮＨＮＨＣＨ３）、カルボンヒドラジド（（ＮＨＮＨ２）２ＣＯ）などが挙げられる。
【００２３】
このようなヒドラジン類のうち、好ましくは、炭素を含まないヒドラジン類、すなわち、ヒドラジン、水加ヒドラジン、硫酸ヒドラジンなどが挙げられる。ヒドラジン、水加ヒドラジン、硫酸ヒドラジンなどは、ＣＯおよびＣＯ２の生成がなく、触媒の被毒が生じないことから、耐久性の向上を図ることができ、実質的なゼロエミッションを実現することができる。
【００２４】
このような燃料成分は、単独または２種類以上組み合わせて用いることができる。
【００２５】
燃料供給ライン２３は、燃料タンク２１から燃料電池３へ液体燃料を供給するための配管である。燃料供給ライン２３の供給方向上流端は、燃料タンク２１の下端部に接続されている。燃料供給ライン２３の供給方向下流端は、燃料電池３の燃料供給口８２（後述、図２参照）に接続されている。燃料供給ライン２３は、第１ポンプ２６を備えている。
【００２６】
第１ポンプ２６は、燃料供給ライン２３の途中に介在されている。第１ポンプ２６としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが挙げられる。第１ポンプ２６は、駆動することにより、燃料タンク２１内の液体燃料を燃料電池３に供給する。
【００２７】
燃料還流ライン２４は、燃料電池３から燃料タンク２１へ液体燃料を還流するための配管である。燃料還流ライン２４の還流方向上流端は、燃料電池３の燃料排出口８３（後述、図２参照）に接続されている。燃料還流ライン２４の還流方向下流端は、燃料タンク２１の上端部に接続されている。燃料還流ライン２４は、気液分離器２７を備えている。
【００２８】
気液分離器２７は、燃料還流ライン２４の途中に介在されている。気液分離器２７は、液体燃料とガス（気体）とを分離する。
【００２９】
排気ライン２５は、気液分離器２７で分離されたガスを電動車両１から外へ排気するための配管である。排気ライン２５の排気方向上流端は、気液分離器２７に接続されている。排気ライン２５の排気方向下流端は、大気開放されている。なお、排気ライン２５の途中には、ガスを無害化および無臭化するための図示しない浄化装置が介在されている。
【００３０】
（３）空気給排部
空気給排部５は、電動車両１において燃料電池３の前側に配置されている。空気給排部５は、空気供給ライン４１と、空気排出ライン４２とを備えている。
【００３１】
空気供給ライン４１は、電動車両１の外から燃料電池３へ空気を供給するための配管である。空気供給ライン４１の供給方向上流端は、大気開放されている。空気供給ライン４１の供給方向下流端は、燃料電池３の空気供給口８５（後述、図２参照）に接続されている。空気供給ライン４１は、第２ポンプ４３と、加湿装置４４とを備えている。
【００３２】
第２ポンプ４３は、空気供給ライン４１の途中に介在されている。第２ポンプ４３としては、例えば、エアコンプレッサなどの公知の送気ポンプが挙げられる。第２ポンプ４３は、駆動することにより、電動車両１外からの空気を燃料電池３に供給する。
【００３３】
加湿装置４４は、空気供給ライン４１において、第２ポンプ４３よりも供給方向の下流側部分に介在されている。空気供給ライン４１は、空気供給ライン４１を通過する空気を加湿するように構成されている。
【００３４】
空気排出ライン４２は、燃料電池３から電動車両１の外へ空気を排出するための配管である。空気排出ライン４２の排出方向上流端は、燃料電池３の空気排出口８６（後述、図２参照）に接続されている。空気排出ライン４２の排出方向下流端は、大気開放されている。
【００３５】
（４）制御部
制御部６は、ＥＣＵ５１を備えている。ＥＣＵ５１は、電動車両１における電気的な制御を実行するコントロールユニット（すなわち、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。ＥＣＵ５１は、第１ポンプ２６および第２ポンプ４３のそれぞれと電気的に接続されている。
【００３６】
（５）動力部
動力部７は、電動車両１の前端部において、いわゆるエンジンルーム内に配置されている。動力部７は、モータ５２と、バッテリー５３とを備えている。
【００３７】
モータ５２は、燃料電池３に電気的に接続されている。モータ５２は、燃料電池３から出力される電気エネルギーを電動車両１の駆動力として機械エネルギーに変換する。モータ５２としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機などの公知の三相電動機などが挙げられる。
【００３８】
バッテリー５３は、燃料電池３とモータ５２との間の配線に電気的に接続されている。バッテリー５３としては、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの公知の二次電池などが挙げられる。
【００３９】
２．燃料電池
燃料電池３は、図２に示すように、膜・電極接合体６１、膜・電極接合体６１の一方側（アノード側）に配置されるアノード側拡散層６７、膜・電極接合体６１の他方側（カソード側）に配置されるガス拡散層の一例としてのカソード側拡散層６８、膜・電極接合体６１との間にアノード側拡散層６７を挟むように配置される燃料供給部材６２、および、膜・電極接合体６１との間にカソード側拡散層６８を挟むように配置される空気供給部材６３を有する燃料電池セル（単位セル）が、複数積層されたスタック構造に形成されている（図１参照）。なお、図２では、複数の単位セルのうち１つだけを燃料電池３として表し、その他の単位セルについては省略している。
【００４０】
膜・電極接合体６１は、電解質層の一例としての電解質膜６４、電解質膜６４の厚み方向の一方面に配置されるアノード触媒層の一例としてのアノード電極６５、および、電解質膜６４の厚み方向の他方面に配置されるカソード触媒層の一例としてのカソード電極６６を備えている。
【００４１】
電解質膜６４は、アニオン交換型の高分子電解質膜から形成されている。
【００４２】
電解質膜６４の厚みは、例えば、５μｍ以上、好ましくは、１０μｍ以上であり、例えば、５０μｍ以下、好ましくは、３５μｍ以下である。
【００４３】
アノード電極６５は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。また、触媒担体を用いずに、触媒を、直接、アノード電極６５として形成してもよい。
【００４４】
アノード電極６５の厚みは、例えば、１０μｍ以上、好ましくは、２０μｍ以上であり、例えば、２００μｍ以下、好ましくは、１００μｍ以下である。
【００４５】
カソード電極６６は、例えば、アノード電極６５と同様に、触媒を担持した触媒担体により形成されている。
【００４６】
また、カソード電極６６は、例えば、錯体形成有機化合物および／または導電性高分子とカーボンとからなる複合体（以下、この複合体を「カーボンコンポジット」という。）に、遷移金属が担持されている材料により形成されてもよい。
【００４７】
カソード電極６６の厚みは、例えば、１０μｍ以上、好ましくは、２０μｍ以上であり、例えば、３００μｍ以下、好ましくは、１５０μｍ以下である。
【００４８】
アノード側拡散層６７は、アノード電極６５に対して一方側に積層（配置）されている。アノード側拡散層６７は、ガスを透過させるための気孔を有するガス拡散層（ＧＤＬ）であって、ガス透過性材料から形成されている。
【００４９】
ガス透過性材料としては、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、炭素繊維不織布などが挙げられ、好ましくは、カーボンクロスが挙げられる。また、ガス透過性材料は、必要によりフッ素処理されていてもよい。
【００５０】
アノード側拡散層６７の厚みは、例えば、５０μｍ以上、好ましくは、１００μｍ以上であり、例えば、６００μｍ以下、好ましくは、５００μｍ以下である。
【００５１】
カソード側拡散層６８は、ガスを透過させるための気孔を有するガス拡散層（ＧＤＬ）であって、カソード電極６６に対して他方側に積層（配置）されている。
【００５２】
燃料供給部材６２は、ガス不透過性の導電性部材からなり、アノード電極６５に液体燃料を供給する。燃料供給部材６２には、その表面から凹む、例えば、葛折状などの溝が形成されている。そして、燃料供給部材６２は、溝の形成された表面が、アノード側拡散層６７を介して、アノード電極６５に対向接触されている。これにより、アノード電極６５の一方面と燃料供給部材６２の他方面（溝の形成された表面）との間には、アノード電極６５全体に燃料成分を接触させるための燃料供給路８１が形成される。
【００５３】
燃料供給路８１には、燃料成分を燃料供給部材６２内に流入させるための燃料供給口８２が一端側（図２における紙面下側）に形成され、燃料成分を燃料供給部材６２から排出するための燃料排出口８３が他端側（図２における紙面上側）に形成されている。
【００５４】
空気供給部材６３は、ガス不透過性の導電性部材からなり、カソード電極６６に空気を供給する。空気供給部材６３には、その表面から凹む、例えば、葛折状などの溝が形成されている。そして、空気供給部材６３は、溝の形成された表面が、カソード側拡散層６８を介して、カソード電極６６に対向接触されている。これにより、カソード電極６６の他方面と空気供給部材６３の一方面（溝の形成された表面）との間には、カソード電極６６全体に空気を接触させるための空気供給路８４が形成される。
【００５５】
空気供給路８４には、空気を空気供給部材６３内に流入させるための空気供給口８５が他端側（図２における紙面上側）に形成され、空気を空気供給部材６３から排出するための空気排出口８６が一端側（図２における紙面下側）に形成されている。
【００５６】
３．カソード側拡散層の詳細
カソード側拡散層６８は、図３に示すように、湿度の上昇に伴って通気度が向上するように構成される織編物の一例としての編物７０を備えている（からなる）。
【００５７】
編物７０は、例えば、湿度変化に伴い捲縮率が変化する複合繊維７１と、湿度変化に伴い捲縮率が実質的に変化しない単一繊維７２とを含んでいる。
【００５８】
複合繊維７１は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、例えば、相対的に吸湿性が小さい低吸湿性部分７１Ａと、相対的に吸湿性が大きい高吸湿性部分７１Ｂとが、サイドバイサイド型に接合される構造を有している。
【００５９】
低吸湿性部分７１Ａは、低吸湿性樹脂を含有する部分であって、低吸湿性樹脂としては、例えば、スルホネート基含有変性ポリエチレンテレフタレートが挙げられる。
【００６０】
スルホネート基含有変性ポリエチレンテレフタレートは、スルホネート基を含有するポリエチレンテレフタレートであって、例えば、テレフタル酸と、エチレングリコールと、スルホン酸基含有モノマーとを、公知の方法により共重合させることにより調製される。
【００６１】
スルホン酸基含有モノマーは、スルホン酸を含有する多塩基酸であって、例えば、５−スルホイソフタル酸およびそのアルキルエステル、４−スルホイソフタル酸およびそのアルキルエステル、ｐ−ヒドロキシエトキシベンゼンスルホン酸、さらに、それらスルホン酸のアルカリ金属塩類、アルカリ土類金属塩類、ホスホニウム塩類などが挙げられる。
【００６２】
このようなスルホン酸基含有モノマーのなかでは、好ましくは、スルホン酸のアルカリ金属塩類を含有する多塩基酸が挙げられ、さらに好ましくは、５−スルホイソフタル酸のナトリウム塩が挙げられる。
【００６３】
このようなスルホン酸基含有モノマーは、単独使用または２種類以上併用することができる。
【００６４】
スルホン酸基含有モノマーの共重合割合は、モノマー成分の総ｍｏｌ数（テレフタル酸、エチレングリコールおよびスルホン酸基含有モノマーの総ｍｏｌ数）に対して、例えば、１．０ｍｏｌ％以上、好ましくは、１．５ｍｏｌ％以上であり、例えば、７．０ｍｏｌ％以下、好ましくは、６．０ｍｏｌ％以下である。
【００６５】
このような低吸湿性部分７１Ａは、好ましくは、導電性カーボンを含有している。
【００６６】
導電性カーボンとしては、例えば、オイルファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラックなどのカーボンブラック、例えば、黒鉛、炭素繊維などが挙げられる。
【００６７】
これら導電性カーボンは、単独使用または２種類以上併用することができる。
【００６８】
導電性カーボンの一次粒子の平均粒子径（測定方法：レーザー回折式粒度分布測定法）は、例えば、５ｎｍ以上であり、例えば、１００ｎｍ以下、好ましくは、５０ｎｍ以下である。
【００６９】
このような導電性カーボンは、好ましくは、低吸湿性部分７１Ａ中に分散されている。
【００７０】
導電性カーボンの配合割合は、低吸湿性樹脂（例えば、スルホネート基含有変性ポリエチレンテレフタレート）１００質量部に対して、例えば、１５質量部以上、好ましくは、２０質量部以上であり、例えば、４０質量部以下、好ましくは、３５質量部以下である。
【００７１】
高吸湿性部分７１Ｂは、高吸湿性樹脂を含有する部分であって、高吸湿性樹脂としては、例えば、ポリアミドが挙げられる。
【００７２】
ポリアミドとしては、例えば、ナイロン６、ナイロン６６などが挙げられる。このようなポリアミドの固有粘度（極限濃度）［η］は、好ましくは、１．０以上１．４以下である。なお、ポリアミドの固有粘度（極限濃度）［η］は、２５℃のＯ−クロロフェノール溶液で測定される。
【００７３】
また、高吸湿性部分７１Ｂは、好ましくは、上記した導電性カーボンを含有しており、導電性カーボンは、高吸湿性部分７１Ｂ中に分散されている。
【００７４】
導電性カーボンの配合割合は、高吸湿性樹脂（例えば、ポリアミド）１００質量部に対して、例えば、１５質量部以上、好ましくは、２０質量部以上であり、例えば、４０質量部以下、好ましくは、３５質量部以下である。
【００７５】
また、複合繊維７１において、低吸湿性部分７１Ａと、高吸湿性部分７１Ｂとの質量比（低吸湿性部分７１Ａ：高吸湿性部分７１Ｂ）は、例えば、３０：７０〜７０：３０、好ましくは、４０：６０〜６０：４０である。
【００７６】
このような複合繊維７１は、図４Ａに示すように、好ましくは、捲縮しており、さらに好ましくは、高吸湿性部分７１Ｂが捲縮の内側に配置され、低吸湿性部分７１Ａが捲縮の外側に配置される。
【００７７】
高吸湿性部分７１Ｂが捲縮の内側に配置され、低吸湿性部分７１Ａが捲縮の外側に配置される複合繊維７１を調製するには、例えば、低吸湿性部分７１Ａと高吸湿性部分７１Ｂとをサイドバイサイド型に複合紡糸し、一旦巻き取ることなく連続して、例えば、１００℃以上１５０℃以下（延伸温度）において、延伸し巻取る。次いで、延伸された複合繊維７１を、延伸温度に対して１０℃以上低い温度で、緊張または１０％以下の弛緩熱処理を実施する。
【００７８】
これにより、高吸湿性部分７１Ｂが捲縮の内側に配置され、低吸湿性部分７１Ａが捲縮の外側に配置される複合繊維７１が調製される。
【００７９】
単一繊維７２は、１種類の成分から構成される繊維であって、例えば、合成繊維、天然繊維、半合成繊維などが挙げられ、好ましくは、合成繊維が挙げられる。
【００８０】
合成繊維の樹脂材料としては、例えば、ポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなど）、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６など）、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、アクリル樹脂、アラミドなどが挙げられる。
【００８１】
このような合成繊維の樹脂材料のなかでは、好ましくは、ポリエステルおよびポリアミドが挙げられ、さらに好ましくは、複合繊維７１の低吸湿性樹脂および高吸湿性樹脂のそれぞれと同様の樹脂（具体的には、スルホネート基含有変性ポリエチレンテレフタレート、および、ポリアミド）が挙げられる。
【００８２】
また、単一繊維７２が合成繊維である場合、単一繊維７２は、好ましくは、上記した導電性カーボンを含有しており、導電性カーボンは、単一繊維７２中に分散されている。
【００８３】
導電性カーボンの配合割合は、単一繊維７２の樹脂材料１００質量部に対して、例えば、１５質量部以上、好ましくは、２０質量部以上であり、例えば、４０質量部以下、好ましくは、３５質量部以下である。
【００８４】
なお、上記したように、複合繊維７１（低吸湿性部分７１Ａおよび高吸湿性部分７１Ｂ）、および、単一繊維７２のそれぞれは、好ましくは、導電性カーボンを含有しているが、複合繊維７１および単一繊維７２の少なくともいずれか一方は、必須成分として、導電性カーボンを含有している。複合繊維７１が導電性カーボンを含有する場合、低吸湿性部分７１Ａおよび高吸湿性部分７１Ｂの少なくともいずれか一方が、必須成分として、導電性カーボンを含有する。つまり、編物７０は、必須成分として、導電性カーボンを含有している。導電性カーボンの配合割合は、編物７０に対して、例えば、１５質量％以上、好ましくは、２０質量％以上であり、例えば、４０質量％以下、好ましくは、３５質量％以下である。
【００８５】
また、編物７０において、複合繊維７１と単一繊維７２との質量比（複合繊維７１：単一繊維７２）は、例えば、７０：３０〜３０：７０、好ましくは、６５：３５〜４０：６０である。
【００８６】
複合繊維７１の割合が上記上限値以下であるので、湿度の変化に伴って、編物７０の寸法が過度に変動することを抑制でき、複合繊維７１の割合が上記下限値以上であるので、湿度の上昇に伴って、編物７０の通気度を確実に向上させることができる。
【００８７】
そして、編物７０は、複合繊維７１と単一繊維７２とが編まれることにより調製される。
【００８８】
複合繊維７１と単一繊維７２との編み方は、特に制限されず、緯編みであってもよく、経編みであってもよい。なお、本実施形態では、編物７０は、図３に示すように、複合繊維７１を単一繊維７２に沿うように配置し、それらを１本の糸のようにして、緯編みすることにより調製される。
【００８９】
また、カソード側拡散層６８は、厚み方向から見て、上下方向に延びる略矩形を有している。
【００９０】
このようなカソード側拡散層６８の上下方向の寸法は、温度２５℃、湿度３０％ＲＨの低湿度雰囲気（以下、単に低湿度雰囲気とする。）下に２０分間放置した後において、例えば、１ｃｍ以上、好ましくは、５ｃｍ以上であり、例えば、３０ｃｍ以下、好ましくは、２０ｃｍ以下である。
【００９１】
カソード側拡散層６８の幅方向の寸法は、低湿度雰囲気下に２０分間放置した後において、例えば、１ｃｍ以上、好ましくは、５ｃｍ以上であり、例えば、３０ｃｍ以下、好ましくは、２０ｃｍ以下である。
【００９２】
カソード側拡散層６８の厚み方向の寸法は、低湿度雰囲気下に２０分間放置した後において、例えば、０．００５ｃｍ以上、好ましくは、０．０１５ｃｍ以上であり、例えば、０．０５ｃｍ以下、好ましくは、０．０３５ｃｍ以下である。
【００９３】
また、カソード側拡散層６８では、温度２５℃、湿度９５％ＲＨの高湿度雰囲気（以下、単に高湿度雰囲気とする。）下に２０分間放置したときの上下方向の寸法が、低湿度雰囲気下に２０分間放置したときの上下方向の寸法に対して、例えば、９５％以上、好ましくは、９７％以上であり、例えば、１０５％以下、好ましくは、１０３％以下である。
【００９４】
また、カソード側拡散層６８では、高湿度雰囲気下に２０分間放置したときの幅方向の寸法が、低湿度雰囲気下に２０分間放置したときの幅方向の寸法に対して、例えば、９５％以上、好ましくは、９７％以上であり、例えば、１０５％以下、好ましくは、１０３％以下である。
【００９５】
カソード側拡散層６８の上下および幅方向の寸法変化率が上記範囲内であるので、高湿度雰囲気において、カソード側拡散層６８の空隙率の向上を図ることができ、カソード側拡散層６８の通気性の向上を図ることができる。
【００９６】
また、カソード側拡散層６８では、高湿度雰囲気下に２０分間放置したときの通気度が、低湿度雰囲気に２０分間放置したときの通気度に対して、例えば、１０６％以上、好ましくは、１０８％以上、例えば、１２０％以下である。なお、編物７０の通気度は、カトーテック社製、ＫＥＳ-Ｆ８−ＡＰ１通気性試験機により測定される。
【００９７】
４．燃料電池による発電
図１に示すように、第１ポンプ２６および第２ポンプ４３が作動すると、図２に示すように、液体燃料が、燃料供給口８２から、アノード側拡散層６７を介して、アノード電極６５に供給される。また、空気が、空気供給口８５から、カソード側拡散層６８（編物７０）を介して、カソード電極６６に供給される。液体燃料は、アノード電極６５と接触しながら燃料供給路８１を通過する。また、空気は、カソード電極６６と接触しながら空気供給路８４を通過する。
【００９８】
そして、各電極（アノード電極６５およびカソード電極６６）において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、電解質膜６４がアニオン交換型の固体高分子膜であり、燃料成分がヒドラジンである場合には、電気化学反応は、下記式（１）〜（３）の通りとなる。
（１）  Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−（アノード電極６５での反応）
（２）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−        （カソード電極６６での反応）
（３）  Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ          （燃料電池３全体での反応）
すなわち、ヒドラジンが供給されたアノード電極６５では、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）とカソード電極６６での反応で生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）とが反応して、窒素（Ｎ２）および水（Ｈ２Ｏ）が生成するとともに、電子（ｅ−）が発生する（上記式（１）参照）。
【００９９】
ここで、上記の発電において、アノード電極６５に供給された液体燃料が、アノード電極６５において反応することなく電解質膜６４を透過し、カソード電極６６およびカソード側拡散層６８に漏出する場合がある（クロスリーク）。なお、カソード電極６６およびカソード側拡散層６８に漏出した液地燃料には、上記式（１）のアノード電極６５での反応により生成した水（反応生成水）が含まれる。
【０１００】
また、カソード電極６６には、カソード側拡散層６８を介して、加湿された空気（水蒸気を含む空気）が供給される。カソード側拡散層６８では、クロスリークによる水および／または空気とともに供給される水蒸気により、湿度が相対的に高くなる場合がある。そのような場合、図４Ａに示すように、複合繊維７１の捲縮の外側に位置する低吸湿性部分７１Ａの寸法が実質的に変化しない一方、複合繊維７１の捲縮の内側に位置する高吸湿性部分７１Ｂが、吸湿し膨潤することにより、湿度の程度によって伸長する。
【０１０１】
これによって、複合繊維７１の捲縮が弱く（緩く）なり、図３に示すように、編物７０の編目が弛緩して、編物７０の空隙率が向上する。そのため、編物７０の通気性が向上し、空気供給路８４に効率よく空気が流入する。
【０１０２】
そして、カソード電極６６では、電子（ｅ−）と、水（Ｈ２Ｏ）と、空気供給路８４を流れる空気中の酸素（Ｏ２）とが反応して、水酸化物イオン（ＯＨ−）が生成する（上記式（２）参照）。
【０１０３】
生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）は、電解質膜６４を通過してアノード電極６５に到達し、上記式（１）の反応が生じる。
【０１０４】
そして、このようなアノード電極６５およびカソード電極６６での電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池３全体として上記式（３）で表わされる反応が生じて、燃料電池３に起電力が発生する。すなわち、燃料電池３は、燃料成分を消費して発電する。
【０１０５】
なお、アノード電極６５に対する液体燃料の供給量が相対的に低下し、カソード側拡散層６８に漏出する液地燃料の量が低下する場合や、カソード電極６６に対する空気の供給量が相対的に低下する場合などにおいて、カソード側拡散層６８の湿度が相対的に低くなる場合がある。
【０１０６】
カソード側拡散層６８の湿度が相対的に低くなると、図４Ａに示すように、複合繊維７１の捲縮の外側に位置する低吸湿性部分７１Ａの寸法が実質的に変化しない一方、複合繊維７１の捲縮の内側に位置する高吸湿性部分７１Ｂが、湿度の程度によって収縮する。
【０１０７】
これによって、複合繊維７１の捲縮が強く（きつく）なり、図３に示すように、編物７０の編目が密になり、編物７０の空隙率が低下する。
【０１０８】
また、上記の電気化学的反応は、電解質膜６４がアニオン交換型の固体高分子膜であり、液体燃料がメタノールである場合には、下記式（４）〜（６）の通りとなる。
（４）  ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−（アノード電極６５での反応）
（５）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−            （カソード電極６６での反応）
（６）  ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ    （燃料電池３全体での反応）
５．作用効果
このような燃料電池３では、例えば、液体燃料がカソード電極６６に漏出した場合（クロスリーク）や、カソード電極６６に加湿した空気を供給した場合において、カソード側拡散層６８の編物７０の通気度が向上する。
【０１０９】
そのため、例え、カソード側拡散層６８の湿度が上昇しても、カソード電極６６に効率よく空気を供給することができ、カソード電極６６において、確実に電気化学反応を生じさせて、燃料電池３の発電効率を向上させることができる。
【０１１０】
また、上記の実施形態では、編物７０は、図３に示すように、複合繊維７１を単一繊維７２に沿うように配置し、それらを１本の糸のようにして、緯編みすることにより調製されるが、これに限定されず、例えば、図５に示すように、単一繊維７２のみを緯編みするとともに、複合繊維７１を緯入れ挿入することもできる。
【０１１１】
また、上記した実施形態では、織編物が編物７０に対応するが、織編物は、織物であってもよい。織編物が織物である場合、複合繊維７１および単一繊維７２のそれぞれを、経方向および／または緯方向に交互にまたは２本以上ごとに配置する。
【０１１２】
また、織編物は、複合繊維７１のみから構成されてもよい。
【０１１３】
これら変形例によっても、上記の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０１１４】
また、上記実施形態および変形例は、適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１１５】
３      燃料電池
６４    電解質膜
６５    アノード電極
６６    カソード電極
６８    カソード側拡散層
７０    編物
【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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