(57)【要約】【課題】過酸化水素の発生を抑制でき、出力特性に優れ、損傷を抑制できる燃料電池を提供すること。【解決手段】燃料電池１のカソード電極７に積層されるカソード側拡散シート９に、ガスを透過させるための気孔を有するカソード側ＧＤＬ１９と、カソード側ＧＤＬ１９に積層されるカソード側ＭＰＬ２０とを備える。また、カソード側ＭＰＬ２０に、カーボン以外の導電性材料を含有させ、その導電性材料に、金属の、酸化物、窒化物および炭化物からなる群から選択される少なくとも１種を含有させ、金属を、Ｓｎ、ＴｉおよびＩｎからなる群から選択される少なくとも１種とする。【選択図】図１
2017152246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の触媒層に積層される燃料電池用ガス拡散シートであって、
ガスを透過させるための気孔を有するガス拡散層と、
前記ガス拡散層に積層されるマイクロポーラス層とを備え、
前記マイクロポーラス層が、カーボン以外の導電性材料を含有し、
前記導電性材料が、金属の、酸化物、窒化物および炭化物からなる群から選択される少なくとも１種を含有し、
前記金属が、Ｓｎ、ＴｉおよびＩｎからなる群から選択される少なくとも１種である
ことを特徴とする、燃料電池用ガス拡散シート。
【請求項２】
膜・電極接合体を備える燃料電池であって、
前記膜・電極接合体は、
電解質膜と、
前記電解質膜の両面に形成される触媒層と、
前記触媒層の少なくとも一方に積層される、請求項１に記載の燃料電池用ガス拡散シートと
を備え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、燃料電池用ガス拡散シートおよび燃料電池に関し、具体的には、燃料電池に備えられる燃料電池用ガス拡散シート、および、その燃料電池用ガス拡散シート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、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として、電解質膜と、電解質膜の一方の面に接合されたアノード電極（燃料側触媒層）と、電解質膜の他方の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。
【０００４】
このような膜電極接合体（ＭＥＡ）では、通常、触媒層にガス拡散層（Gas DiffusionLayer：ＧＤＬ）が積層されており、また、例えば、導電性や排水性の向上を図るため、それら触媒層とガス拡散層との間に、中間層としてマイクロポーラス層（Micro Porous Layer：ＭＰＬ）を介在させることが知られている。
【０００５】
具体的には、ガスを透過させるための気孔を有するガス拡散層と、そのガス拡散層に積層されるマイクロポーラス層とを備える燃料電池用ガス拡散シート、および、そのような燃料電池用ガス拡散シートが、膜・電極接合体のアノード電極およびカソード電極にそれぞれ積層された燃料電池が、提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、上記の燃料電池用ガス拡散シートにおいて、マイクロポーラス層は、カーボン粒子およびバインダ樹脂から形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−０６９９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、燃料電池においては、アノード電極に供給される燃料が、膜・電極接合体の電解質膜を通過（透過）し、カソード電極側に漏出（クロスリーク）する場合がある。
【０００９】
このような場合において、カソード側拡散シートのマイクロポーラス層が、カーボン粒子およびバインダ樹脂から形成されていると、そのカーボン粒子が酸素と反応し、過酸化水素を発生させる場合がある。そして、生じた過酸化水素によって、燃料電池（単位セル）の出力特性の低下や、燃料電池（単位セル）の損傷を惹起する場合がある。
【００１０】
本発明の目的は、過酸化水素の発生を抑制でき、出力特性に優れ、損傷を抑制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［１］は、燃料電池の触媒層に積層される燃料電池用ガス拡散シートであって、ガスを透過させるための気孔を有するガス拡散層と、前記ガス拡散層に積層されるマイクロポーラス層とを備え、前記マイクロポーラス層が、カーボン以外の導電性材料を含有し、前記導電性材料が、金属の、酸化物、窒化物および炭化物からなる群から選択される少なくとも１種を含有し、前記金属が、Ｓｎ、ＴｉおよびＩｎからなる群から選択される少なくとも１種である、燃料電池用ガス拡散シートを含んでいる。
【００１２】
本発明［２］は、膜・電極接合体を備える燃料電池であって、前記膜・電極接合体は、電解質膜と、前記電解質膜の両面に形成される触媒層と、前記触媒層の少なくとも一方に積層される、上記［１］に記載の燃料電池用ガス拡散シートとを備える、燃料電池を含んでいる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池用ガス拡散シートおよび燃料電池によれば、燃料側電極に供給される燃料が、電解質膜を通過（透過）し、酸素側電極側に漏出（クロスリーク）する場合にも、酸素側電極側における過酸化水素の発生を抑制できる。その結果、燃料電池は、出力特性に優れ、また、本発明によれば、燃料電池の損傷を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１で得られたカソード側拡散シートである。
【図３】図３は、導電性（体積抵抗値）の評価グラフである。
【図４】図４は、過酸化水素生成率の評価グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
１．燃料電池
図１において、燃料電池１は、液体または気体の燃料成分、好ましくは、液体の燃料成分が直接供給されるアニオン交換膜型燃料電池、または、カチオン交換膜型燃料電池である。好ましくは、アニオン交換膜型燃料電池である。
【００１６】
燃料電池１に供給される燃料成分としては、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン（水加ヒドラジン、無水ヒドラジンなどを含む）などが挙げられる。
【００１７】
燃料成分として、好ましくは、ヒドラジンが挙げられる。また、燃料成分としてヒドラジンが用いられる場合、電池性能の向上を図る観点から、好ましくは、添加剤（例えば、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物など）が、適宜の割合で添加される。
【００１８】
燃料電池１は、膜・電極接合体２、膜・電極接合体２の一方側（アノード側）に配置された燃料供給部材３、および、膜・電極接合体２の他方側（カソード側）に配置された空気供給部材４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。なお、図１では、複数の単位セルのうち１つだけを燃料電池１として表し、その他の単位セルについては省略している。
【００１９】
膜・電極接合体２は、電解質膜５、電解質膜５の厚み方向一方側の面（以下、単に一方面と記載する。）に形成される触媒層の一例としてのアノード電極６、電解質膜５の厚み方向他方側の面（以下、単に他方面と記載する。）に形成される触媒層の一例としてのカソード電極７、アノード電極６に積層されるアノード側拡散シート８、および、カソード電極７に積層される燃料電池用ガス拡散シートの一例としてのカソード側拡散シート９を備えている。
【００２０】
電解質膜５は、アニオン交換型の高分子電解質膜（アニオン交換膜）、または、カチオン交換型の高分子電解質膜（カチオン交換膜）、から形成されている。好ましくは、アニオン交換膜を用いて形成されている。
【００２１】
アニオン交換膜としては、アニオン成分（例えば、水酸化物イオン（ＯＨ−）など）が移動可能な媒体であれば、特に限定されず、例えば、４級アンモニウム基、ピリジニウム基などのアニオン交換基を有する固体高分子膜（アニオン交換樹脂）が挙げられる。
【００２２】
アニオン交換膜を形成する固体高分子としては、例えば、ポリスチレンおよびその変性体などの炭化水素系の固体高分子膜などが挙げられる。また、アニオン交換膜を形成する固体高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）は、例えば、８０〜２００℃、好ましくは、１００〜２００℃である。
【００２３】
また、アニオン交換膜を形成する固体高分子は、その分子構造において、架橋構造を有していてもよい。
【００２４】
また、アニオン交換膜は、市販品として入手可能であり、例えば、セレミオン（旭硝子社製）、ネオセプタ（アストム社製）などが挙げられる。
【００２５】
アノード電極６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６として形成してもよい。
【００２６】
触媒としては、特に制限されず、例えば、白金族元素（ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ））、鉄族元素（鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ））などの周期表第８〜１０（ＶIII）族元素や、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などの周期表第１１（ＩＢ）族元素などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、ニッケルが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。
【００２７】
触媒担体としては、例えば、カーボンなどの比表面積が大きい物質が挙げられる。
【００２８】
アノード電極６の厚みは、例えば、１０〜２００μｍ、好ましくは、２０〜１００μｍである。
【００２９】
カソード電極７は、例えば、アノード電極６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。
【００３０】
また、カソード電極７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。
【００３１】
遷移金属としては、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、ランタン（Ｌａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、銀、コバルトが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。
【００３２】
錯体形成有機化合物は、金属原子に配位することによって、当該金属原子と錯体を形成する有機化合物であって、例えば、ピロール、ポルフィリン、テトラメトキシフェニルポルフィリン、ジベンゾテトラアザアヌレン、フタロシアニン、コリン、クロリン、フェナントロリン、サルコミンなどの錯体形成有機化合物またはこれらの重合体が挙げられる。これらのうち、好ましくは、ピロールの重合体であるポリピロール、フェナントロリン、サルコミンが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。
【００３３】
導電性高分子としては、上記錯体形成有機化合物と重複する化合物もあるが、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリビニルカルバゾール、ポリトリフェニルアミン、ポリピリジン、ポリピリミジン、ポリキノキサリン、ポリフェニルキノキサリン、ポリイソチアナフテン、ポリピリジンジイル、ポリチエニレン、ポリパラフェニレン、ポリフルラン、ポリアセン、ポリフラン、ポリアズレン、ポリインドール、ポリジアミノアントラキノンなどが挙げられる。これらのうち、好ましくは、ポリピロールが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。
【００３４】
カソード電極７の厚みは、例えば、１０〜３００μｍ、好ましくは、２０〜１５０μｍである。
【００３５】
アノード側拡散シート８は、ガスを透過させるための気孔を有するガス拡散層（ＧＤＬ）としてのアノード側ＧＤＬ１６を備えており、好ましくは、アノード側拡散シート８は、アノード側ＧＤＬ１６からなる。
【００３６】
アノード側ＧＤＬ１６は、ガス透過性材料から形成されている。
【００３７】
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る。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。
【００３８】
また、アノード側ＧＤＬ１６は、ガスを透過させるための気孔を有している。例えば、ガス透過性材料として用いられるカーボンクロスは、カーボン繊維の束を、織ることにより得られる。そのため、カーボン繊維を束ねることにより生じる繊維間の空隙（比較的小さい孔）や、さらには、編み目（比較的大きい孔）などとして、気孔を有する。
【００３９】
アノード側ＧＤＬ１６の最小気孔径は、例えば、１μｍ以上、好ましくは、５μｍ以上であり、例えば、５０μｍ以下、好ましくは、３０μｍ以下である。
【００４０】
また、アノード側ＧＤＬ１６の最大気孔径は、例えば、５０μｍ以上、好ましくは、７５μｍ以上であり、例えば、５００μｍ以下、好ましくは、２００μｍ以下である。
【００４１】
また、測定では、ＡＳＴＭ  Ｆ３１６−８６  （ＪＩＳ  Ｈ３８３２  精密ろ過膜エレメント及びモジュールのバブルポイント試験方法）に準拠した公知のバブルポイント法、および、ＡＳＴＭ  Ｅ１２９４−８９に準拠した公知のハーフドライ法が採用される（以下同様。）。
【００４２】
また、このようなアノード側ＧＤＬ１６は、集電体としても作用する。
【００４３】
また、アノード側ＧＤＬ１６は、市販品として入手可能であり、例えば、Ｂ−１  Ｃａｒｂｏｎ  Ｃｌｏｔｈ  Ｔｙｐｅ  Ａ  Ｎｏ  ｗｅｔ  ｐｒｏｏｆｉｎｇ（ＢＡＳＦ社製）、ＥＬＡＴ（登録商標）  ＬＴ  １４００−Ｗ（ＢＡＳＦ社製）などが挙げられる。
【００４４】
アノード側ＧＤＬ１６の厚みは、例えば、０．０５ｍｍ以上、好ましくは、０．１０ｍｍ以上であり、例えば、０．６０ｍｍ以下、好ましくは、０．５０ｍｍ以下である。
【００４５】
カソード側拡散シート９は、ガスを透過させるための気孔を有するガス拡散層（ＧＤＬ）としてのカソード側ＧＤＬ１９と、カソード側ＧＤＬ１９に積層されるマイクロポーラス層（ＭＰＬ）としてのカソード側ＭＰＬ２０とを備えている。好ましくは、カソード側拡散シート９はカソード側ＧＤＬ１９とカソード側ＭＰＬ２０とからなる。
【００４６】
カソード側ＧＤＬ１９としては、例えば、アノード側ＧＤＬ１６として例示した、ガス透過性材料などが挙げられる。カソード側ＧＤＬ１９として、好ましくは、カーボンクロスが挙げられる。
【００４７】
また、カソード側ＧＤＬ１９は、アノード側ＧＤＬ１６と同様に、ガスを透過させるための気孔を有している。
【００４８】
カソード側ＧＤＬ１９の最小気孔径は、例えば、０．１μｍ以上、好ましくは、１μｍ以上であり、例えば、２０μｍ以下、好ましくは、１０μｍ以下である。
【００４９】
また、カソード側ＧＤＬ１９の最大気孔径は、例えば、５０μｍ以上、好ましくは、７５μｍ以上であり、例えば、５００μｍ以下、好ましくは、２００μｍ以下である。
【００５０】
また、カソード側ＧＤＬ１９は、アノード側ＧＤＬ１６と同様に、集電体としても作用する。
【００５１】
カソード側ＧＤＬ１９の厚みは、例えば、０．０５ｍｍ以上、好ましくは、０．１０ｍｍ以上であり、例えば、０．６０ｍｍ以下、好ましくは、０．５０ｍｍ以下である。
【００５２】
カソード側ＭＰＬ２０は、カーボン以外の導電性材料を含んでいる。具体的には、カソード側ＭＰＬ２０は、カーボンを含んでおらず、カーボン以外の導電性材料と、バインダ樹脂とから形成されている。
【００５３】
導電性材料は、金属の酸化物（以下、金属酸化物）、金属の窒化物（以下、金属窒化物）、および、金属の炭化物（以下、金属炭化物）からなる群から選択される少なくとも１種を含有している。
【００５４】
導電性材料において、金属としては、スズ（Ｓｎ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）が挙げられる。これら金属は、単独使用または２種類以上併用することができる。金属として、好ましくは、スズ（Ｓｎ）が挙げられる。
【００５５】
金属酸化物として、具体的には、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）が挙げられる。また、金属窒化物として、具体的には、窒化スズ（ＳｎＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）が挙げられる。また、金属炭化物として、具体的には、炭化スズ（ＳｎＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化インジウム（ＩｎＣ）が挙げられる。これらは、単独使用または２種類以上併用することができる。好ましくは、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）が挙げられ、より好ましくは、酸化スズ（ＳｎＯ２）が挙げられる。
【００５６】
また、導電性材料、とりわけ、金属酸化物には、導電性の向上を図るため、その他の元素をドープすることができる。換言すれば、元素ドープされた上記金属酸化物を、導電性材料として用いることができる。
【００５７】
このような場合、ドープされる元素としては、特に制限されないが、例えば、アンチモン（Ｓｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、リン（Ｐ）、フッ素（Ｆ）などが挙げられる。これら元素は単独使用または２種類以上併用することができる。ドープされる元素として、好ましくは、アンチモン（Ｓｂ）が挙げられる。なお、元素ドープの方法としては、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。
【００５８】
導電性材料は、好ましくは、金属酸化物、金属窒化物および金属炭化物からなる群から選択される少なくとも１種からなるか、または、元素ドープされた金属酸化物からなる。導電性材料として、とりわけ好ましくは、元素ドープされた金属酸化物からなる。
【００５９】
バインダ樹脂は、導電性材料間を結着させ、カソード側ＭＰＬ２０の強度を確保することができれば、特に制限されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）などが挙げられる。好ましくは、ポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。
【００６０】
これらバインダ樹脂は、単独使用または２種類以上併用することができる。
【００６１】
カソード側ＭＰＬ２０において、導電性材料とバインダ樹脂との含有割合は、それらの総量１００質量部に対して、導電性材料が、例えば、１０質量部以上、好ましくは、２５質量部以上であり、例えば、９０質量部以下、好ましくは、８０質量部以下である。また、バインダ樹脂が、例えば、１０質量部以上、好ましくは、２０質量部以上であり、例えば、９０質量部以下、好ましくは、８０質量部以下である。
【００６２】
カソード側ＭＰＬ２０の厚みは、例えば、０．０１ｍｍ以上、好ましくは、０．０５ｍｍ以上であり、例えば、０．５０ｍｍ以下、好ましくは、０．３０ｍｍ以下である。
【００６３】
また、カソード側ＭＰＬ２０における導電性材料の担持量は、例えば、０．５ｍｇ／ｃｍ２以上、好ましくは、１ｍｇ／ｃｍ２以上であり、例えば、５ｍｇ／ｃｍ２以下、好ましくは、３ｍｇ／ｃｍ２以下である。
【００６４】
このようなカソード側拡散シート９は、例えば、カーボン以外の導電性材料とバインダ樹脂とを水に分散させてスラリーを調製し、そのスラリーをカソード側ＧＤＬ１９の表面に塗布し、熱処理およびプレスすることにより得られる。
【００６５】
スラリーにおける導電性材料の濃度は、スラリーの総量に対して、例えば、３質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、２０質量％以下、好ましくは、１０質量％以下である。また、スラリーにおけるバインダ樹脂の濃度は、スラリーの総量に対して、例えば、３質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、６０質量％以下、好ましくは、４０質量％以下である。また、スラリーには、公知の界面活性剤、公知の増粘剤などの添加剤を配合することもできる。なお、添加剤の配合割合は、特に制限されず、適宜設定される。
【００６６】
また、塗布方法としては、特に制限されないが、例えば、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法などによる塗布や、バーコーター、アプリケーターなどを用いたキャスティングなどが挙げられる。
【００６７】
また、熱処理条件としては、加熱温度が、例えば、２００℃以上、好ましくは、３００℃以上であり、例えば、４５０℃以下、好ましくは、４００℃以下である。また、加熱時間が、例えば、０．１時間以上、好ましくは、０．５時間以上であり、例えば、１０時間以下、好ましくは、５時間以下である。なお、熱処理は、一括で実施してもよく、また、分割で実施してもよい。分割で熱処理する場合には、各実施において、加熱温度および加熱時間を変更してもよい。また、必要に応じて、熱処理後にプレスしてもよい。
【００６８】
これにより、カソード側ＧＤＬ１９の表面に、カーボン以外の導電性材料およびバインダ樹脂からなるカソード側ＭＰＬ２０を形成することができる。すなわち、カソード側拡散シート９を得ることができる。
【００６９】
燃料供給部材３は、ガス不透過性の導電性部材からなり、アノード電極６に液体燃料を供給する。燃料供給部材３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３は、溝の形成された表面がアノード電極６に対向接触されている。これにより、アノード電極６の一方面と燃料供給部材３の他方面（溝の形成された表面）との間には、アノード電極６全体に燃料成分を接触させるための燃料供給路１０が形成される。
【００７０】
燃料供給路１０には、燃料成分を燃料供給部材３内に流入させるための燃料供給口１１が一端側（図１における紙面下側）に形成され、燃料成分を燃料供給部材３から排出するための燃料排出口１２が他端側（図１における紙面上側）に形成されている。
【００７１】
空気供給部材４は、ガス不透過性の導電性部材からなり、カソード電極７に空気を供給する。空気供給部材４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４は、溝の形成された表面がカソード電極７に対向接触されている。これにより、カソード電極７の他方面と空気供給部材４の一方面（溝の形成された表面）との間には、カソード電極７全体に空気を接触させるための空気供給路１３が形成される。
【００７２】
空気供給路１３には、空気を空気供給部材４内に流入させるための空気供給口１４が他端側（図１における紙面上側）に形成され、空気を空気供給部材４から排出するための空気排出口１５が一端側（図１における紙面下側）に形成されている。
２．  燃料電池による発電
図１が参照されるように、燃料電池１では、燃料成分が燃料供給口１１からアノード電極６に供給される。一方、空気が空気供給口１４からカソード電極７に供給される。
【００７３】
アノード側では、液体燃料が、アノード電極６と接触しながら燃料供給路１０を通過する。一方、カソード側では、空気が、カソード電極７と接触しながら空気供給路１３を通過する。
【００７４】
そして、各電極（アノード電極６およびカソード電極７）において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、液体燃料がメタノールである場合には、下記式（１）〜（３）の通りとなる。
（１）ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−    （アノード電極６での反応）
（２）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−                （カソード電極７での反応）
（３）ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ        （燃料電池１全体での反応）
すなわち、メタノールが供給されたアノード電極６では、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）とカソード電極７での反応で生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）とが反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）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）。
【００７５】
アノード電極６で発生した電子（ｅ−）は、図示しない外部回路を経由してカソード電極７に到達する。つまり、この外部回路を通過する電子（ｅ−）が、電流となる。
【００７６】
一方、カソード電極７では、電子（ｅ−）と、外部からの供給もしくは燃料電池１での反応で生成した水（Ｈ２Ｏ）と、空気供給路１３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）。
【００７７】
そして、生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）が、電解質膜５を通過してアノード電極６に到達し、上記と同様の反応（上記式（１）参照）が生じる。
【００７８】
このようなアノード電極６およびカソード電極７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１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１に起電力が発生する。すなわち、燃料電池１は、燃料成分を消費して発電する。
【００７９】
また、例えば、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（４）〜（６）の通りとなる。
（４）Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−      （アノード電極６での反応）
（５）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−              （カソード電極７での反応）
（６）Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ                （燃料電池１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６では、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）とカソード電極７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（４）参照）。
【００８０】
アノード電極６で発生した電子（ｅ−）は、図示しない外部回路を経由してカソード電極７に到達する。つまり、この外部回路を通過する電子（ｅ−）が、電流となる。
【００８１】
一方、カソード電極７では、電子（ｅ−）と、外部からの供給もしくは燃料電池１での反応で生成した水（Ｈ２Ｏ）と、空気供給路１３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（５）参照）。
【００８２】
そして、生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）が、電解質膜５を通過してアノード電極６に到達し、上記と同様の反応（上記式（４）参照）が生じる。
【００８３】
このようなアノード電極６およびカソード電極７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１全体として上記式（６）で表わされる反応が生じて、燃料電池１に起電力が発生する。すなわち、燃料電池１は、燃料成分を消費して発電する。
３．  クロスリーク
上記したように、燃料電池１では、アノード電極６側に燃料が供給されるが、その供給された燃料が、アノード電極６において反応することなく電解質膜５を透過し、カソード電極７側に漏出する場合がある（クロスリーク現象）。
【００８４】
具体的には、例えば、燃料としてヒドラジンが用いられる場合には、ヒドラジンが電解質膜５を透過し、カソード電極７側に漏出する場合がある。また、このとき、燃料に添加される添加剤（水酸化アルカリ金属水酸化物など）も、電解質膜５を透過し、カソード電極７側に漏出する。
【００８５】
このような場合において、カソード側拡散シート９のカソード側ＭＰＬ２０が、カーボンを含有する場合には、液体燃料（ヒドラジンなど）中の添加物（アルカリ金属水酸化物など）に由来する水酸化物イオン（ＯＨ−）が伝導経路となり、カソード側ＭＰＬ２０中のカーボンと、酸素とが反応し、過酸化水素を発生させる場合がある。
【００８６】
具体的には、カソード側ＭＰＬ２０がカーボンを含有する場合、そのカーボンによって、上記式（５）で示される４電子型の酸素還元反応と、下記式（７）で示される２電子型の酸素還元反応とが惹起される。また、カーボンは、下記式（７）で示される２電子型の酸素還元反応を惹起しやすいという性質を有している。
（７）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→ＨＯ２−＋ＯＨ−
そして、上記式（７）で示される２電子型の酸素還元反応では、水酸化物イオン（ＯＨ−）の生成に伴って、過酸化水素が生成する。このようにして過酸化水素が生じると、その過酸化水素によって、燃料電池１（単位セル）の出力特性の低下が生じる場合がある。さらに、過酸化水素の分解によって、強い酸化力を有する水酸化ラジカル（ＯＨ・）が生じる場合があり、この水酸化ラジカル（ＯＨ・）により、燃料電池１（単位セル）の損傷が惹起される場合がある。
【００８７】
これに対して、上記した燃料電池１では、カソード側ＭＰＬ２０がカーボンを含有しておらず、カーボン以外の導電性材料を含有している。
【００８８】
そのため、上記式（７）で示される２電子型の酸素還元反応がカソード側ＭＰＬ２０において惹起されることを抑制することができ、その結果、カソード側ＭＰＬ２０において過酸化水素が発生することを抑制することができる。
４．  作用効果
上記したカソード側拡散シート９および燃料電池１によれば、アノード電極６に供給される燃料が、電解質膜５を通過（透過）し、カソード電極７側に漏出（クロスリーク）する場合にも、カソード電極７側における過酸化水素の発生を抑制できる。その結果、燃料電池１は、出力特性に優れる。また、本発明によれば、燃料電池１の損傷を抑制できる。
【００８９】
なお、上記した説明では、燃料電池用ガス拡散シートとして、カソード電極７に積層されるカソード側拡散シート９を示して説明したが、例えば、燃料電池用ガス拡散シートを、アノード側拡散シート８として用い、アノード電極６に積層することもできる。
【００９０】
燃料電池用ガス拡散シートの用途は、例えば、燃料電池用ガス拡散シートにおける導電性材料の種類、燃料電池に供給される燃料の種類などに応じて、適宜選択される。例えば、燃料電池用ガス拡散シートにおける導電性材料が、燃料により溶解される可能性がある場合などには、好ましくは、燃料電池用ガス拡散シートは、カソード側拡散シート９として用いられる。
【００９１】
また、上記した説明では、燃料電池１の燃料として液体燃料を用いているが、燃料としては特に制限されず、例えば、水素ガスなどの気体燃料を用いることもできる。
【実施例】
【００９２】
次に、本発明を、実施例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。なお、「部」および「％」は、特に言及がない限り、質量基準である。また、以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。
【００９３】
＜カソード側拡散シートの製造＞
実施例１
アンチモンドープ酸化スズ（Ｓｂ−ＳｎＯ２、三菱マテリアル電子化成社製）０．２ｇと、水１．３ｇと、６０質量％ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン、バインダ樹脂）溶液１．０ｇと、界面活性剤（トリトンＸ−１００、キシダ化学社製）０．３６ｇとを加え、超音波処理により２５℃で６０分間分散し、インクを調製した。
【００９４】
次いで、得られたインクを、カーボンペーパー（ＳＧＬ２５ＢＡ、ＳＧＬカーボン社製、カソード側ＧＤＬ）の一方の表面に、ドクターブレードによって塗布した。このとき、Ｓｂ−ＳｎＯ２担持量を、１．５ｍｇ／ｃｍ２とした。
【００９５】
次いで、塗膜を２５℃で乾燥させ、その後、窒素雰囲気下において、１００℃で６０分間熱処理し、次いで、２６０℃で６０分間熱処理し、次いで、３６０℃で６０分間熱処理した。熱処理後、５ＭＰａでコールドプレスし、カーボンペーパー（カソード側ガス拡散層）の表面に、カソード側ＭＰＬを形成した。これを、カソード側拡散シートとした。
【００９６】
得られたカソード側拡散シートを、図２に示す。
【００９７】
＜評価＞
１．  導電性（体積抵抗）
以下の手順にて、カソード側拡散シートの体積抵抗値を、粉体抵抗測定システム（ＭＣＰ−ＰＤ５１、三菱化学アナリテック社製）を使用し、測定した。
【００９８】
すなわち、実施例１で得られたカソード側拡散シートを直径８ｍｍの円形に切り出し、プローブユニット（測定部）に導入し、２．０ＭＰａの圧力を加え、体積抵抗値を測定した。その結果、実施例１で得られたカソード側拡散シートが、導電性を有することが確認された。また、比較として、市販のカソード側拡散シート（ＳＧＬ２５ＢＣ、ＳＧＬカーボン社製）の体積抵抗値を、上記と同様に測定した。
【００９９】
その結果を、図３に示す。
【０１００】
２．過酸化水素生成率
以下の手順にて、アンチモンドープ酸化スズを含むサンプルと、カーボンを含むサンプルとを製造し、それらの過酸化水素発生量を、ＲＲＤＥ（回転リングディスク）により測定した。
【０１０１】
（１）製造例１
アンチモンドープ酸化スズ（Ｓｂ−ＳｎＯ２、三菱マテリアル電子化成社製）と、アイオノマーとを有機溶媒中に分散させて調製したインク（分散液）を、グラッシーカーボン上に滴下し、測定電極（担持量０．５１μｇ／ｍｍ２）とした。
【０１０２】
なお、インクは、Ｓｂ−ＳｎＯ２１０ｍｇ、超純水０．８ｍＬおよび２−プロパノール（有機溶媒）０．２ｍＬを混合して１次インクを調製し、得られた１次インク０．１ｍＬ、超純水０．７５ｍＬ、２−プロパノール（有機溶媒）０．１ｍＬおよび５ｗ％ナフィオン（登録商標）溶液（アイオノマー、商品名：Ｎａｆｉｏｎ  ５ｗｔ．％  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ７０１６０（製品番号）、Ａｌｄｒｉｃｈ社製）の１０倍希釈液０．０５ｍＬを混合して調製した。
【０１０３】
（２）製造比較例１
Ｓｂ−ＳｎＯ２の代わりに、ケッチェンブラックＥＣ６００ＪＤ（ライオン社製）２ｍｇを配合した以外は、上記した製造例１と同様にして、測定電極を作製した。
【０１０４】
（３）製造比較例２
Ｓｂ−ＳｎＯ２を配合せず、ナフィオン、２−プロパノールおよび水のみからなるインクを調製した以外は、上記した製造例１と同様にして、測定電極を作製した。
【０１０５】
（４）過酸化水素生成率の測定
回転リングディスク電極（Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｒｉｎｇ−Ｄｉｓｋ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ：ＲＲＤＥ）を用いて、過酸化物の発生率を測定した。
【０１０６】
製造例および製造比較例１〜２で得られた測定電極を用いて、酸素で飽和した１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム水溶液を入れた３電極型セルを作製した。なお、３電極型セルにおいて、参照電極には、水銀−水銀酸化物電極（Ｈｇ／ＨｇＯ）、カウンター電極には、白金線を用いた。
【０１０７】
次いで、測定温度３０℃、回転数１６００ｒｐｍとし、また、走査速度０．０１Ｖ／ｓとして、高電位から低電位に向けて走査した。０．６Ｖ（ｖｓ．Ｈｇ／ＨｇＯ）に設定したリングの電流値から、過酸化物の生成率を換算した。これを、過酸化水素生成率とした。
【０１０８】
なお、電流値から過酸化水素生成率を求める式は、下記の通りである。
【０１０９】
過酸化水素生成率  ＝  ２ＩＲｉｎｇ×１００／（ＩＤｉｓｋ×Ｎ＋ＩＲｉｎｇ）
なお、上記式において、ＩＲｉｎｇおよびＩＤｉｓｋは、それぞれ−０．３２４Ｖ（ｖｓ．  Ｈｇ／ＨｇＯ）のリングおよびディスク電極の電流値、Ｎは補足率（０．３７）である。
【符号の説明】
【０１１０】
１      燃料電池
６      アノード電極
７      カソード電極
８      アノード側拡散シート
９      カソード側拡散シート
１７    アノード側ＭＰＬ
１９    カソード側ＧＤＬ
２０    カソード側ＭＰＬ
【図１】
2017152246.tif 000003
【図２】
2017152246.tif 000004
【図３】
2017152246.tif 000005
【図４】
2017152246.tif 000006