(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池の普及の促進のため、電気化学水素ポンプに用いる、従来に比べガスの拡散性に配慮したガス拡散層の提供。【解決手段】ガスが通過する、複数の貫通孔２１を有するシート２２の積層体２０を備え、積層体２０中の少なくとも１つのシート２２は、隣接するシート２２において他の貫通孔２１と分離して、連通していない貫通孔２１同士を連絡する連絡路２３を備えるガス拡散層１００。シート２２の同一主面における連絡路２３の開口面積が、貫通孔２１の開口面積より大きいガス拡散層。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが通過する、複数の貫通孔を有するシートの積層体を備え、前記積層体中の少なくとも１つのシートは、隣接するシートにおいて他の貫通孔と分離して、連通していない前記貫通孔同士を連絡する連絡路を備えるガス拡散層。
【請求項２】
前記積層体のうち触媒層と接触するシートは、他のシートに比べ前記連絡路の数が少ない請求項１に記載のガス拡散層。
【請求項３】
前記積層体の隣り合うシート同士は接着している請求項１又は２に記載のガス拡散層。
【請求項４】
前記連絡路は、前記連絡路が設けられたシートに隣り合う同一のシートに設けられた貫通孔同士を連絡する請求項１−３のいずれか１項に記載のガス拡散層。
【請求項５】
前記連絡路は、前記連絡路が設けられたシートに隣り合う異なるシートに設けられた貫通孔同士を連絡する請求項１−４のいずれか１項に記載のガス拡散層。
【請求項６】
前記貫通孔と前記連絡路とが前記シートの同一主面に設けられている、請求項１−５のいずれか１項に記載のガス拡散層。
【請求項７】
前記シートの同一主面における、前記貫通孔と前記連絡路の開口面積が異なる、請求項１−６のいずれか１項に記載のガス拡散層。
【請求項８】
前記シートの同一主面における前記連絡路の開口面積が、前記貫通孔の開口面積よりも大きい、請求項７に記載のガス拡散層。
【請求項９】
前記シートの同一主面における前記貫通孔と前記連絡路の数が異なる、請求項１−８のいずれか１項に記載のガス拡散層。
【請求項１０】
前記シートの同一主面における前記貫通孔の数が前記連絡路の数より多い、請求項９に記載のガス拡散層。
【請求項１１】
前記シートの同一主面のうち、前記ガス拡散層が隣接する触媒層上の領域において、前記貫通孔の開口面積よりも開口していない領域の面積の方が大きい、請求項１−１０のいずれか１項に記載のガス拡散層。
【請求項１２】
一対の主面を備える電解質膜と、
前記電解質膜の一方の主面に設けられたカソード触媒層と、
前記電解質膜の他方の主面に設けられたアノード触媒層と、
前記カソード触媒層に設けられたカソードガス拡散層と、
前記アノード触媒層に設けられたアノードガス拡散層と、
アノードガスが流れるガス流路が設けられた第１プレートと、
カソードガスが流れるガス流路が設けられた第２プレートと
前記カソード触媒層及び前記アノード触媒層の間に電圧を印加する電圧印加器と、
を備え、
前記アノードガス拡散層は、請求項１−１１のいずれか１項に記載のガス拡散層を含む電気化学式水素ポンプ。
【請求項１３】
前記連絡路は、前記第１プレートのガス流路の垂直線上に位置する前記積層体の貫通孔と前記第１プレートのガス流路が設けられていない部分の垂直線上に位置する前記積層体の貫通孔とを連絡する請求項１２に記載の電気化学式水素ポンプ。
【請求項１４】
前記カソードガス拡散層は、複数の通気孔が設けられた単一のシートを含む、請求項１２または１３記載の電気化学式水素ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はガス拡散層及び電気化学式水素ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球の温暖化等の環境問題、石油資源の枯渇等のエネルギー問題から、化石燃料に代わるクリーンな代替エネルギー源として、水素ガスが注目されている。水素ガスは燃焼しても水しか放出せず、地球温暖化の原因となる二酸化炭素及び窒素酸化物などが排出されないので、クリーンエネルギーとして期待されている。水素ガスを燃料として利用する装置としては、例えば、燃料電池があり、自動車用電源向け、家庭用自家発電向けに、燃料電池の開発及び普及が進んでいる。そして、来るべき水素社会では、水素ガスを製造することはもとより、水素ガスを高密度で貯蔵し、小容量かつ低コストで輸送又は利用し得る技術開発が求められている。更に、燃料電池の普及の促進には、燃料供給インフラを整備する必要がある。そこで、高純度の水素ガスを精製及び昇圧する様々な提案が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図９に示すように、高差圧用電気化学セルの電解質膜の支持部材３０が、電解質膜に接触するガス拡散層として用いられている。つまり、支持部材３０の一方の面には、複数の矩形の凹部が形成され、他方の面には複数の菱形の凹部が形成されている。そして、両方の凹部同士の重畳部が、流体が通過する三角形の貫通孔３１を構成している。これにより、従来のメッシュタイプのガス拡散層で発生する恐れがあった流体流路の詰まりを抑制できるとともに、電気化学セルの高圧側と低圧側との差圧に耐え得る剛性を確保できる。よって、電解質膜の破損点に至るような変形が支持部材３０の支持により抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７３３３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来例は、ガス拡散層を流れるガスの拡散性について十分に検討されていない。
【０００６】
本開示の一態様（aspect）は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べガスの拡散性に配慮したガス拡散層を提供する。また、本開示の一態様は、かかるガス拡散層を備える電気化学式水素ポンプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本開示の一態様のガス拡散層は、ガスが通過する、複数の貫通孔を有するシートの積層体を備え、前記積層体中の少なくとも１つのシートは、隣接するシートにおいて他の貫通孔と分離して、連通していない前記貫通孔同士を連絡する連絡路を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様のガス拡散層は、従来に比べガスの拡散性に配慮したガス拡散層が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、第１実施形態のガス拡散層の一例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１実施形態の変形例のガス拡散層の一例を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａ、第１実施形態のガス拡散層の積層体中のシートの一例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂ、第１実施形態のガス拡散層の積層体中のシートの一例を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃ、第１実施形態のガス拡散層の積層体中のシートの一例を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態の第１実施例のガス拡散層の一例を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態の第３実施例のガス拡散層の一例を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態の第４実施例のガス拡散層の一例を示す図である。
【図６】図６は、第２実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。
【図７】図７は、第２実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。
【図８】図８は、第２実施形態の実施例の電気化学式水素ポンプにおけるガス拡散層の一例を示す図である。
【図９】図９は、従来のガス拡散層の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
ガス拡散層を流れるガスの拡散性について鋭意検討が行われ、以下の知見が得られた。
【００１１】
従来例の図９では、支持部材３０の手前側（表面）で隣り合う三角形の貫通孔３１同士は、奥側（裏面）で菱形の凹部を形成する格子パターン上で連通していることが示されている。一方、支持部材３０の奥側（裏面）では、隣り合う三角形の貫通孔３１同士が、手前側（表面）で矩形の凹部を形成する格子パターン上で連通していることが示されている。つまり、支持部材３０の同一シート内に設けられた複数の貫通孔３１同士は分離されておらず、互いに連通している。このように、同一シート内で複数の貫通孔３１同士が互いに連通している場合、ガスの拡散の偏りが低減され、ガスの拡散の均一性が向上する。
【００１２】
例えば、特許文献１の支持部材３０において、適宜の流路部材のガス流路を通じて支持部材３０の貫通孔３１にガスが流入する構成を取る場合、流路部材のガス流路が設けられていない部分の垂直線上に位置する貫通孔３１にはガス流路から直接ガスが供給されることはない。しかしながら、支持部材３０では、上記のように、同一シート内で複数の貫通孔３１同士が互いに連通しているため、ガス流路から直接ガスが供給されることのない貫通孔３１であっても、流路部材のガス流路が設けられている部分の垂直線上に位置し、ガス流路から直接ガスが供給される貫通孔３１を経由して間接的にガスが供給される。
【００１３】
一方、支持部材３０と異なり、同一シート内で複数の貫通孔同士が互いに連通していない場合、ガス流路の垂直線上に設けられていない貫通孔には他の貫通孔を経由して間接的にガスが供給されることはなく、ガス拡散層において、ガスの拡散が不均一になる。ガス拡散の不均一化は、例えば、電気化学セルでは、反応過電圧の増大、すなわち、消費電力の増加を招く恐れがある。
【００１４】
そこで、発明者らは、複数の貫通孔を有するシートの積層体において、同一シート内で他の貫通孔と分離され、連通していない貫通孔に対して、この貫通孔同士を連絡させる連絡路を隣接するシートに設けるという着想に到達した。
【００１５】
すなわち、本開示の第１態様のガス拡散層は、ガスが通過する、複数の貫通孔を有するシートの積層体を備え、積層体中の少なくとも１つのシートは、隣接するシートにおいて他の貫通孔と分離して、連通していない貫通孔同士を連絡する連絡路を備える。
【００１６】
かかる構成によると、本実施形態のガス拡散層は、隣接するシートに連絡路を設けない場合に比べガスを均一に拡散し得る。つまり、隣接するシートが連絡路を備えることで、適宜の流路部材から積層体内を通過するガスを積層方向だけではなく、任意の方向に送ることができる。すると、連絡路の配置パターンが異なるシートを積層体に積層させることで、積層体内のガス流れの向きを任意に設定できる。これにより、ガス拡散層のガスの拡散性が向上する。
【００１７】
また、例えば、流路部材のガス流路を通じて積層体の貫通孔にガスを流入させる構成を取る場合、積層体が上記の連絡路を備えないと、流路部材のガス流路が設けられていない部分の垂直線上に位置する積層体の貫通孔にはガスが流れずに、積層体のガスの拡散が不均一化する恐れがある。しかし、本実施形態のガス拡散層では、上記の連絡路を介して、このような積層体の貫通孔にもガスを流すことができるので、ガスの拡散が不均一化することを抑制できる。
【００１８】
また、本開示の第２態様のガス拡散層は、上記第１態様において、前記積層体のうち触媒層と接触するシートは、他のシートに比べ前記連絡路の数が少なくてもよい。
【００１９】
かかる構成によると、ガスの拡散の均一性が向上する。これは、貫通孔と連絡路とは通常、形状が異なるためそれぞれの開口面積も異なる。開口面積が異なると貫通孔と連絡路とで流体抵抗が異なり、ガスの流れやすさが異なり、ガスの拡散の不均一化の要因となる。連絡路の数を低減することで、触媒層の全域に対して、より均一にガスを供給することができる。
【００２０】
また、本開示の第３態様のガス拡散層は、上記第１態様または第２態様において、前記積層体の隣り合うシート同士は接着してもよい。
【００２１】
かかる構成により、ガス拡散層に高い圧力がかかる条件下においても、積層体中のシート同士のずれが低減され、隣り合うシートの貫通孔同士がずれてガスの拡散性が低下する可能性が低減される。
【００２２】
また、本開示の第４態様のガス拡散層は、 第１態様−第３態様のいずれか１つにおいて、前記連絡路は、前記連絡路が設けられたシートに隣り合う同一のシートに設けられた貫通孔同士を連絡してもよい。
【００２３】
かかる構成により、隣接するシートに連絡路を設けない場合に比べガスを均一に拡散し得る。
【００２４】
また、本開示の第５態様のガス拡散層は、第１態様−第４態様のいずれか１つにおいて、前記連絡路は、前記連絡路が設けられたシートに隣り合う異なるシートに設けられた貫通孔同士を連絡してもよい。
【００２５】
かかる構成により、隣接するシートに連絡路を設けない場合に比べガスを均一に拡散し得る。
【００２６】
また、本開示の第６態様のガス拡散層は、第１態様−第５態様のいずれか１つにおいて、前記貫通孔と前記連絡路とが前記シートの同一主面に設けられていてもよい。
【００２７】
かかる構成により、シートに貫通孔のみが設けられる形態に比べ、ガスを均一に拡散し得る。また、シートに連絡路のみが設けられる形態に比べ、シートの面方向のガスの拡散量が低減され、シート間の隙間に生じる面方向のガスのリーク量が低減される。
【００２８】
また、本開示の第７態様のガス拡散層は、第１態様−第６態様のいずれか１つにおいて、前記シートの同一主面における、前記貫通孔と前記連絡路の開口面積が異なってもよい。
【００２９】
また、本開示の第８態様のガス拡散層は、第７態様において、前記シートの同一主面における前記連絡路の開口面積が、前記貫通孔の開口面積よりも大きくてもよい。
【００３０】
かかる構成により、連絡路の開口面積を貫通孔の開口面積より小さくした場合に比べ、ガスの拡散抵抗は低減する。
【００３１】
また、本開示の第９態様のガス拡散層は、第１態様−第８態様のいずれか１つにおいて、前記シートの同一主面における前記貫通孔と前記連絡路の数が異なってもよい。
【００３２】
また、本開示の第１０態様のガス拡散層は、第９態様において、前記シートの同一主面における前記貫通孔の数が前記連絡路の数より多くてもよい。
【００３３】
かかる構成により、貫通孔の数を連絡路の数よりも少なくした場合に比べ、シートの面方向のガス拡散量が低減し、シート間の面方向におけるガスのリーク量が低減する。
【００３４】
また、本開示の第１１態様のガス拡散層は、第１態様−第１０態様のいずれか１つにおいて、前記シートの同一主面のうち、前記ガス拡散層が隣接する触媒層上の領域において、前記貫通孔の開口面積よりも開口していない領域の面積の方が大きくてもよい。
【００３５】
かかる構成では、従来例のような、シートにおいて貫通孔の開口面積が開口していない領域の面積よりも大きい場合に比べて、連絡路を設けることのガス拡散性の向上への寄与がより大きくなる。これは、以下の理由による。シートが面方向にずれると、シート間の貫通孔同士の重なりが低減し、ガスの拡散性が低下する。このとき、シートに設けられた複数の貫通孔の開口面積の合計が小さい場合、合計が大きい場合に比べ、シート間の貫通孔同士の重なりが小さくなることにより、ガスの拡散性がより低下する。これは、例えば、貫通孔の開口面積が大きい場合、シートの面方向のずれによりシート間の貫通孔の重なりが低減しても、低減率は小さいが、貫通孔の開口面積が小さい場合、同じ低減量であっても低減率は大きくなるからである。このような場合に連絡路を設けることで、ガス拡散性の低下が緩和される。
【００３６】
また、本開示の第１２態様の電気化学式水素ポンプは、一対の主面を備える電解質膜と、前記電解質膜の一方の主面に設けられたカソード触媒層と、前記電解質膜の他方の主面に設けられたアノード触媒層と、前記カソード触媒層に設けられたカソードガス拡散層と、前記アノード触媒層に設けられたアノードガス拡散層と、アノードガスが流れるガス流路が設けられた第１プレートと、カソードガスが流れるガス流路が設けられた第２プレートと、前記カソード触媒層及び前記アノード触媒層の間に電圧を印加する電圧印加器と、を備え、前記アノードガス拡散層は、上記第１態様−第１１態様のいずれか１つのガス拡散層を含む。
【００３７】
かかる構成により、本実施形態の電気化学式水素ポンプは、隣接するシートに連絡路を設けない場合に比べガスを均一に拡散し得る。
【００３８】
本開示の第１３態様の電気化学式水素ポンプは、第１２態様において、前記連絡路は、前記第１プレートのガス流路の垂直線上に位置する前記シートの貫通孔と前記第１プレートのガス流路が設けられていない部分の垂直線上に位置する前記シートの貫通孔とを連絡してもよい。
【００３９】
かかる構成により、第１プレートにおいてガス流路が設けられていない部分の垂直線上に位置するシートの貫通孔に連通路を介してガス流路の垂直線上に位置するシートの貫通孔を流れるガスが流入するので、ガス拡散の均一性が向上する。
【００４０】
本開示の第１４態様の電気化学式水素ポンプは、第１２態様または第１３態様において、前記カソードガス拡散層は、複数の通気孔が設けられた単一のシートを含んでもよい。
【００４１】
ここで、上記単一のシートは、アノードガス拡散層のように複数のシートの積層体ではない。また、上記単一のシートは、例えば、複数の貫通孔が設けられた金属鋼板であってもよいし、複数の通気孔が設けられた金属粉末焼結体、金属繊維焼結体であってもよい。
【００４２】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００４３】
［装置構成］
図１Ａは、第１実施形態のガス拡散層の断面の一例を示す図である。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、第１実施形態のガス拡散層の積層体中のシートを平面視した一例を示す図である。
【００４４】
図１Ａに示すように、ガス拡散層１００は積層体２０を備える。積層体２０は、ガスが通過する、複数の貫通孔２１を有するシート２２を備える。貫通孔２１は同一のシート２２内の他の貫通孔２１と分離され、連通していない。また、積層体２０の少なくとも１つのシート２２は、同一のシート２２内の他の貫通孔２１と分離され、連通していない貫通孔２１同士を連絡する連絡路２３を備える。積層体２０は、複数の貫通孔２１を有するシート２２を備え、積層体２０の少なくとも１つのシート２２が、貫通孔２１同士を連絡する連絡路２３を備えていれば、どのような構成であってもよい。
【００４５】
図１Ａに示す例では、積層体２０を貫通する方向に延伸するガス流路（以下、基準ガス流路）を構成する貫通孔２１及び連絡路２３の両端部と、基準ガス流路から枝分かれし、隣の基準ガス流路に至るように積層体２０の主面と平行な方向に延伸するガス流路を構成する連絡路２３とが、積層体２０に設けられている。これにより、連絡路２３は、連絡路２３が設けられたシート２２に隣り合うシート２２において、他の貫通孔２１と分離され、連通していない貫通孔２１同士を連絡する。なお、ガス拡散層１００（積層体２０）の他の例は、変形例で説明する。
【００４６】
このような積層体２０を平面視した場合、例えば、図２Ａに示すように、積層体２０中のシート２２を構成する矩形状の金属シート２２Ａに、複数の貫通孔２１Ａが、縦及び横に等間隔ピッチでマトリクス状（格子状）に形成されていてもよい。貫通孔２１Ａの形状は、どのような形状でも構わない。貫通孔２１Ａは、例えば、直径が数十μｍ程度（例えば、約５０μｍ程度）の丸孔であってもよい。金属シート２２Ａの材質として、例えば、ステンレス又はチタン等を用いることができるが、これに限定されない。なお、図２Ａの金属シート２２Ａは、上記の連絡路を備えていない。図２Ａは、金属シート２２Ａの一方の主面を上面にしたときの平面図である。
【００４７】
また、図２Ｂに示すように、積層体２０中のシート２２を構成する矩形状の金属シート２２Ｂに、複数の貫通孔２１Ｂが、縦及び横に等間隔ピッチで形成されていてもよい。貫通孔２１Ｂの形状は、どのような形状でも構わない。貫通孔２１Ｂは、例えば、直径が数十μｍ程度（例えば、約５０μｍ程度）の丸孔であってもよい。金属シート２２Ｂの材質として、例えば、ステンレス又はチタン等を用いることができるが、これに限定されない。図２Ｂは、金属シート２２Ｂの一方の主面を上面にしたときの平面図である。
【００４８】
図２Ｂに示す例では、隣接する貫通孔２１Ｂの中心が結ばれると、二点鎖線で示す菱形Ｓとなるように、貫通孔２１Ｂが縦及び横に配列されている。本例では、連絡路２３Ｂは、隣り合う菱形Ｓのそれぞれの中心ＰＢを斜めに結ぶ開口となるように形成されている。また、連絡路２３Ｂは、貫通孔２１Ｂ同士が連絡路２３Ｂを横断せずに結ばれる第１方向と平行な方向に延伸しているとも言える。また、連絡路２３Ｂは、第１方向と異なる方向で隣り合う貫通孔２１Ｂ同士のうち離間距離のより長い隣り合う貫通孔２１Ｂ同士（縦方向及び横方向に隣り合う貫通孔２１Ｂ同士）を結ぶ直線の中点（ＰＢ）を結ぶ開口となるよう形成されているとも言える。そして、例えば、金属シート２２Ｂと金属シート２２Ａとを積層する場合、貫通孔２１Ａと貫通孔２１Ｂとが重なり合うとともに、貫通孔２１Ａと連絡路２３Ｂの両端部とが重なり合うように、貫通孔２１Ｂ及び連絡路２３Ｂが配列されている。よって、この場合、連絡路２３Ｂは、貫通孔２１Ａ同士を連絡することができる。
【００４９】
連絡路２３Ｂは、どのような形状でも構わない。例えば、貫通孔２１Ｂが、直径が数十μｍ程度（例えば、約５０μｍ程度）の丸孔である場合、連絡路２３Ｂは、幅が数十μｍ程度（例えば、約５０μｍ程度）のスリットであってもよい。
【００５０】
また、図２Ｃに示すように、積層体２０中のシート２２を構成する矩形状の金属シート２２Ｃに、複数の貫通孔２１Ｃが形成されていてもよい。貫通孔２１Ｃの形状は、どのような形状でも構わない。貫通孔２１Ｃは、例えば、直径が数十μｍ程度（例えば、約５０μｍ程度）の丸孔であってもよい。金属シート２２Ｃの材質として、例えば、ステンレス又はチタン等を用いることができるが、これに限定されない。図２Ｃは、金属シート２２Ｃの一方の主面を上面にしたときの平面図である。
【００５１】
図２Ｃに示す例では、連絡路２３Ｃを横断せずに、隣接する貫通孔２１Ｃの中心が結ばれると、二点鎖線で示す傾斜直線Ｌとなるように、貫通孔２１Ｃが縦及び横に配列されている。本例では、連絡路２３Ｃは、横方向に隣り合う貫通孔２１Ｃ同士を結ぶ直線を三等分した場合の２つの中間点ＰＣを横に結ぶ開口となるように形成されている。そして、例えば、金属シート２２Ａと金属シート２２Ｃと積層する場合、貫通孔２１Ａと貫通孔２１Ｃとが重なり合うとともに、貫通孔２１Ａと連絡路２３Ｃの両端部とが重なり合うように、貫通孔２１Ｃ及び連絡路２３Ｃが配列されている。よって、この場合、連絡路２３Ｃは、貫通孔２１Ａ同士を連絡することができる。
【００５２】
連絡路２３Ｃは、どのような形状でも構わない。例えば、貫通孔２１Ｃが、直径が数十μｍ程度（例えば、約５０μｍ程度）の丸孔である場合、連絡路２３Ｃは、幅が数十μｍ程度（例えば、約５０μｍ程度）のスリットであってもよい。
【００５３】
以上により、本実施形態のガス拡散層１００は、従来に比べガスを均一に拡散し得る。つまり、ガス拡散層１００の積層体２０が連絡路２３を備えることで、積層体２０内を通過するガスを積層方向だけではなく、任意の方向に送ることができる。すると、連絡路２３の配置パターンが異なるシート２２を積層体２０に積層させることで、積層体２０内のガス流れの向きを任意に設定できる。これにより、ガス拡散層１００のガスの拡散性が向上する。
【００５４】
なお、連絡路２３の配置パターンが異なるシート２２の組合せはどのようなものであってもよい。例えば、金属シート２２Ｃとは配置パターンが異なる金属シートは、連絡路２３Ｃの位置が横にずれた金属シートでもよいし、金属シート２２Ｂでもよい。
【００５５】
また、例えば、図示しない流路部材のガス流路を通じて積層体２０の貫通孔２１にガスを流入させる構成を取る場合、積層体２０が上記の連絡路を備えないと、流路部材のガス流路が設けられていない部分の垂直線上に位置する積層体２０の貫通孔２１にはガスが流れずに、積層体２０のガスの拡散が不均一化する恐れがある。しかし、本実施形態のガス拡散層１００では、上記の連絡路２３を介して、このような積層体２０の貫通孔２１にもガスを流すことができるので、ガスの拡散が不均一化することを抑制できる。
【００５６】
なお、図２Ｂ及び図２Ｃの金属シート２２Ｂ及び金属シート２２Ｃ（以下、シート）には、次のことが示されている。まず、シートの同一主面に、貫通孔２１と連絡路２３とが設けられている。また、シートの同一主面における、貫通孔２１と連絡路２３の開口面積が異なる。具体的には、シートの同一主面における連絡路２３の開口面積が、貫通孔２１の開口面積よりも大きい。また、シートの同一主面における貫通孔２１と連絡路２３の数が異なる。具体的には、シートの同一主面における貫通孔２１の数が連絡路２３の数より多い。
【００５７】
なお、以上の貫通孔２１及び連絡路２３の形状及び寸法は例示であって、本例に限定されない。
【００５８】
（変形例）
図１Ｂは、第１実施形態の変形例のガス拡散層の一例を示す図である。
【００５９】
図１Ｂに示すように、ガス拡散層１００は積層体２０を備える。積層体２０は、ガスが通過する、複数の貫通孔２１を有するシート２２を備える。貫通孔２１は同一のシート２２内の他の貫通孔２１と分離され、連通していない。また、積層体２０の少なくとも１つのシート２２は、同一のシート２２内の他の貫通孔２１と分離され、連通していない貫通孔２１同士を連絡する連絡路２３を備える。
【００６０】
図１Ｂに示す例では、階段状に延伸するガス流路（以下、階段状ガス流路）のうちの積層体２０を貫通する方向に延伸する貫通路を構成する貫通孔２１と、階段状ガス流路のうち貫通路同士を連絡する連絡路２３と、が、積層体２０に設けられている。これにより、連絡路２３は、連絡路２３が設けられたシート２２に隣り合うシート２２において、他の貫通孔２１と分離され、連通していない貫通孔２１同士を連絡する。
【００６１】
なお、このような積層体２０を平面視した場合の積層体２０中のシート２２を構成する金属シートの具体例については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００６２】
以上により、本変形例のガス拡散層１００は、従来に比べガスを均一に拡散し得る。本変形例のガス拡散層１００の作用及び効果の詳細は、第１実施形態のガス拡散層１００の作用及び効果と同様であるので説明は省略する。
【００６３】
本変形例のガス拡散層１００は、上記特徴以外は、第１実施形態のガス拡散層１００と同様に構成してもよい。
【００６４】
（第１実施例）
図３は、第１実施形態の第１実施例のガス拡散層の一例を示す図である。
【００６５】
本実施例のガス拡散層１００は、第１実施形態又は第１実施形態の変形例のガス拡散層１００において、積層体２０のうちアノード触媒層３Ａと接触するシート２２（以下、コンタクト層２２という場合がある）は、他のシートに比べ連絡路の数が少ない。なお、図３では、図１Ａの積層体２０にコンタクト層２２を設ける例を示しているが、図１Ｂの積層体２０に、このようなコンタクト層２２を設けても構わない。
【００６６】
例えば、コンタクト層２２を構成する金属シートは、連絡路を備えない図２Ａの金属シート２２Ａであってもよいが、これに限定されない。また、コンタクト層２２と異なる金属シートは、図２Ｂの金属シート２２Ｂ及び図２Ｃの金属シート２２Ｃの少なくとも一方であってもよいが、これに限定されない。また、図２Ａ−図２Ｃに示されるように、金属シート上の貫通孔２１の開口面積よりも開口していない領域の面積の方が大きい。従って、シートの同一主面のうち、ガス拡散層が隣接する触媒層上の領域において、貫通孔２１の開口面積よりも開口していない領域の面積の方が大きい。
【００６７】
積層体２０中のシート２２は連絡路２３の数が少ない程、アノード触媒層３Ａとシート２２との間の接触面積が増える。よって、コンタクト層２２とアノード触媒層３Ａとの間の接触面積は、アノード触媒層３Ａが他のシートと接触する場合に比べ増えるので、コンタクト層２２とアノード触媒層３Ａとの間の接触抵抗を低減できる。
【００６８】
また、積層体２０のシート２２の連絡路２３の数が多くなる場合、このシート２２の面内の流体抵抗のバラツキが増大する傾向がある。例えば、連絡路が多い領域とそうでない領域とが、シート２２の面内に混在する場合、連絡路２３の方が貫通孔２１よりも開口面積が大きいため、前者の領域が後者の領域に比べ流体抵抗が低くなる。すると、前者の領域が後者の領域よりもガスが流れやすくなる。このため、仮に連絡路２３の数が多いシート２２がアノード触媒層３Ａと接触する場合、積層体２０からアノード触媒層３Ａの全域にガスを万遍なく供給することが阻害される可能性がある。しかし、本実施例のガス拡散層１００では、連絡路２３の数が少ないコンタクト層２２がアノード触媒層３Ａと接触することで、このような可能性が低減される。
【００６９】
本実施例のガス拡散層１００は、上記特徴以外は、第１実施形態又は第１実施形態の変形例のガス拡散層１００と同様に構成してもよい。
【００７０】
（第２実施例）
本実施例のガス拡散層１００は、第１実施形態、第１実施形態の変形例及び第１実施形態の第１実施例のいずれかのガス拡散層１００において、積層体２０中の隣り合うシート２２同士は接着している。例えば、隣り合うシート２２を構成する金属シート同士が焼結することで溶接され、これにより、隣り合うシート２２同士が適切に接着される。
【００７１】
本実施例のガス拡散層１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形 例及び第１実施形態の第１実施例のいずれかのガス拡散層１００と同様に構成してもよい。
【００７２】
（第３実施例）
図４は、第１実施形態の第３実施例のガス拡散層の一例を示す図である。
【００７３】
本実施例のガス拡散層１００は、第１実施形態、第１実施形態の変形例及び第１実施形態の第１−第２実施例のいずれかのガス拡散層１００において、連絡路２３は、連絡路２３が設けられたシート２２に隣り合う同一シート２２Ｄに設けられた貫通孔２１ＬＤ及び貫通孔２１ＲＤ同士を連絡する。つまり、連絡路２３は、連絡路２３が設けられたシート２２の下方の同一シート２２Ｄに存在する左の貫通孔２１ＬＤと右の貫通孔２１ＲＤとを連絡している。なお、貫通孔２１ＬＤと貫通孔２１ＲＤとは、連絡路２３の長さ分、積層体２０の主面と平行な方向に偏倚している。
【００７４】
また、図４に示すように、連絡路２３が設けられたシート２２の上方のシート２２Ｕが、貫通孔２１ＬＤの直上の貫通孔２１Ｕを備えてもよい。この場合、連絡路２３は、貫通孔２１Ｕと貫通孔２１ＲＤとを連絡する。なお、連絡路２３が設けられたシート２２の上方のシート２２Ｕが、貫通孔２１ＲＤの直上の貫通孔（図示せず）を備えてもよい。この場合、連絡路２３は、上記の直上の貫通孔と貫通孔２１ＬＤとを連絡する。
【００７５】
積層体２０が連絡路２３を備えることで、積層体２０内を通過するガスを、積層体２０を貫通する方向だけではなく、積層体２０の主面と平行な方向にも送ることができる。よって、ガス拡散層１００のガスの拡散性が向上する。
【００７６】
本実施例のガス拡散層１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例及び第１実施形態の第１−第２実施例のいずれかのガス拡散層１００と同様に構成してもよい。
【００７７】
（第４実施例）
図５は、第１実施形態の第４実施例のガス拡散層の一例を示す図である。
【００７８】
本実施例のガス拡散層１００は、第１実施形態、第１実施形態の変形例及び第１実施形態の第１−第３実施例のいずれかのガス拡散層１００において、連絡路２３は、連絡路２３が設けられたシート２２に隣り合う異なるシート２２Ｕ及びシート２２Ｄに設けられた貫通孔２１Ｕ及び貫通孔２１Ｄ同士を連絡する。つまり、連絡路２３は、連絡路２３が設けられたシート２２の上方のシート２２Ｕの貫通孔２１Ｕと下方のシート２２Ｄの貫通孔２１Ｕとを連絡している。なお、貫通孔２１Ｕと貫通孔２１Ｄとは、連絡路２３の長さ分、積層体２０の主面と平行な方向に偏倚している。
【００７９】
積層体２０が連絡路２３を備えることで、積層体２０内を通過するガスを、積層体２０を貫通する方向だけではなく、積層体２０の主面と平行な方向にも送ることができる。よって、ガス拡散層１００のガスの拡散性が向上する。
【００８０】
本実施例のガス拡散層１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の変形例及び第１実施形態の第１−第３実施例のいずれかのガス拡散層１００と同様に構成してもよい。
【００８１】
（第２実施形態）
第２実施形態の電気化学式水素ポンプは、一対の主面を備える電解質膜と、電解質膜の一方の主面に設けられたカソード触媒層と、電解質膜の他方の主面に設けられたアノード触媒層と、カソード触媒層に設けられたカソードガス拡散層と、アノード触媒層に設けられたアノードガス拡散層と、アノードガスが流れるガス流路が設けられた第１プレートと、カソードガスが流れるガス流路が設けられた第２プレートと、カソード触媒層及び前記アノード触媒層の間に電圧を印加する電圧印加器と、を備える。そして、上記のアノードガス拡散層は、第１実施形態、第１実施形態の変形例及び第１実施形態の第１−第４実施例のいずれかのガス拡散層を含む。
【００８２】
かかる構成によると、本実施形態のアノードガス拡散層は、高圧による電解質膜の押し付けに耐え得る程度の剛性を確保し得るとともに、従来に比べアノードガスを均一に拡散し得る。つまり、アノードガス拡散層が連絡路を備えることで、第１プレートからアノードガス拡散層内を通過するアノードガスを積層方向だけではなく、任意の方向に送ることができる。すると、連絡路の配置パターンが異なるシートをアノードガス拡散層に積層させることで、アノードガス拡散層内のアノードガスの流れの向きを任意に設定できる。これにより、アノードガス拡散層のアノードガスの拡散性が向上するので、電気化学式水素ポンプの反応過電圧の増加を抑制できる。つまり、アノードガス中の水素がプロトンと電子に解離する際の反応抵抗（反応過電圧）の増大、すなわち、電気化学式水素ポンプの水素圧縮運転に必要な消費電力の増加が従来よりも抑制される。
【００８３】
［装置構成］
図６及び図７は、第２実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。
【００８４】
電気化学式水素ポンプ１６は、電解質膜４と、カソード触媒層３Ｃと、アノード触媒層３Ａと、カソードガス拡散層２Ｃと、アノードガス拡散層２Ａと、第１プレート１Ａと、第２プレート１Ｃと、電圧印加器１３と、を備える。
【００８５】
図７に示すように、電解質膜４は、一対の主面４Ｕ、４Ｄを備える。電解質膜４の一方の主面４Ｕは上面（あもて面）であり、電解質膜４の他方の主面４Ｄは下面（うら面）である。
【００８６】
電解質膜４は、プロトン（Ｈ＋）を透過可能なプロトン伝導性高分子膜である。電解質膜４はプロトン伝導性高分子膜であれば、どのような膜であってもよい。例えば、電解質膜４として、フッ素系高分子電解質膜等を挙げることができる。具体的には、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、デュポン社製）、Ａｃｉｐｌｅｘ（商品名、旭化成株式会社製）等を用いることができる。
【００８７】
カソード触媒層３Ｃは、電解質膜４の一方の主面４Ｕに設けられている。カソード触媒層３Ｃは、例えば、触媒金属として白金を含むが、これに限定されない。
【００８８】
アノード触媒層３Ａは、電解質膜４の他方の主面４Ｄに設けられている。アノード触媒層３Ａは、例えば、触媒金属としてＲｕＩｒＦｅＯｘを含むが、これに限定されない。
【００８９】
なお、カソード触媒層３Ｃもアノード触媒層３Ａも、触媒の調製方法としては、種々の方法を挙げることができるので、特に限定されない。例えば、触媒の担体としては、導電性多孔質物質粉末、炭素系粉末などを挙げることができる。炭素系粉末としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、電気導電性を有する活性炭等の粉末を挙げることができる。カーボン等の担体に、白金若しくは他の触媒金属を担持する方法は、特に限定されない。例えば、粉末混合又は液相混合等の方法を用いてもよい。後者の液相混合としては、例えば、触媒成分コロイド液にカーボン等の担体を分散させ、吸着させる方法等が挙げられる。また、必要に応じて活性酸素除去材を担体として、白金若しくは他の触媒金属を上記と同様の方法で担持することができる。白金等の触媒金属の担体への担持状態は、特に限定されない。例えば、触媒金属を微粒子化し、高分散で担体に担持してもよい。
【００９０】
カソードガス拡散層２Ｃは、カソード触媒層３Ｃに設けられている。なお、カソードガス拡散層２Ｃは、下記のアノードガス拡散層２Ａのような複数のシートの積層体でなく、単一のシートであってもよい。ここで、単一のシートは、例えば、複数の貫通孔が設けられた金属鋼板であってもよいし、複数の通気孔が設けられた金属粉末焼結体、金属繊維焼結体であってもよい。
【００９１】
後者のシートの場合、カソードガス拡散層２Ｃとしては、例えば、高弾性の黒鉛化炭素繊維、又はチタン粉末焼結体の表面に白金メッキを施した多孔質体等で構成され、シート状にしたものを用いることができる。なお、前者の黒鉛化炭素繊維を用いる場合、炭素繊維を、例えば、２０００℃以上で熱処理すると黒鉛結晶が発達し黒鉛繊維に変化する。
【００９２】
アノードガス拡散層２Ａは、アノード触媒層３Ａに設けられている。アノードガス拡散層２Ａは、高圧による電解質膜４の押し付けに耐え得る程度の剛性が必要である。アノードガス拡散層２Ａは、高圧による電解質膜４の押し付けに耐え得る程度の剛性があれば、どのようなものであってもよい。本実施形態では、アノードガス拡散層２Ａは、ガス拡散層１００を含む。このガス拡散層１００は、上記の通り、積層体２０を備え、積層体２０中のそれぞれのシート２２を、例えば、金属シート等で構成することで、高圧による電解質膜４の押し付けに耐え得る程度の剛性を確保し得る。なお、ガス拡散層１００は、第１実施形態、第１実施形態の変形例及び第１実施形態の第１−第４実施例のいずれかのガス拡散層１００と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００９３】
このようにして、ＭＥＡ１５は、電解質膜４と、電解質膜４の一対の主面４Ｕ、４Ｄのそれぞれに設けられたカソード触媒層３Ｃ及びアノード触媒層３Ａと、カソード触媒層３Ｃの上面に設けられたカソードガス拡散層２Ｃと、アノード触媒層３Ａの下面に設けられたアノードガス拡散層２Ａと、を備える。そして、これらの各シートが積層状態で接合されている。
【００９４】
第１プレート１Ａは、アノードガスが流れるガス流路１４Ａが設けられている。つまり、第１プレート１Ａは、アノードガス拡散層２Ａにアノードガスを供給するための部材である。具体的には、第１プレート１Ａは、平面視において、例えば、サーペンタイン状のガス流路１４Ａが形成されており、このガス流路１４Ａの形成領域がアノードガス拡散層２Ａの下面に当接するように配されている。
【００９５】
なお、電解質膜４は、乾燥すると膜抵抗（ＩＲ損失）、水素がプロトンと電子に解離する際の反応抵抗（反応過電圧）が大きくなるだけでなく、破れ易くなる可能性があるので、アノードガスは、少なくとも水素ガス及び水分子（水蒸気）を含む。アノードガスとして、例えば、水素含有の改質ガス、水電解法で生成される水素含有ガス等を挙げることができる。
【００９６】
第２プレート１Ｃは、カソードガスが流れるガス流路１４Ｃが設けられている。つまり、第２プレート１Ｃのガス流路１４Ｃには、カソードガス拡散層２Ｃからのカソードガスが流れている。具体的には、第２プレート１Ｃは、平面視において、例えば、サーペンタイン状のガス流路１４Ｃが形成されており、このガス流路１４Ｃの形成領域がカソードガス拡散層２Ｃの上面に当接するように配されている。カソードガスとして、例えば、高純度の水素ガス等を挙げることができる。
【００９７】
そして、ＭＥＡ１５の上下面をそれぞれ、第１プレート１Ａ及び第２プレート１Ｃで挟持することにより電気化学式水素ポンプ１６の単セルが得られる。
【００９８】
電圧印加器１３は、カソード触媒層３Ｃ及びアノード触媒層３Ａの間に電圧を印加する。具体的には、電圧印加器１３のプラス端子は、導電性の第１プレート１Ａに接続され、電圧印加器１３のマイナス端子が、導電性の第２プレート１Ｃに接続されている。電圧印加器１３は、カソード触媒層３Ｃ及びアノード触媒層３Ａの間に電圧を印加できれば、どのような構成であってもよい。
【００９９】
ここで、カソードガス拡散層２Ｃ及びアノードガス拡散層２Ａはそれぞれ、ＭＥＡ１５のカソード及びアノードにおける給電体である。つまり、カソードガス拡散層２Ｃ及びアノードガス拡散層２Ａは、第１プレート１Ａ及び第２プレート１Ｃと、カソード触媒層３Ｃ及びアノード触媒層３Ａとの間を通電する役割を備える。
【０１００】
また、カソードガス拡散層２Ｃ及びアノードガス拡散層２Ａは、第１プレート１Ａのガス流路１４Ａ及び第２プレート１Ｃのガス流路１４Ｃと、カソード触媒層３Ｃ及びアノード触媒層３Ａとの間でガスを拡散させる役割も備える。例えば、第１プレート１Ａのガス流路１４Ａを流れるアノードガスは、アノードガス拡散層２Ａを通じてアノード触媒層３Ａの表面へと拡散する。
【０１０１】
なお、必要に応じて、電気化学式水素ポンプ１６の単セルに冷却器等が設けられ、２セル以上に積層することで、複数の単セルからなるスタックを構成しても構わない。
【０１０２】
図６に示すように、電気化学式水素ポンプ１６は、アノード室８とカソード室７とを備える。
【０１０３】
アノード室８の内部は、アノード入口配管１１と連通するとともに、図示しない流体流路（例えば、配管、マニホールド等）を介して第１プレート１Ａのガス流路１４Ａとも連通している。これにより、アノード入口配管１１を流れるアノードガスは、アノード室８内に流入した後、第１プレート１Ａのガス流路１４Ａへと供給される。
【０１０４】
カソード室７の内部は、カソード出口配管１２と連通するとともに、図示しない流体流路（例えば、配管、マニホールド等）を介して第２プレート１Ｃのガス流路１４Ｃとも連通している。これにより、ＭＥＡ１５を通過したカソードガス（水素ガス）は、第２プレート１Ｃのガス流路１４Ｃを流れて、カソード室７内に流入した後、カソード出口配管１２へと供給される。なお、カソード出口配管１２には、開閉弁９（例えば、電磁弁等）が設けられており、開閉弁９を適時に開閉することで、カソードガスが、高圧水素タンク１０内に貯えられる。そして、このようなカソードガスは、図示しない水素利用機器（例えば、燃料電池車）の燃料等に使用される。
【０１０５】
以上より、本実施形態のアノードガス拡散層２Ａは、高圧による電解質膜４の押し付けに耐え得る程度の剛性を確保し得るとともに、従来に比べアノードガスを均一に拡散し得る。つまり、アノードガス拡散層２Ａが連絡路２３を備えることで、第１プレート１Ａからアノードガス拡散層２Ａ内を通過するアノードガスを積層方向だけではなく、任意の方向に送ることができる。すると、連絡路２３の配置パターンが異なるシートをアノードガス拡散層２Ａに積層させることで、アノードガス拡散層２Ａ内のガス流れの向きを任意に設定できる。これにより、アノードガス拡散層２Ａのアノードガスの拡散性が向上するので、電気化学式水素ポンプ１６の反応過電圧の増加を抑制できる。つまり、アノードガス中の水素がプロトンと電子に解離する際の反応抵抗（反応過電圧）の増大、すなわち、電気化学式水素ポンプ１６の水素圧縮運転に必要な消費電力の増加が従来よりも抑制される。
【０１０６】
［動作］
以下、実施形態の電気化学式水素ポンプの動作について、図６及び図７を参照しながら説明する。
【０１０７】
なお、以下の動作の一部又は全部は、図示しない制御器の制御プログラムにより行われても構わない。制御器は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であっても構わない。制御器は、例えば、演算回路と、制御プログラムを記憶する記憶回路と、を備える。演算回路として、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵ等が例示される。記憶回路として、例えば、メモリが例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【０１０８】
まず、電圧印加器１３により、ＭＥＡ１５のアノードとカソードの間に電圧を印加する。
【０１０９】
次に、アノード入口配管１１を通じて、アノードガスをアノード室８に供給すると、アノードガス中の水素は、アノード上で電子を遊離してプロトン（Ｈ＋）となる（式（１））。遊離した電子は、電圧印加器１３を介してカソードへと移動する。
【０１１０】
一方、プロトンは、水分子を同伴しながら電解質膜４内を透過し、カソードに触れる。カソードでは、電解質膜４を透過したプロトンと、カソードガス拡散層２Ｃからの電子とによる還元反応が行われ、カソードガス（水素ガス）が生成される（式（２））。
【０１１１】
これにより、ＣＯ２ガス等の不純物を含むアノードガスから高効率にガスの純化が行われる。つまり、ＣＯ２ガス等の不純物は、ＭＥＡ１５において除去される。なお、アノードガスには、不純物としてＣＯガスを含有する場合がある。この場合、ＣＯガスは、アノード触媒層３Ａ等の触媒活性を低下させるので、ＣＯガスは、図示しないＣＯ除去器（例えば、変成器、ＣＯ選択酸化器等）で除去する方がよい。
【０１１２】
そして、開閉弁９が閉止される場合、カソード室７内のカソードガスの圧力が上昇し、カソードのガス圧が高圧になる。具体的には、アノードのガス圧Ｐ１、カソードのガス圧Ｐ２及び電圧印加器１３の電圧Ｅの関係は、以下の式（３）で定式化される。
【０１１３】
アノード：Ｈ２（低圧）→２Ｈ＋＋２ｅ−      ・・・（１）
カソード：２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２（高圧）      ・・・（２）
Ｅ＝（ＲＴ／２Ｆ）ｌｎ（Ｐ２／Ｐ１）＋ｉｒ・・・（３）
式（３）において、Ｒは気体定数（８.３１４５Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ）、ＴはＭＥＡ１５の温度（Ｋ）、Ｆはファラデー定数（９６４８５Ｃ／ｍｏｌ）、Ｐ２はカソードのガス圧、Ｐ１はアノードのガス圧、ｉは電流密度（Ａ／ｃｍ２）、ｒはセル抵抗（Ω・ｃｍ２）である。
【０１１４】
式（３）から、電圧印加器１３の電圧Ｅを上げることで、カソードのガス圧Ｐ２を上昇し得ることが容易に理解できる。
【０１１５】
よって、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１６では、開閉弁９を閉止し、電圧印加器１３の電圧Ｅを上げることで、カソード室７内のカソードのガス圧を上昇させる。そして、カソードのガス圧が所定圧以上になると、開閉弁９を開けてことで、カソード室７内のカソードガスが、カソード出口配管１２を通じて高圧水素タンク１０へ充填される。一方、カソード室７内のカソードのガス圧が所定圧力未満になると、開閉弁９を閉めることで、カソード室７と高圧水素タンク１０とが遮断される。このため、高圧水素タンク１０のカソードガスがカソード室７に逆流することが抑制される。
【０１１６】
このようにして、電気化学式水素ポンプ１６により、カソードガス（水素ガス）が、所望の目標圧力に昇圧され、高圧水素タンク１０へ充填される。
【０１１７】
（実施例）
図８は、第２実施形態の実施例の電気化学式水素ポンプにおけるガス拡散層の一例を示す図である。
【０１１８】
本実施例の電気化学式水素ポンプ１６は、第２実施形態の電気化学式水素ポンプ１６において、連絡路２３は、第１プレート１Ａのガス流路１４Ａの垂直線上に位置する積層体２０の貫通孔２１Ｄと第１プレート１Ａのガス流路１４Ａが設けられていない部分（以下、リブＬＢ）の垂直線上に位置する積層体２０の貫通孔２１Ｕとを連絡する。なお、貫通孔２１Ｕと貫通孔２１Ｄとは、連絡路２３の長さ分、積層体２０の主面と平行な方向に偏倚している。
【０１１９】
本実施例では、第１プレート１Ａのガス流路１４Ａを通じて積層体２０の貫通孔２１Ｄにアノードガスを流入させる構成が取られている。このため、積層体２０が上記の連絡路を備えないと、第１プレート１Ａのガス流路１４Ａが設けられていないリブＬＢの垂直線上に位置する積層体２０の貫通孔２１Ｕにはアノードガスが流れずに、ガス拡散層１００のアノードガスの拡散が不均一化する恐れがある。
【０１２０】
例えば、第１プレート１ＡのリブＬＢの横寸法は、およそ数百μｍ（例えば、約５００μｍ程度）である場合、貫通孔２１Ｄ及び貫通孔２１Ｕの直径は、高圧による電解質膜４の破断を防止するため、およそ数十μｍ程度（例えば、約５０μｍ程度）に設定する必要がある。この場合、積層体２０が、連絡路を設けないと、リブＬＢの垂直線上に位置する貫通孔２１Ｕにアノードガスが流れない。
【０１２１】
そこで、本実施例では、上記の構成により、ガス拡散層１００の連絡路２３を介して、積層体２０の貫通孔２１Ｕにもアノードガスが流れるので、以上のアノードガスの拡散の不均一化を抑制できる。
【０１２２】
本実施例の電気化学式水素ポンプ１６は、上記特徴以外は、第２実施形態の電気化学式水素ポンプ１６と同様に構成してもよい。また、以上の貫通孔２１及びリブＬＢの形状及び寸法は例示であって、本例に限定されない。
【０１２３】
上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良及び他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本開示の一態様は、例えば、従来に比べガスを均一に拡散し得るガス拡散層を提供する。よって、本開示の一態様は、例えば、電気化学式水素ポンプに利用できる。
【符号の説明】
【０１２５】
１Ａ      ：第１プレート
１Ｃ      ：第２プレート
２Ａ      ：アノードガス拡散層
２Ｃ      ：カソードガス拡散層
３Ａ      ：アノード触媒層
３Ｃ      ：カソード触媒層
４        ：電解質膜
７        ：カソード室
８        ：アノード室
９        ：開閉弁
１０      ：高圧水素タンク
１１      ：アノード入口配管
１２      ：カソード出口配管
１３      ：電圧印加器
１４Ａ    ：ガス流路
１４Ｃ    ：ガス流路
１５      ：ＭＥＡ
１６      ：電気化学式水素ポンプ
２０      ：積層体
２１      ：貫通孔
２２      ：シート
２２Ａ    ：金属シート
２２Ｂ    ：金属シート
２２Ｃ    ：金属シート
２３      ：連絡路
２３Ｂ    ：連絡路
２３Ｃ    ：連絡路
１００    ：ガス拡散層 
【図１Ａ】
2017226911.tif 000003
【図１Ｂ】
2017226911.tif 000004
【図２Ａ】
2017226911.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
2017226911.tif 000007
【図３】
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【図４】
2017226911.tif 000009
【図５】
2017226911.tif 000010
【図６】
2017226911.tif 000011
【図７】
2017226911.tif 000012
【図８】
2017226911.tif 000013
【図９】
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