帶流路的氣體擴(kuò)散層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供確保優(yōu)異的氣體擴(kuò)散性且厚度薄的帶流路的氣體擴(kuò)散層。帶流路的氣體擴(kuò)散層是在導(dǎo)電性基材B上平行地設(shè)置用于形成流路的導(dǎo)電性線材A而成的，該帶流路的氣體擴(kuò)散層的特征在于，由所述導(dǎo)電性線材A形成的流路的高度為300μm以下，由相鄰的導(dǎo)電性線材A構(gòu)成的流路的當(dāng)量直徑為300μm以下。
【專利說明】帶流路的氣體擴(kuò)散層

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及帶流路的氣體擴(kuò)散層。本發(fā)明尤其涉及發(fā)電性能優(yōu)異、具有高度較低的流路的帶流路的氣體擴(kuò)散層。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，與以能量/環(huán)境問題為背景的社會需求、趨勢相呼應(yīng)，在常溫下也能工作并得到高功率密度的燃料電池作為電動汽車用電源、定置型電源而受到關(guān)注。燃料電池是一種清潔的發(fā)電系統(tǒng)，其電極反應(yīng)的產(chǎn)物原則上為水而對地球環(huán)境幾乎沒有不良影響。尤其是固體高分子型燃料電池(PEFC)，由于在較低溫下工作，因此作為電動汽車用電源受到期待。固體高分子型燃料電池具有將發(fā)揮發(fā)電功能的多個單電池層疊而成的結(jié)構(gòu)。該單電池具備膜-電極接合體(MEA)，所述膜-電極接合體(MEA)具有高分子電解質(zhì)膜、在該膜的兩面上依次形成的一對催化劑層和一對氣體擴(kuò)散層(GDL)。然后，各個單電池所具有的MEA夾著隔離膜與相鄰的單電池的MEA電連接。通過這樣將單電池層疊，從而構(gòu)成燃料電池堆。此外，該燃料電池堆作為可用于各種用途的發(fā)電裝置而發(fā)揮功能。
[0003]在這種燃料電池堆中，隔離膜如上所述地發(fā)揮將相鄰的單電池彼此電連接的功能。此外，通常在與MEA相對的隔離膜的表面設(shè)置氣體流路。該氣體流路作為用于分別向陽極及陰極供給燃料氣體及氧化劑氣體的氣體供給單元發(fā)揮功能。隔離膜通常通過對金屬板進(jìn)行沖壓加工或者對石墨板進(jìn)行切削加工而制作。
[0004]此處，簡單說明PEFC的發(fā)電機(jī)理，在PEFC的運(yùn)行時，向單電池的陽極側(cè)供給燃料氣體(例如氫氣)，向陰極側(cè)供給氧化劑氣體(例如空氣、氧氣)。其結(jié)果，在陽極及陰極分別進(jìn)行下述反應(yīng)式所示的電化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電。
[0005][化學(xué)式I]
[0006]陽極反應(yīng):H2— 2H++2e …(I)
[0007]陰極反應(yīng):2H++2e-+(l/2)02— H20...(2)
[0008]為了使上述電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，GDL需要具有使燃料氣體、氧化劑氣體高效地擴(kuò)散而供給于催化劑層的氣體供給功能，已經(jīng)提出了各種方案。例如，專利文獻(xiàn)I中公開了一種燃料電池，其在陽極催化劑層與燃料供給部之間或者陰極催化劑層與氧化劑供給部之間以與催化劑層及供給部接觸的方式設(shè)置有形成特定的大空間的導(dǎo)電性構(gòu)件(線材)。即，專利文獻(xiàn)I中記載了如下內(nèi)容:用導(dǎo)電性線材形成流路，將在陽極生成的氣體及在陰極生成的水經(jīng)由該大空間迅速地排出到外部，能夠降低電阻性。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-272101號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]然而，專利文獻(xiàn)I中記載的燃料電池不具有氣體擴(kuò)散層，而且為了降低電阻而將導(dǎo)電性構(gòu)件(線材)埋設(shè)在催化劑層中，因此無法向催化劑層供給充分的氣體，發(fā)電性能不充分。
[0013]因此，本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，目的在于提供發(fā)電性能優(yōu)異的氣體擴(kuò)散層。
[0014]本發(fā)明的發(fā)明人們?yōu)榱私鉀Q上述問題而進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過在配置于催化劑層側(cè)的導(dǎo)電性基材上配置具有特定當(dāng)量直徑的導(dǎo)電性線材而形成流路，從而能夠達(dá)成上述目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1的(a)為示出第一實(shí)施方式的燃料電池的基本結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，圖1的(b)為示出圖1的(a)的導(dǎo)電性基材B和導(dǎo)電性線材A的立體圖以及用虛線包圍的區(qū)域的放大立體圖。
[0016]圖2為示出第二實(shí)施方式的燃料電池的基本結(jié)構(gòu)的概略剖視圖。
[0017]圖3為示出第三實(shí)施方式的燃料電池的基本結(jié)構(gòu)的概略剖視圖。
[0018]圖4為示出搭載有燃料電池堆的車輛的示意圖。
[0019]圖5為示出實(shí)施例1以及比較例I和2中制作的小尺寸(日文:寸夕一 > )燃料電池單電池的發(fā)電評價結(jié)果的圖。
[0020]圖6為示出另一實(shí)施方式的導(dǎo)電性基材B的立體示意圖。
[0021]圖7為用于說明導(dǎo)電性基材B的結(jié)構(gòu)的立體示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明涉及一種帶流路的氣體擴(kuò)散層，其是在導(dǎo)電性基材B上平行地設(shè)置用于形成流路的導(dǎo)電性線材A而成的，該帶流路的氣體擴(kuò)散層特征在于，由所述導(dǎo)電性線材A形成的流路的高度為300 μ m以下，由相鄰的導(dǎo)電性線材A構(gòu)成的流路的當(dāng)量直徑為300 μ m以下。上述結(jié)構(gòu)中，利用導(dǎo)電性線材形成氣體流路，因此發(fā)電性能優(yōu)異。
[0023]為了車載性、生產(chǎn)率及成本的改善，要求燃料電池的小型化,對于改善體積功率密度而言，使燃料電池單電池較薄是有效的。此時的燃料電池單電池通常包括電解質(zhì)膜、在該膜的兩面依次形成的一對催化劑層、氣體擴(kuò)散層以及氣體流路。其中，考慮到發(fā)電功能，催化劑層及電解質(zhì)膜的厚度為0.0lmm?0.1mm左右。另外，需要?dú)怏w流路的高度為0.5_?2mm左右、氣體擴(kuò)散層的厚度為0.2mm?0.5mm左右。即，由于氣體流路占據(jù)燃料電池單電池的厚度的大部分，因此減小氣體流路的高度在達(dá)成燃料電池的小型化方面是重要的。但是，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中，為了高效地去除伴隨發(fā)電生成的水并供給發(fā)電所需的燃料氣體及氧化氣體，如上所述的氣體流路高度是必要的。因此，現(xiàn)有的燃料電池的小型化是有限度的。
[0024]相對于此，上述帶流路的氣體擴(kuò)散層中，通過將導(dǎo)電性線材A平行地配置在導(dǎo)電性基材B上而形成流路。即，導(dǎo)電性線材A及導(dǎo)電性基材B發(fā)揮現(xiàn)有燃料電池單電池的氣體擴(kuò)散層及隔離膜的氣體流路部分的作用。此時，導(dǎo)電性線材A有助于氣體流路的形成，因此與需要微細(xì)加工的現(xiàn)有的隔離膜相比，能夠?qū)怏w流路的高度抑制得較低，其結(jié)果，能夠使燃料電池單電池較薄，能夠使燃料電池小型化。另外，導(dǎo)電性線材A的直徑為氣體流路的高度，因此能夠自由地選擇氣體流路的高度。
[0025]伴隨發(fā)電生成的水的去除能力、發(fā)電所需的燃料氣體及氧化氣體的供給能力可以通過調(diào)整相鄰的導(dǎo)電性線材A的間距來調(diào)整為適當(dāng)?shù)姆秶?。因此，通過適當(dāng)選擇導(dǎo)電性線材A的間距，能夠達(dá)成充分的伴隨發(fā)電生成的水的去除能力、發(fā)電所需的燃料氣體及氧化氣體的供給能力。進(jìn)而，上述帶流路的氣體擴(kuò)散層中，將導(dǎo)電性線材A與導(dǎo)電性基材B獨(dú)立地配置。因此，能夠自由選擇燃料氣體、氧化氣體流動的方向，能夠自由地分別選擇導(dǎo)電性線材A、導(dǎo)電性基材B的設(shè)計(jì)(線直徑、間距等)，這類選擇的范圍非常大。
[0026]此外，尤其是使用上述帶流路的氣體擴(kuò)散層制作燃料電池時，導(dǎo)電性線材A和導(dǎo)電性基材B兩者都具有導(dǎo)電性，因此能夠高效地使在催化劑層處產(chǎn)生的電流動至隔離膜偵U。另外，如上所述，上述帶流路的氣體擴(kuò)散層能夠發(fā)揮充分的伴隨發(fā)電生成的水的去除能力、發(fā)電所需的燃料氣體及氧化氣體的供給能力。因此，具有上述帶流路的氣體擴(kuò)散層的燃料電池的發(fā)電性能優(yōu)異。
[0027]以下，關(guān)于本發(fā)明的燃料電池，使用附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在【專利附圖】

【附圖說明】中對同一元件標(biāo)注同一附圖標(biāo)記，省略重復(fù)的說明。另外，附圖的尺寸比例為了便于說明而作了夸張，有時與實(shí)際的比例不同。
[0028]作為燃料電池的種類，沒有特別限定。具體而言，可列舉出固體高分子型燃料電池(PEFC)、堿型燃料電池、直接甲醇型燃料電池、微型燃料電池、磷酸型燃料電池等。其中，由于小型且可實(shí)現(xiàn)高密度/高功率化，因此優(yōu)選地列舉出固體高分子型燃料電池。另外，所述燃料電池作為搭載空間受到限定的車輛等的移動物體用電源之外，作為定置用電源等是有用的，特別適用于頻繁發(fā)生系統(tǒng)的啟動/停止、輸出變化的汽車用途。
[0029]因此，以下以高分子電解質(zhì)型燃料電池為例來說明優(yōu)選的實(shí)施方式。
[0030]本實(shí)施方式(第一實(shí)施方式)的燃料電池10如圖1所示具備高分子電解質(zhì)膜20。在該高分子電解質(zhì)膜20的一個面上設(shè)有陰極催化劑層30c和陰極隔離膜70c，所述陰極隔離膜70c具備導(dǎo)電性，用于隔絕氣體。另外，在陰極催化劑層30c與陰極隔離膜70c之間，以接近陰極催化劑層30c的狀態(tài)配置陰極導(dǎo)電性基材B50c。在陰極隔離膜70c側(cè)的陰極導(dǎo)電性基材B50c上平行地設(shè)置多個陰極導(dǎo)電性線材A60c，形成陰極帶流路的氣體擴(kuò)散層90c。相鄰的陰極導(dǎo)電性線材A60c間的空間成為用于將氧化劑氣體供給至陰極催化劑層30c的氣體流路空間100c。另外，在高分子電解質(zhì)膜20的另一個面上設(shè)有陽極催化劑層30a和陽極隔離膜70a，所述陽極隔離膜70a與陰極隔離膜70c同樣地具備導(dǎo)電性，用于隔絕氣體。另外，在陽極催化劑層30a與陽極隔離膜70a之間，以接近陽極催化劑層30a的狀態(tài)配置陽極導(dǎo)電性基材B50a。在陽極隔離膜70a側(cè)的陽極導(dǎo)電性基材B50a上平行地配置由多個導(dǎo)電性線材構(gòu)成的陽極導(dǎo)電性線材A60a，形成陽極帶流路的氣體擴(kuò)散層90a。相鄰的陽極導(dǎo)電性線材A60c間的空間成為用于將燃料氣體供給至陽極催化劑層30a的氣體流路空間10a0通過這種結(jié)構(gòu)，能夠確保充分的氣體流路空間并降低氣體流路的高度，其結(jié)果，能夠使燃料電池單電池較薄，能夠使燃料電池小型化。另外，通常隔離膜通過金屬板的沖壓加工而制造，但在該方法中，存在伴隨加工而產(chǎn)生的隔離膜的撓曲、伴隨微細(xì)加工而產(chǎn)生的隔離膜的破裂或應(yīng)變硬化的問題。相對于此，本發(fā)明的帶流路的氣體擴(kuò)散層由于可以使用平滑的隔離膜，因此不會產(chǎn)生上述問題。進(jìn)而，本發(fā)明的帶流路的氣體擴(kuò)散層在催化劑層與導(dǎo)電性線材A之間作為氣體擴(kuò)散層配置導(dǎo)電性基材B。因此，使用這種帶流路的氣體擴(kuò)散層而成的燃料電池在厚度方向上也能夠向催化劑層整體供給氣體，發(fā)電性能優(yōu)異。對于在將燃料電池單電池層疊時由施加的載荷造成的面外方向的壓縮力，導(dǎo)電性基材B還能夠抑制/防止導(dǎo)電性線材A陷入催化劑層側(cè)。因此，能夠達(dá)成良好的氣體擴(kuò)散性和壓損降低。
[0031]此處，高分子電解質(zhì)膜20、陽極催化劑層30a、陽極導(dǎo)電性基材B50a、陽極導(dǎo)電性線材A60a、陰極催化劑層30c、陰極導(dǎo)電性基材B50c及陰極導(dǎo)電性線材A60c以被層疊的狀態(tài)構(gòu)成膜電極接合體(MEA)80。此外，通過將多個MEA80隔著陽極隔離膜70a和陰極隔離膜70c依次層疊，從而構(gòu)成燃料電池堆。需要說明的是，將高分子電解質(zhì)膜20、陽極催化劑層30a及陰極催化劑層30c層疊的狀態(tài)也稱為“CCM”。另外，在燃料電池堆中，也可以在隔離膜70a、70c與高分子電解質(zhì)膜20之間等配置氣體密封部，圖1中省略了圖示。
[0032]圖1中，在陰極和陽極這兩者側(cè)均配置由導(dǎo)電性線材A和導(dǎo)電性基材B構(gòu)成的帶流路的氣體擴(kuò)散層。然而，這種方式應(yīng)用于陽極和陰極中的至少任意一者即可。即，根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，燃料電池具有膜電極接合體和隔離膜層疊而成的層疊體，所述膜電極接合體在電解質(zhì)膜的兩面具備陽極的電極層和陰極的電極層。然后，帶流路的氣體擴(kuò)散層配置在陽極和陰極中的至少一者側(cè)的所述隔離膜與所述膜電極接合體的電極層之間。進(jìn)而，所述導(dǎo)電性線材A與所述隔離膜電接觸，且所述導(dǎo)電性基材B與所述膜電極接合體的電極層電接觸。由此，能夠借助導(dǎo)電性基材B及導(dǎo)電性線材A充分確保催化劑層與隔離膜之間的導(dǎo)電性，能夠使在陰極催化劑層中產(chǎn)生的電流容易地流通至陰極隔離膜側(cè)。因此，能夠確保充分的氣體擴(kuò)散性及導(dǎo)電性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池的薄層化。
[0033]例如，還列舉出如圖2所示那樣的實(shí)施方式。即，圖2中示出的第二實(shí)施方式的燃料電池中，僅陰極側(cè)與圖1同樣地以接近陰極催化劑層30c的狀態(tài)配置陰極導(dǎo)電性基材B50c。然后，陰極導(dǎo)電性線材A60c配置在陰極導(dǎo)電性基材B50c與陰極隔離膜70c之間。在陽極側(cè)，與通常的燃料電池同樣地配置陽極氣體擴(kuò)散層IlOa以及具有燃料氣體流動的流路121a的陽極隔離膜120a。另外，雖然沒有圖示，但本發(fā)明也包括如下的與圖2相反的結(jié)構(gòu)。即，僅陽極側(cè)與圖1同樣地以接近陽極催化劑層30a的狀態(tài)配置陽極導(dǎo)電性基材B50a，陽極導(dǎo)電性線材A60a配置在陽極導(dǎo)電性基材B50a與陽極隔離膜70a之間。陰極側(cè)也可以與通常的燃料電池同樣地配置陰極氣體擴(kuò)散層以及具備氧化劑氣體流動的流路的陰極隔離膜。
[0034]以下，對本實(shí)施方式的燃料電池10的各構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，下述說明中，只要沒有特別提到，則陽極側(cè)和陰極側(cè)的各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)為同樣的定義。因此，以下，在陽極側(cè)和陰極側(cè)的各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)同樣時，將附圖標(biāo)記統(tǒng)一地記載。例如，陰極側(cè)的導(dǎo)電性基材B50c與陽極側(cè)的導(dǎo)電性基材B50a為同樣結(jié)構(gòu)時，將它們統(tǒng)一稱為“導(dǎo)電性基材B50”。需要說明的是，各構(gòu)件在陽極側(cè)和陰極側(cè)可以相同也可以不同。
[0035](導(dǎo)電性線材A)
[0036]多個導(dǎo)電性線材A60平行地配置在導(dǎo)電性基材B50上，構(gòu)成帶流路的氣體擴(kuò)散層90。此處，導(dǎo)電性線材A60與隔離膜70直接接觸，確保了與隔離膜70之間的導(dǎo)電性。此處，導(dǎo)電性線材A60間的空間成為氣體流路空間100。
[0037]導(dǎo)電性線材A60可以如圖1所示隔著MEA配置于實(shí)質(zhì)上相互重疊那樣的位置(實(shí)質(zhì)上為相同位置)，或者也可以配置在不同的位置。其中，考慮到針對由層疊載荷引起的面外方向的壓縮力而抑制/防止塑性變形的效果，導(dǎo)電性線材A60優(yōu)選在厚度方向上隔著MEA配置于實(shí)質(zhì)上相互重疊那樣的位置(實(shí)質(zhì)上為相同位置)。
[0038]由導(dǎo)電性線材A形成的流路的高度為300μπι以下。因此，導(dǎo)電性線材Α60的直徑(圖1的(a)中的“D1”)為300 μ m以下。只要導(dǎo)電性線材A的直徑為300 μ m以下，MEA的薄膜化、乃至燃料電池的小型化就能夠達(dá)成。另外，由于能夠在MEA內(nèi)部使自氣體流路空間供給的氣體以充分量擴(kuò)散至導(dǎo)電性線材A正下方的區(qū)域，因此燃料電池的發(fā)電性能優(yōu)異?？紤]到燃料電池的小型化、伴隨發(fā)電生成的水的去除能力、發(fā)電所需的燃料氣體及氧化氣體的供給能力、高功率密度化等，導(dǎo)電性線材A60的直徑(Dl)優(yōu)選為1ym?300μπι、更優(yōu)選為50μπι?200μπκ特別優(yōu)選為ΙΟΟμπι?150μπι。需要說明的是，導(dǎo)電性線材A的截面為圓形時，導(dǎo)電性線材Α60的直徑(Dl)為構(gòu)成導(dǎo)電性線材A的導(dǎo)電性線材的直徑。導(dǎo)電性線材A的截面形狀不限定于上述圓形，也可以是橢圓形、圓形、不規(guī)則形、矩形、三角形等。這種情況下的“導(dǎo)電性線材A的直徑(Dl) ”如上所述為規(guī)定氣體流路空間100的高度的長度。優(yōu)選的是，導(dǎo)電性線材A的截面形狀為圓形或矩形。
[0039]另外，由相鄰的導(dǎo)電性線材A構(gòu)成的流路的當(dāng)量直徑(圖1的(a)中的“R”)為300 μ m以下。因此，相鄰的導(dǎo)電性線材A60的間距(圖1的(a)中的“P1”)根據(jù)導(dǎo)電性線材A60的直徑適當(dāng)選擇，為600 μ m以下。相鄰的導(dǎo)電性線材A60的間距(Pl)優(yōu)選為20 μ m?600 μ m、更優(yōu)選為ΙΟΟμπι?400μπκ特別優(yōu)選為200 μ m?300 μ m。只要為這種范圍，就能夠?qū)⒊浞至康臍怏w(燃料氣體、氧化劑氣體)供給至催化劑層30，另外，能夠充分確保在發(fā)電區(qū)域中流路所占的比例，因此能夠抑制氣體輸送阻力。因此，燃料電池能夠發(fā)揮優(yōu)異的發(fā)電性能。本說明書中，“相鄰的導(dǎo)電性線材A60的間距”為相鄰的導(dǎo)電性線材A的中心間的距離(圖1的(a)中的“P1”的長度)。需要說明的是，“由相鄰的導(dǎo)電性線材A構(gòu)成的流路的當(dāng)量直徑”意味著實(shí)質(zhì)上形成氣體流路空間100的相鄰的導(dǎo)電性線材A的距離，為圖1的(a)中的“R”的長度。該“由相鄰的導(dǎo)電性線材A構(gòu)成的流路的當(dāng)量直徑(R)”被規(guī)定為相鄰的導(dǎo)電性線材A60的間距(Pl)減去導(dǎo)電性線材A的直徑(Dl)而得到的值(ym) (R(ym)=Pl ( μ m) -Dl ( μ m))。
[0040]如此，將具有如上所述的直徑的導(dǎo)電性線材A以如上所述的間距實(shí)質(zhì)上平行地配置，從而能夠高效地將氣體擴(kuò)散到催化劑層中，確保充分的氣體擴(kuò)散速度和充分的氣體供給功能。因此，使用本實(shí)施方式的燃料電池時，電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行受到促進(jìn)，其結(jié)果，能夠達(dá)成高輸出化。另外，由于能夠確保充分的氣體擴(kuò)散速度，因此，特別是設(shè)置在陰極側(cè)的情況下，容易將在陰極側(cè)生成的水排出至氣體擴(kuò)散方向的下游側(cè)。其結(jié)果，能夠充分抑制生成水滯留的液泛現(xiàn)象。從該觀點(diǎn)出發(fā)，也能夠促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)高輸出化。此外，反應(yīng)氣體的壓力損失變少，因此流量分布變得均勻，還能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的穩(wěn)定化。
[0041]除上述之外，優(yōu)選使具有導(dǎo)電性的導(dǎo)電性基材B50與催化劑層30直接接觸，使具有導(dǎo)電性的導(dǎo)電性線材A60與隔離膜70直接接觸。由此，能夠借助導(dǎo)電性基材B50及導(dǎo)電性線材A60充分確保催化劑層30與隔離膜70之間的導(dǎo)電性，能夠使在陰極催化劑層30c中產(chǎn)生的電流容易地流通至陰極隔離膜70c側(cè)。因此，能夠確保充分的氣體擴(kuò)散性及導(dǎo)電性，并實(shí)現(xiàn)燃料電池的薄層化。
[0042]對導(dǎo)電性線材A60的配置沒有特別限制，優(yōu)選將導(dǎo)電性線材A60以與氣體的流下方向平行的方式平行地配置。即，優(yōu)選將導(dǎo)電性線材A以與燃料電池(單電池)內(nèi)的氣體的流動方向平行的方式配置。由此，能夠使陽極側(cè)及陰極側(cè)的流路設(shè)計(jì)相同，能夠降低壓力損失。
[0043]對于構(gòu)成導(dǎo)電性線材A60的材質(zhì)的導(dǎo)電性材料，沒有特別限制。具體而言，導(dǎo)電性線材A60優(yōu)選由非導(dǎo)電性的芯材和覆蓋所述非導(dǎo)電性的芯材的導(dǎo)電性的表層材料構(gòu)成，或者由導(dǎo)電性金屬構(gòu)成。
[0044]作為在前一種情況下使用的芯材，沒有特別限制，可列舉出聚酯樹脂(例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯)、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂等聚烯烴樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、丙烯酸類樹脂、氯乙烯樹脂、聚酰胺樹脂等樹脂材料。這些可以單獨(dú)使用I種，也可以組合使用2種以上。
[0045]另外，作為覆蓋上述芯材的導(dǎo)電性的表層材料，只要是具有導(dǎo)電性的材料就沒有特別限制。具體而言，可列舉出:金、鉬、釕、銥、錯、鈕、銀、銅、鐵、鈦和招、以及它們的合金等金屬；導(dǎo)電性的高分子材料、DLC(類金剛石碳)等導(dǎo)電性碳材料等。這些可以單獨(dú)使用I種，也可以組合使用2種以上。
[0046]另外，作為后一種情況下的金屬，沒有特別限制，同樣地能夠優(yōu)選使用在覆蓋上述芯材的導(dǎo)電性的表層材料中例示出的金屬。
[0047]此處，金、鈀的腐蝕抑制/防止的效果優(yōu)異。因此，在上述中的導(dǎo)電性線材A60為用金屬(特別是金、鈀)覆蓋非導(dǎo)電性的芯材而成時，或者導(dǎo)電性線材A60由金、鈀構(gòu)成時，能夠抑制/防止腐蝕，提高電池單元的耐久性，故而優(yōu)選。其中，導(dǎo)電性線材A60更優(yōu)選由非導(dǎo)電性的芯材以及覆蓋所述非導(dǎo)電性的芯材的導(dǎo)電性的表層材料構(gòu)成。導(dǎo)電性線材A的中心部由非導(dǎo)電性的芯材制作，因此能夠減輕帶流路的氣體擴(kuò)散層整體的重量，而且能夠降低成本。
[0048]或者，也可以對導(dǎo)電性線材A60的表面另行實(shí)施導(dǎo)電性的防腐蝕處理。通過導(dǎo)電性的防腐蝕處理，從而能夠抑制/防止導(dǎo)電性線材A60的腐蝕，提高電池單元的耐久性。作為上述導(dǎo)電性防腐蝕處理，可以適宜地使用利用金、鉬等貴金屬的鍍覆、包覆和濺鍍、以及利用DLC(類金剛石碳)等導(dǎo)電性碳材料的涂布(濺鍍、化學(xué)沉積(CVD)、物理沉積(PVD))等現(xiàn)有公知的方法。上述防腐蝕處理可以對導(dǎo)電性線材A進(jìn)行、對導(dǎo)電性基材B進(jìn)行、或者在導(dǎo)電性基材B上配置導(dǎo)電性線材A之后進(jìn)行?？紤]到電阻的降低，優(yōu)選在導(dǎo)電性基材B上配置導(dǎo)電性線材A之后進(jìn)行防腐蝕處理。
[0049](導(dǎo)電性基材B)
[0050]在導(dǎo)電性基材B50上平行地配置多個導(dǎo)電性線材A，構(gòu)成帶流路的氣體擴(kuò)散層90。本發(fā)明的帶流路的氣體擴(kuò)散層具有垂直方向的導(dǎo)電性。因此，導(dǎo)電性線材A優(yōu)選以與導(dǎo)電性基材B50接觸的方式固定在導(dǎo)電性基材B50上。
[0051]作為導(dǎo)電性基材B50，只要具有導(dǎo)電性，就沒有特別限制。優(yōu)選的是，導(dǎo)電性基材B由與導(dǎo)電性線材A正交而不交叉的至少I層的導(dǎo)電性線材C形成，或者為無紡布、發(fā)泡體或多孔發(fā)泡體。更優(yōu)選的是，導(dǎo)電性基材B由與導(dǎo)電性線材A正交而不交叉的至少I層的導(dǎo)電性線材C形成。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池的小型化。
[0052]此處，導(dǎo)電性基材B50由與導(dǎo)電性線材A正交而不交叉的至少I層的導(dǎo)電性線材C形成時，導(dǎo)電性基材B如圖6所示，也可以還具有不與導(dǎo)電性線材A交叉而與所述導(dǎo)電性線材C交叉的導(dǎo)電性線材C’。通過采用這種結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電性基材B50的強(qiáng)度增加，因此能夠針對由層疊載荷引起的面外方向的壓縮力抑制/防止塑性變形。
[0053]此處，上述“導(dǎo)電性基材B由與導(dǎo)電性線材A正交而不交叉的I層的導(dǎo)電性線材C形成”是指如圖1的(b)所示的方式。即，導(dǎo)電性基材B50中，多個導(dǎo)電性線材C51以I層的方式平行地配置，此時，各導(dǎo)電性線材C51與導(dǎo)電性線材A60正交而沒有交錯地交叉(即，導(dǎo)電性線材A60只是載置在導(dǎo)電性線材C51上)。另一方面，“導(dǎo)電性線材C與導(dǎo)電性線材A正交且交叉”是指如圖7所示，導(dǎo)電性線材C(圖中的“C”)與導(dǎo)電性線材A正交且交錯地交叉。此外，導(dǎo)電性基材B50也可以由與導(dǎo)電性線材A正交而不交叉的導(dǎo)電性線材C所形成的I個層形成，或者也可以由該層為2層以上的層疊狀態(tài)形成?？紤]到MEA的厚度的減少(燃料電池的小型化)，導(dǎo)電性基材B50優(yōu)選由與導(dǎo)電性線材A正交而不交叉的導(dǎo)電性線材C所形成的I個層形成。
[0054]本實(shí)施方式中，對導(dǎo)電性線材C51的直徑(圖1的(b)中的“D2”)沒有特別限制?？紤]到針對由層疊載荷引起的面外方向的壓縮力而抑制/防止塑性變形的能力、燃料電池的小型化、伴隨發(fā)電生成的水的去除能力、發(fā)電所需的燃料氣體及氧化氣體的供給能力等，優(yōu)選為300 μ m以下。只要導(dǎo)電性基材B的直徑(D2)為300 μ m以下，就能夠達(dá)成MEA的薄膜化、乃至燃料電池的小型化。另外，在MEA內(nèi)部，能夠使自氣體流路空間供給的氣體以充分量擴(kuò)散至導(dǎo)電性基材B正下方的區(qū)域，因此燃料電池的發(fā)電性能優(yōu)異。導(dǎo)電性線材C51的直徑(D2)更優(yōu)選為10 μ m?300 μ m、特別優(yōu)選為30 μ m?150 μ m。只要為這種范圍，就能夠針對由層疊載荷引起的面外方向的壓縮力抑制/防止塑性變形，能夠達(dá)成燃料電池的小型化、伴隨發(fā)電生成的水的去除能力、發(fā)電所需的燃料氣體及氧化氣體的供給能力、高功率密度化。需要說明的是，導(dǎo)電性線材C的截面為圓形時，導(dǎo)電性線材C的直徑(D2)為構(gòu)成導(dǎo)電性線材C的導(dǎo)電性線材的直徑。導(dǎo)電性線材C的截面形狀不限定于上述圓形，也可以為橢圓形、圓形、不規(guī)則形、矩形、三角形等。這種情況下的“導(dǎo)電性線材C的直徑(D2)”為規(guī)定了導(dǎo)電性線材C在MEA的厚度方向上的總高度的長度。優(yōu)選的是，導(dǎo)電性基材B的截面形狀為圓形或矩形。
[0055]另外，相鄰的導(dǎo)電性線材C51的間距(P2)優(yōu)選小于相鄰的導(dǎo)電性線材A的間距(PD (P2〈P1)。此時，導(dǎo)電性線材C51以較小的間距(密集地)平行地配置，因此能夠高效地將在催化劑層30產(chǎn)生的電傳送到隔離膜70側(cè)。另一方面，導(dǎo)電性線材A以某種程度的間距(大于導(dǎo)電性線材C51的間距)平行地配置，因此能夠確保自隔離膜側(cè)的氣體的良好流動。具體而言，相鄰的導(dǎo)電性線材C51的間距(P2)與相鄰的導(dǎo)電性線材A的間距(Pl)的比值(P2/P1)優(yōu)選為0.1?0.8、更優(yōu)選為0.2?0.6。
[0056]或者，在未配置導(dǎo)電性線材A這一側(cè)的導(dǎo)電性基材B上還配置催化劑層的情況下，相鄰的導(dǎo)電性線材C間的間距的半值也可以滿足下述式⑴。
[0057][數(shù)學(xué)式I]
[0058]P Xr/t ^ 5 (I)
[0059]優(yōu)選在未配置導(dǎo)電性線材A這一側(cè)的導(dǎo)電性基材B上還配置催化劑層的情況下，相鄰的導(dǎo)電性線材C間的間距滿足上述式⑴。
[0060]上述式⑴中，r為相鄰的導(dǎo)電性線材C間的間距的半值(cm)。另外，P為催化劑層的電阻率(Ω Mm)。t為催化劑層的厚度(cm)。如此，通過根據(jù)催化劑層的電阻率P和厚度t適當(dāng)選擇相鄰的導(dǎo)電性線材C間的間距，能夠構(gòu)成內(nèi)阻低的燃料電池。此處，由上述式(I): P Xr/t求出的值優(yōu)選為5以下、更優(yōu)選為2以下、進(jìn)一步更優(yōu)選為I以下、特別優(yōu)選為0.5以下。
[0061]由此，將具有如上所述的直徑的導(dǎo)電性線材C以如上所述的間距實(shí)質(zhì)上平行地配置而形成導(dǎo)電性基材B，從而高效地將在催化劑層30中產(chǎn)生的電傳送到隔離膜70側(cè)。另夕卜，能夠高效地將自隔離膜側(cè)供給的氣體供給至催化劑層側(cè)。因此，使用上述帶流路的氣體擴(kuò)散層的燃料電池中，電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行受到促進(jìn)，其結(jié)果，能夠達(dá)成高輸出化。另外，導(dǎo)電性基材B能夠針對由層疊載荷引起的面外方向的壓縮力充分地抑制/防止塑性變形。
[0062]在導(dǎo)電性基材B50由與導(dǎo)電性線材A正交而不交叉的至少I層的導(dǎo)電性線材C形成的情況下，對構(gòu)成導(dǎo)電性線材C的材質(zhì)的導(dǎo)電性材料沒有特別限制。具體而言，導(dǎo)電性線材C由非導(dǎo)電性的芯材以及覆蓋所述非導(dǎo)電性的芯材的導(dǎo)電性的表層材料構(gòu)成，或者由金屬構(gòu)成。作為前一種情況下所使用的芯材，沒有特別限制，可列舉出聚酯樹脂(例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯)、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂等聚烯烴樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、丙烯酸類樹脂、氯乙烯樹脂、聚酰胺樹脂等樹脂材料。這些樹脂材料可以單獨(dú)使用I種，也可以組合使用2種以上。另外，作為覆蓋上述芯材的導(dǎo)電性的表層材料，只要是具有導(dǎo)電性的材料就沒有特別限制。具體而言，可列舉出金、鉬、釕、銥、銠、鈀、銀、銅、鐵、鈦和鋁、以及它們的合金等金屬、導(dǎo)電性的高分子材料、導(dǎo)電性碳材料等。這些材料可以單獨(dú)使用I種，也可以組合使用2種以上。另外，作為后一種情況下的金屬，沒有特別限制，同樣地能夠優(yōu)選使用在包覆上述芯材的導(dǎo)電性的表層材料中例示出的金屬。上述情況中的、特別是在導(dǎo)電性基材B50為用金屬(特別是金、鈀)覆蓋非導(dǎo)電性的芯材而形成，或者由金、鈀構(gòu)成的情況下，能夠抑制/防止腐蝕，提高電池單元的耐久性，故而優(yōu)選。其中，導(dǎo)電性線材C更優(yōu)選由非導(dǎo)電性的芯材以及覆蓋所述非導(dǎo)電性的芯材的導(dǎo)電性的表層材料構(gòu)成。由于導(dǎo)電性線材C的中心部由非導(dǎo)電性的芯材制作，因此能夠減輕帶流路的氣體擴(kuò)散層整體的重量，而且能夠降低成本。
[0063]或者，也可以對導(dǎo)電性基材B或?qū)щ娦跃€材C的表面另行實(shí)施導(dǎo)電性的防腐蝕處理。通過導(dǎo)電性的防腐蝕處理而能夠抑制/防止導(dǎo)電性基材B或?qū)щ娦跃€材C的腐蝕，從而能夠提高電池單元的耐久性。作為上述導(dǎo)電性防腐蝕處理，可以適宜地使用金、鉬等貴金屬的鍍覆、包覆和濺鍍、以及DLC(類金剛石碳)等導(dǎo)電性碳材料的涂布(濺鍍、化學(xué)沉積(CVD)、物理沉積(PVD))等現(xiàn)有公知的方法。上述防腐蝕處理可以對導(dǎo)電性線材A進(jìn)行、對導(dǎo)電性基材B進(jìn)行、或者在導(dǎo)電性基材B上配置導(dǎo)電性線材A之后進(jìn)行?？紤]到電阻的降低，優(yōu)選在導(dǎo)電性基材B上配置導(dǎo)電性線材A之后進(jìn)行防腐蝕處理。
[0064]另外，在導(dǎo)電性基材B為無紡布、發(fā)泡體或多孔發(fā)泡體的情況下，為了進(jìn)一步提高拒水性而防止液泛現(xiàn)象等，也可以實(shí)施拒水化處理或親水化處理。此處，作為拒水化處理中可以使用的拒水劑，沒有特別限定，可列舉出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚六氟丙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)等氟系高分子材料、聚丙烯、聚乙烯等。此處，對拒水處理方法沒有特別限制，使用通常的拒水處理方法來進(jìn)行即可。例如，可列舉出在將導(dǎo)電性基材B浸潰到拒水劑的分散液中后在烘箱等中進(jìn)行加熱干燥的方法等。尤其可以使用在聚四氟乙烯(PTFE)的多孔體中浸滲碳顆粒并燒結(jié)而成的薄片體。通過制成薄片體，從而制造工序變得簡易，而且將燃料電池的各構(gòu)件層疊時的處理及組裝變得容易。
[0065]對導(dǎo)電性基材B的厚度沒有特別限制?？紤]到針對由層疊載荷引起的面外方向的壓縮力而抑制/防止塑性變形的能力、燃料電池的小型化等，導(dǎo)電性基材B的厚度優(yōu)選為300 μ m以下、更優(yōu)選為5 μ m?200 μ m、特別優(yōu)選為10 μ m?100 μ m。
[0066](帶流路的氣體擴(kuò)散層的制造方法)
[0067]帶流路的氣體擴(kuò)散層的制造方法只要是在導(dǎo)電性基材B上平行地配置用于形成流路的導(dǎo)電性線材A的方法，就沒有特別限制。需要說明的是，以下，說明導(dǎo)電性基材B由與導(dǎo)電性線材A正交而不交叉的I層的導(dǎo)電性線材C形成的情況下的優(yōu)選實(shí)施方式，但不限定于下述方法。另外，其它實(shí)施方式的導(dǎo)電性基材B也可以應(yīng)用同樣的方法或者適當(dāng)修改后的方法。
[0068]例如，也可以在將導(dǎo)電性線材C以適當(dāng)?shù)拈g距平行地配置而形成導(dǎo)電性基材B后，將導(dǎo)電性線材A60直接配置在該導(dǎo)電性基材B上，或者也可以固定在上述導(dǎo)電性基材B上，優(yōu)選后一種方法。通過該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的氣體供給。另外，能夠抑制/防止組裝時的導(dǎo)電性線材A的偏移、以及運(yùn)行中的面壓變化和/或氣壓變化等所導(dǎo)致的導(dǎo)電性線材A的偏移。另外，通過將導(dǎo)電性線材A60固定到導(dǎo)電性基材B50上，能夠提高導(dǎo)電性基材B的彎曲剛度。
[0069]此處，向?qū)щ娦曰腂 (導(dǎo)電性線材C)上固定導(dǎo)電性線材A的方法沒有特別限制。例如，導(dǎo)電性線材A由樹脂或金屬形成時，可列舉出熱接合等。其中，作為熱接合方法，并不限制于以下方法，有將導(dǎo)電性基材B與導(dǎo)電性線材A的接點(diǎn)通過焊接、燒結(jié)、熔接等而固定的方法等。采用熱接合時，即使導(dǎo)電性基材B及導(dǎo)電性線材A上存在未施加面壓的部位、未接觸的部位，也能夠確保導(dǎo)電性。另外，熱接合從操作的容易性等角度出發(fā)是有利的。
[0070]或者，導(dǎo)電性線材A和C為用導(dǎo)電性的表層材料覆蓋非導(dǎo)電性的芯材而成時，優(yōu)選使用如下所述的方法。即，首先將導(dǎo)電性線材C的非導(dǎo)電性的芯材部分以適當(dāng)?shù)拈g距排列整齊而形成基材B’，然后將導(dǎo)電性線材A的非導(dǎo)電性的芯材部分(線材A’)以與線材C正交而彼此不交叉的方式排列在上述基材B’上，形成帶線材A’的基材B’[工序(a)]。然后，將該帶線材A’的基材B’用導(dǎo)電性的表層材料覆蓋[工序(b)]，從而能夠制作在導(dǎo)電性基材B上平行地配置用于形成流路的導(dǎo)電性線材A而成的帶流路的氣體擴(kuò)散層。
[0071]上述工序(a)中，線材A’及基材B’可以直接供給于接下來的工序(b)，優(yōu)選在將線材A’固定于基材B’之后進(jìn)行工序(b)。通過這種方法，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的氣體供給，能夠抑制/防止組裝時的導(dǎo)電性線材A偏移、以及運(yùn)行中的面壓變化或氣體圧變化等所導(dǎo)致的導(dǎo)電性線材A偏移。另外，通過將導(dǎo)電性線材A60固定于導(dǎo)電性基材B50上，從而能夠提高導(dǎo)電性基材B的彎曲剛度。此外，即使在導(dǎo)電性線材A60并非直線形狀時，也能夠通過將其與導(dǎo)電性基材B的接點(diǎn)固定而提高導(dǎo)電性基材B的面內(nèi)縱橫兩個方向的彎曲剛度。此處，對線材A’向基材B’的固定方法沒有特別限制。例如，線材A’和基材B’為如上所述的樹脂材料時，可以使用如下方法:在上述工序(a)中，在將線材A’以正交而彼此不交叉的方式排列在基材B’上后，以樹脂材料的熔點(diǎn)以上的溫度進(jìn)行加熱熔融。需要說明的是，此時，由于基材B’與線材A’熔融，因此帶流路的氣體擴(kuò)散層的厚度會稍小于基材B’和線材A’的尺寸的總和(線材A和C為圓形時為直徑的總和)。同樣地，線材A’和線材C’的尺寸(線材A’和C’為圓形時為直徑)會稍小于導(dǎo)電性線材A和導(dǎo)電性線材C的尺寸(導(dǎo)電性線材A和C為圓形時為直徑)。
[0072]另外，對于上述工序(b)中帶線材A’的基材B’的由導(dǎo)電性的表層材料進(jìn)行的包覆也沒有特別限制。具體而言，可列舉出:粘貼導(dǎo)電性的表層材料的薄膜的方法；用導(dǎo)電性的表層材料進(jìn)行鍍覆(金屬鍍覆)的方法等。
[0073]特別優(yōu)選的是，將導(dǎo)電性線材C的非導(dǎo)電性的芯材部分排列整齊而形成基材B’后，將線材A’以正交而不交叉的方式排列在基材B’上，從而形成非導(dǎo)電性的帶線材A’的基材B’。然后，將該帶線材A’的基材B’用金屬(特別是金、鈀)進(jìn)行鍍覆。采用該方法時，導(dǎo)電性線材A和C的中心部由非導(dǎo)電性的芯材制作，因此能夠減輕帶流路的氣體擴(kuò)散層整體的重量，而且能夠降低成本。
[0074]本發(fā)明的帶流路的氣體擴(kuò)散層的厚度方向的(燃料電池的厚度方向的)貫通電阻(電阻)為30m Ω/cm2以下，導(dǎo)電性基材B的Gurley透氣度(Gurley permeability)為300秒以下。該貫通電阻和Gurley透氣度可以利用相鄰的導(dǎo)電性線材C51的間距來規(guī)定。即，相鄰的導(dǎo)電性線材C51的間距(圖1的(b)中的“P2”)為480μπι以下、優(yōu)選為5μπι?480 μ m、更優(yōu)選為20μπι?300μπκ特別優(yōu)選為30μπι?150μπι。只要為這種范圍，就能夠達(dá)成MEA的薄膜化、乃至燃料電池的小型化。另外，能夠?qū)⒃诖呋瘎?0產(chǎn)生的電效率良好地傳送到隔離膜70側(cè)。因此，燃料電池能夠發(fā)揮優(yōu)異的發(fā)電性能。另外，由于相鄰的導(dǎo)電性線材C彼此密集地配置，因此還能夠針對由層疊載荷造成的面外方向的壓縮力充分地抑制/防止與塑性變形。本說明書中，“相鄰的導(dǎo)電性線材C51的間距”為相鄰的導(dǎo)電性線材C的中心間的距離(圖1的(b)中的“P2”的長度)。需要說明的是，本說明書中，“Gurley透氣度”表示根據(jù)JISP8117(1998年)在0.879g/mm2壓力下10cc的空氣透過膜的秒數(shù)。
[0075]對帶流路的氣體擴(kuò)散層的厚度沒有特別限制。但是，考慮到針對由層疊載荷造成的面外方向的壓縮力抑制/防止塑性變形的抑制/防止效果燃料電池的小型化、伴隨發(fā)電生成的水的去除能力、發(fā)電所需的燃料氣體及氧化氣體的供給能力、高功率密度化等，優(yōu)選為55 μ m?600 μ m。更優(yōu)選為100 μ m?350 μ m。
[0076]另外，對帶流路的氣體擴(kuò)散層的尺寸也沒有特別限制。優(yōu)選的是，帶流路的氣體擴(kuò)散層優(yōu)選具有在將與導(dǎo)電性線材A平行的方向的長度設(shè)為L、與導(dǎo)電性線材A垂直的方向的長度設(shè)為W時的L/W的比例為2以下的矩形。通過這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)怏w(燃料氣體、氧化劑氣體)效率良好地分配到隔離膜。上述L/W的比例更優(yōu)選為0.05?2、進(jìn)一步更優(yōu)選為
0.1?1.5、特別優(yōu)選為0.2?1.2。
[0077]帶流路的氣體擴(kuò)散層10必須包含導(dǎo)電性基材B50c和導(dǎo)電性線材A60c或者導(dǎo)電性基材B50a和導(dǎo)電性線材A60a。除了上述結(jié)構(gòu)構(gòu)件之外，也可以如圖3 (第三實(shí)施方式的燃料電池)所示、在未配置導(dǎo)電性線材A60的一側(cè)的導(dǎo)電性基材B50上形成導(dǎo)電性顆粒層40。通過這種導(dǎo)電性顆粒層40的配置，催化劑層30與導(dǎo)電性基材B50的密合性提高，因此MEA80與導(dǎo)電性基材B50之間的接觸電阻降低，能夠提高M(jìn)EA80內(nèi)部的面內(nèi)方向的導(dǎo)電性并提高集電性能。因此，導(dǎo)電性基材B50由與導(dǎo)電性線材A60正交而不交叉的至少I層的導(dǎo)電性線材C形成時，能夠?qū)?dǎo)電性線材C的間距設(shè)定得較大。另外，能夠更容易地將滯留于導(dǎo)電性基材B50的液態(tài)水排出。此外，導(dǎo)電性顆粒層40作為保護(hù)層發(fā)揮功能，避免導(dǎo)電性基材B50與MEA80直接接觸，能夠提高導(dǎo)電性基材B50的耐腐蝕性，另外，能夠防止由導(dǎo)電性基材B50的壓接導(dǎo)致的催化劑層30的破損。對導(dǎo)電性顆粒層40的形成方法沒有特別限制，可以使用將導(dǎo)電性顆粒層40壓接到催化劑層30上等的方法。
[0078]需要說明的是，圖3中雖然設(shè)有陰極導(dǎo)電性微顆粒層40c和陽極導(dǎo)電性微顆粒層40a兩者，但也可以僅設(shè)置其中任一者。另外，圖3的方式與圖1的方式相對應(yīng)，也適用于其它的方式。
[0079]導(dǎo)電性顆粒層40根據(jù)需要由包含拒水劑的碳顆粒的聚集體形成。此處，作為碳顆粒，沒有特別限定，只要為炭黑、石墨、膨脹石墨等現(xiàn)有的通常的碳顆粒即可。其中，從電子傳導(dǎo)性優(yōu)異、比表面積較大的角度出發(fā)，可優(yōu)選地列舉出油爐法炭黑、槽法炭黑、燈黑、熱裂炭黑、乙炔黑等炭黑。所述碳顆粒的粒徑可以設(shè)為10 μ m?10nm左右。由此,能夠獲得基于毛細(xì)管力的高排水性，并且還能夠提高與催化劑層的接觸性。作為碳顆粒層中使用的拒水劑，沒有特別限定，可列舉出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚六氟丙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)等氟系高分子材料、聚丙烯、聚乙烯等。其中，從拒水性、電極反應(yīng)時的耐腐蝕性等優(yōu)異的角度出發(fā)，優(yōu)選使用氟系高分子材料。關(guān)于碳顆粒層中的碳顆粒與拒水劑的混合比，碳顆粒過多時，擔(dān)心得不到期待程度的拒水性，而拒水劑過多時，擔(dān)心得不到充分的電子傳導(dǎo)性?？紤]到這些，碳顆粒層中的碳顆粒與拒水劑的混合比以質(zhì)量比設(shè)為90:10?40:60左右是較好的。所述碳顆粒層的厚度只要考慮所得到的氣體擴(kuò)散層的拒水性來適當(dāng)確定即可。另外，碳顆粒層可以通過在聚四氟乙烯(PTFE)的多孔體中浸滲包含乙炔黑、PTFE微粒和增稠劑的水分散液并進(jìn)行焙燒處理而制作。
[0080](隔離膜)
[0081]隔離膜70具有在將多個單電池串聯(lián)連接而構(gòu)成燃料電池堆時將各電池單元以串聯(lián)方式電連接的功能。另外，隔離膜70還具有作為將燃料氣體、氧化劑氣體及冷卻劑彼此隔絕的隔壁的功能。作為構(gòu)成隔離膜70的材料，可以適宜地使用致密碳石墨、碳板等碳、不銹鋼等金屬等現(xiàn)有公知的材料。本實(shí)施方式中，陽極隔離膜70a及陰極隔離膜70c均為碳制。
[0082]另外，關(guān)于圖2中的隔離膜120a，沒有特別限制，通常燃料電池中使用的隔離膜同樣可以使用。隔離膜120a具備作為氣體流動的流路的溝槽狀的導(dǎo)電性線材A121a。需要說明的是，隔離膜70由于能夠利用導(dǎo)電性線材A60或?qū)щ娦曰腂50得到充分的氣體供給功能，因此不需要形成在現(xiàn)有的隔離膜上形成的那樣的溝槽狀的導(dǎo)電性線材A121a。因此，能夠簡單且低價地制造隔離膜70。具體而言，隔離膜120a中，在碳制隔離膜的情況下需要通過切削加工來形成導(dǎo)電性線材A，在金屬制隔離膜的情況下需要通過沖壓加工來形成導(dǎo)電性線材A。但是，在本實(shí)施方式的隔離膜70的情況下，不需要形成溝槽狀的導(dǎo)電性線材A121a，因此能夠?qū)崿F(xiàn)成本降低。進(jìn)而，由于不需要形成溝槽狀的導(dǎo)電性線材A121a，因此能夠減小隔離膜70的厚度方向的尺寸、進(jìn)而減小燃料電池10的厚度方向的尺寸。
[0083](高分子電解質(zhì)膜)
[0084]高分子電解質(zhì)膜20具有在燃料電池10運(yùn)行時使在陽極催化劑層30a生成的質(zhì)子沿膜厚方向選擇性地向陰極催化劑層30c透過的功能。另外，高分子電解質(zhì)膜20還具有作為用于不使供給至陽極側(cè)的燃料氣體與供給至陰極側(cè)的氧化劑氣體發(fā)生混合的隔壁的功倉泛。
[0085]作為高分子電解質(zhì)膜20，沒有特別限定，可以適當(dāng)采用由燃料電池的【技術(shù)領(lǐng)域】中現(xiàn)有公知的高分子電解質(zhì)形成的膜。例如，可以使用Naf1n(注冊商標(biāo)、杜邦公司制造)、ACIPLEX (注冊商標(biāo)、旭化成株式會社制造)、Flem1n(注冊商標(biāo)、旭硝子株式會社制造)等由全氟碳磺酸系聚合物構(gòu)成的氟系高分子電解質(zhì)膜、陶氏化學(xué)公司制造的離子交換樹脂、乙烯-四氟乙烯共聚物樹脂膜、以三氟苯乙烯為基礎(chǔ)聚合物的樹脂膜等氟素系高分子電解質(zhì)、具有磺酸基的烴系樹脂系膜等、通常市售的固體高分子型電解質(zhì)膜、在高分子多微孔膜中浸滲液體電解質(zhì)而得到的膜、在多孔體中填充高分子電解質(zhì)而得到的膜等。所述高分子電解質(zhì)膜中使用的高分子電解質(zhì)與各催化劑層中使用的高分子電解質(zhì)可以相同也可以不同，從提高各催化劑層與高分子電解質(zhì)膜的密合性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用相同的物質(zhì)。
[0086]作為高分子電解質(zhì)膜20的厚度，考慮得到的MEA的特性來適當(dāng)確定即可，優(yōu)選為5 μ m?300 μ m、更優(yōu)選為10 μ m?200 μ m。從制膜時的強(qiáng)度、MEA工作時的耐久性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為5μπι以上，從MEA工作時的輸出特性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為300 μ m以下。
[0087]另外，作為高分子電解質(zhì)膜20，除了如上所述的由氟系高分子電解質(zhì)、具有磺酸基的烴系樹脂形成的膜之外，還可以使用在由聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等形成的多孔狀的薄膜中浸滲磷酸、離子性液體等電解質(zhì)成分而得到的膜。
[0088](催化劑層)
[0089]催化劑層30為實(shí)際上進(jìn)行電池反應(yīng)的層。具體而言，陽極催化劑層30a中進(jìn)行氫的氧化反應(yīng)，陰極催化劑層30c中進(jìn)行氧的還原反應(yīng)。催化劑層包含催化劑成分、負(fù)載催化劑成分的導(dǎo)電性的催化劑載體及高分子電解質(zhì)。
[0090]陰極催化劑層30c中使用的催化劑成分只要對氧的還原反應(yīng)具有催化作用就沒有特別限制，公知的催化劑同樣可以使用。另外，陽極催化劑層30a中使用的催化劑成分也是，只要具有對氫的氧化反應(yīng)具有催化作用就沒有特別限制，公知的催化劑同樣可以使用。具體而言，從鉬、釕、銥、錯、鈕、鋨、鶴、鉛、鐵、鉻、鈷、鎳、猛、銀、鑰、鎵、招等金屬、及它們的合金等中選擇。其中，為了提高催化活性、對一氧化碳等的抗中毒性、耐熱性等，優(yōu)選使用至少包含鉬的催化劑。所述合金的組成也取決于合金化的金屬的種類，鉬為30?90原子％、合金化的金屬為10?70原子％是較好的。作為陰極催化劑使用合金時的合金的組成根據(jù)合金化的金屬的種類等而不同，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以適當(dāng)選擇，優(yōu)選的是，鉬為30?90原子％、合金化的其它金屬為10?70原子％。需要說明的是，合金通常是指，在金屬元素中加入I種以上的金屬元素或非金屬元素而得到的、具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)的總稱。關(guān)于合金的組織，有成分元素分別形成獨(dú)立的晶體的所謂混合物即共晶合金、成分元素完全融合而形成固溶體的合金、成分元素形成金屬間化合物或金屬與非金屬的化合物的合金等，可以是任意一種。此時，陰極催化劑層中使用的催化劑成分及陽極催化劑層中使用的催化劑成分可以從上述之中適當(dāng)選擇。以下的說明中，只要沒有特別提到，對于陰極催化劑層及陽極催化劑層用的催化劑成分的說明，關(guān)于兩者為同樣定義，統(tǒng)一稱為“催化劑成分”。然而，陰極催化劑層及陽極催化劑層用的催化劑成分不需要相同，適當(dāng)選擇以便發(fā)揮如上所述的期望作用。
[0091]對催化劑成分的形狀、尺寸沒有特別限制，可以使用與公知的催化劑成分同樣的形狀及尺寸，催化劑成分優(yōu)選為顆粒狀。此時，催化劑顆粒的平均粒徑越小，進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的有效電極面積越多，因此氧還原活性也越高，從而催化劑顆粒的平均粒徑越小越好，但實(shí)際上，如果平均粒徑過小，反而觀察到氧還原活性降低的現(xiàn)象。因此，催化劑墨中所含的催化劑顆粒的平均粒徑為Inm?30nm、更優(yōu)選為1.5nm?20nm、進(jìn)一步更優(yōu)選為2nm?10nm、特別優(yōu)選為2nm?5nm的顆粒狀。從負(fù)載的容易度的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為Inm以上,從催化劑利用率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為30nm以下。需要說明的是，“催化劑顆粒的平均粒徑”可以通過由X射線衍射中的催化劑成分的衍射峰值的半值寬度求出的微晶直徑或者用透射電子顯微鏡圖像檢測的催化劑成分的粒徑的平均值進(jìn)行測定。
[0092]催化劑顆粒被負(fù)載于導(dǎo)電性載體而形成電極催化劑。此處，作為導(dǎo)電性載體，只要具有將催化劑顆粒以期望的分散狀態(tài)負(fù)載的比表面積并作為集電體具有充分的電子導(dǎo)電性即可，優(yōu)選主要成分為碳。具體而言，可列舉出由炭黑、活性炭、焦炭、天然石墨、人造石墨等構(gòu)成的碳顆粒。需要說明的是，“主要成分為碳”是指，作為主要成分包含碳原子，為包含僅由碳原子構(gòu)成、基本上由碳原子構(gòu)成這兩者的概念。根據(jù)情況，為了提高燃料電池的特性，也可以包含除碳原子以外的元素。需要說明的是，基本上由碳原子構(gòu)成意味著允許混入2質(zhì)量％?3質(zhì)量％左右以下的雜質(zhì)。
[0093]導(dǎo)電性載體的BET比表面積只要為足夠高分散負(fù)載催化劑成分的比表面積即可，優(yōu)選設(shè)為20m2/g?1600m2/g、更優(yōu)選設(shè)為80m2/g?1200m2/g。只要為這種比表面積,就能夠得到催化劑成分和高分子電解質(zhì)向?qū)щ娦暂d體中的分散性，得到充分的發(fā)電性能，另外還能夠確保催化劑成分和高分子電解質(zhì)的充分的有效利用率。另外，對導(dǎo)電性載體的尺寸沒有特別限定，從負(fù)載的容易度、催化劑利用率、將催化劑層的厚度控制在適當(dāng)范圍內(nèi)等觀點(diǎn)出發(fā)，平均粒徑設(shè)為5nm?200nm、優(yōu)選設(shè)為1nm?10nm左右是較好的。
[0094]另外，相對于電極催化劑的總量，催化劑成分的負(fù)載量優(yōu)選設(shè)為10質(zhì)量％?80質(zhì)量％、更優(yōu)選設(shè)為30質(zhì)量％?70質(zhì)量％。只要為這種負(fù)載量，就能夠使催化劑成分良好地分散在導(dǎo)電性載體上，確保每單位質(zhì)量中的催化活性，提高發(fā)電性能，而且在經(jīng)濟(jì)上是有利的。需要說明的是，催化劑成分的負(fù)載量可以利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP)來檢測。
[0095]催化劑層30除電極催化劑之外還包含高分子電解質(zhì)。此處，作為高分子電解質(zhì)，沒有特別限定，可以使用公知的物質(zhì)，只要為至少具有較高的質(zhì)子傳導(dǎo)性的材料即可。此時可以使用的高分子電解質(zhì)大致分類為:聚合物骨架的全部或一部分含有氟原子的氟系電解質(zhì)；聚合物骨架中不含氟原子的烴系電解質(zhì)。作為氟系電解質(zhì)，具體而言，作為優(yōu)選的一個例子，可列舉出Naf1n(注冊商標(biāo)、杜邦公司制造)、ACIPLEX(注冊商標(biāo)、旭化成株式會社制造)、Flem1n (注冊商標(biāo)、旭硝子株式會社制造)等全氟碳磺酸系聚合物、聚三氟苯乙烯磺酸系聚合物、全氟碳膦酸系聚合物、三氟苯乙烯磺酸系聚合物、乙烯四氟乙烯接枝苯乙烯磺酸系聚合物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯-全氟碳磺酸系聚合物等。作為烴系電解質(zhì)，具體而言，聚砜磺酸、聚芳醚酮磺酸、聚苯并咪唑烷基磺酸、聚苯并咪唑烷基膦酸、聚苯乙烯磺酸、聚醚醚酮磺酸、聚苯磺酸等。高分子電解質(zhì)從耐熱性、化學(xué)的穩(wěn)定性等優(yōu)異出發(fā)優(yōu)選包含氟原子，其中，可優(yōu)選地列舉出Naf1n (注冊商標(biāo)、杜邦公司制造)、ACIPLEX (注冊商標(biāo)、旭化成株式會社制造)、Flem1n (注冊商標(biāo)、旭硝子株式會社制造)等氟系電解質(zhì)。
[0096]另外，催化劑成分向?qū)щ娦暂d體上的負(fù)載可以通過公知的方法進(jìn)行。例如，可以使用浸滲法、液相還原負(fù)載法、蒸發(fā)干固法、膠體吸附法、噴霧熱解法、反膠束(微型乳膠法)等公知的方法?；蛘撸姌O催化劑也可以使用市售品。
[0097]對燃料電池的制造方法沒有特別限制，可以適當(dāng)參見燃料電池領(lǐng)域中現(xiàn)有公知的技術(shù)常識。另外，對運(yùn)行燃料電池時使用的燃料沒有特別限定。例如可以使用氫氣、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、伯丁醇、仲丁醇、叔丁醇、二甲醚、二乙醚、乙二醇、二乙二醇等。其中，從能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用氫氣、甲醇。
[0098]進(jìn)而，為了使燃料電池能夠發(fā)揮期望的電壓，可以形成隔著隔離膜70將多個膜電極接合體(MEA) 80層疊并串聯(lián)連接而成的結(jié)構(gòu)的燃料電池堆。對燃料電池的形狀等沒有特別限定，適當(dāng)確定以便獲得期望的電壓等電池特性即可。
[0099]本實(shí)施方式的燃料電池10、使用該燃料電池的燃料電池堆例如可以作為驅(qū)動用電源而搭載在車輛中。如圖4所示，為了將燃料電池堆210搭載于像燃料電池車200那樣的車輛，例如只要搭載在燃料電池車200的車體中央部的座席下即可。只要搭載于座席下，就能夠獲得寬闊的車內(nèi)空間及后備箱。根據(jù)情況，搭載燃料電池堆210的位置不限定于座席下，既可以為后部后備箱的下部，也可以為車輛前方的發(fā)動機(jī)室。上述燃料電池10、燃料電池堆210由于輸出特性及耐久性優(yōu)異，因此提供長時間可靠性高的燃料電池搭載車輛。
[0100]實(shí)施例
[0101]使用以下的實(shí)施例和比較例詳細(xì)說明上述帶流路的氣體擴(kuò)散層的效果，但并不僅限制于以下的實(shí)施例。
[0102][實(shí)施例1]
[0103]準(zhǔn)備表面被熔融性樹脂覆蓋的線材A’(聚酯制、75旦尼爾(Denier)/24長絲、捻紗1000t/m:直徑約150 μ m)以及線材C’ (聚酯制、25旦尼爾單長絲:直徑50 μ m)。將線材C’以間隔200目(線材C’間的間距約75 μ m)排列整齊，制作基材B’。在該基材B’上將線材A’以與線材C’正交而彼此不交叉的方式、以間隔65目(線材A’間的間距約200 μ m)排列整齊。然后，將其加熱至100°C以上熔融，從而制備線材A’與線材C’正交而彼此不交叉的帶線材A’的基材B’。接著，對該帶線材A’的基材B’表面實(shí)施化學(xué)鍍鈀(單位面積重量約lg/m2)、進(jìn)而電鍍金(厚度約20nm)，從而賦予電子傳導(dǎo)性，制作帶流路的氣體擴(kuò)散層(帶流路的GDL)。該帶流路的氣體擴(kuò)散層中，相鄰的導(dǎo)電性線材A的間隙發(fā)揮燃料電池發(fā)電時的氧氣流路或氫氣流路的功能，排列整齊的導(dǎo)電性線材A具有所述流路的形狀保持以及作為氣體擴(kuò)散層的功能。將該帶流路的氣體擴(kuò)散層切出寬度50mmX長度50mm的矩形，觀察與線材A垂直地切斷而成的端面。其結(jié)果，帶流路的氣體擴(kuò)散層的厚度為130μπι?135μπι，導(dǎo)電性線材A的高度約為ΙΟΟμπι，相鄰的導(dǎo)電性線材Α60的間距(Pl)約為200μπι，形成了所期望的流路結(jié)構(gòu)。
[0104]接著，在電解質(zhì)膜(杜邦公司制造、高分子電解質(zhì)膜Naf1n211)的兩面上涂覆包含鉬負(fù)載碳的催化劑層，制作了 CCM。催化劑層的形狀為寬度49mmX長度50mm的矩形。即，長寬比約為I。
[0105]接著，準(zhǔn)備I組不具有流路溝槽的平滑隔離膜(石墨制)、1組集電板(銅制)、1組端板(SUS制)。平滑隔離膜具備用于嵌入帶流路的氣體擴(kuò)散層的寬度50mmX長度50mmX深度100 μ m的池狀的階梯。另外，與長度方向的相對的2個邊相接觸地、將寬度50mmX長度4_乂深度5_的歧管分別設(shè)置于平滑隔離膜。然后，在該歧管的右端或左端、以相對于池上的階梯的中心為點(diǎn)對稱的方式分別設(shè)置I個氣體供給用的孔(直徑3_)。進(jìn)而，在包含池狀的臺階和一對歧管的外周設(shè)有用于嵌入壓縮橡膠密封件的密封溝槽。密封溝槽的寬度為2mm,自矩形的溝槽和一對歧管的外周起至密封溝槽的偏距(offset distance)為1mm。
[0106]將以上的部件以端板(陰極)_集電板-隔離膜-帶流路的氣體擴(kuò)散層-CCM-帶流路的氣體擴(kuò)散層-隔離膜-集電板-端板(陽極)的順序?qū)盈B，構(gòu)成小尺寸燃料電池單電池。此處，各個帶流路的氣體擴(kuò)散層以導(dǎo)電性基材B與CCM的催化劑層接觸的方式配置。將橡膠加熱器密合在上述端板的表面上，調(diào)溫至80°C，然后在如下的條件下進(jìn)行發(fā)電評價。即，將化學(xué)計(jì)量比設(shè)為1.5(陽極)、2.0(陰極)，將氣體的入口相對濕度設(shè)為陽極40% RH和陰極70% RH，在運(yùn)行壓力200kPa (絕對壓力)、電流密度1.2A/cm2下運(yùn)行。將結(jié)果示于圖5。
[0107]實(shí)施例1的小尺寸燃料電池單電池盡管像公知的燃料電池那樣隔離膜不具備流路，但是能夠以電壓0.62V穩(wěn)定地運(yùn)行。此時的隔離膜間距離(燃料電池單電池厚度)為290 μ m。
[0108]另外，將上述線材C’(聚酯制、25旦尼爾單長絲:直徑50 μ m)以間隔200目(線材C’間的間距約75 μ m)排列整齊，制作基材B’。接著，對該基材B’表面實(shí)施化學(xué)鍍鈀(單位面積重量約lg/m2)、進(jìn)而電鍍金(厚度約20nm)，得到導(dǎo)電性基材B。對于得到的導(dǎo)電性基材B測定貫通電阻和Gurley透氣度,結(jié)果分別為30mQ/cm2以下和300秒以下。
[0109][比較例I]
[0110]在實(shí)施例1中，作為不帶流路的現(xiàn)有的氣體擴(kuò)散層，使用由線材C’構(gòu)成的平紋網(wǎng)(厚度100 μ)來代替帶流路的氣體擴(kuò)散層，除此之外，通過與實(shí)施例1相同的方法制作小尺寸燃料電池單電池，嘗試進(jìn)行其發(fā)電評價。
[0111]但是，比較例I的小尺寸燃料電池單電池由于隔離膜和氣體擴(kuò)散層都不具有在燃料電池發(fā)電時流通充分的氧氣或氫氣的流路功能，因此壓力損失過大而無法實(shí)施發(fā)電評價。此時的隔離膜間距離(燃料電池單電池厚度)為230 μ m。
[0112][比較例2]
[0113]在實(shí)施例1中，作為不帶流路的現(xiàn)有的氣體擴(kuò)散層，使用以寬度50mm、長度50mm切出的東麗株式會社制造的碳紙TGP-H-060 (厚度200 μ m)來代替帶流路的氣體擴(kuò)散層。另夕卜，使用具備流路高度1mm、肋寬1mm、溝道寬度1mm、肋間距2mm、流路方向50mm、寬度方向50_的蛇形流路的帶流路的隔離膜(石墨制)來代替不具有流路溝槽的平滑隔離膜。除此之外，通過與實(shí)施例1同樣的方法制作小尺寸燃料電池單電池，進(jìn)行其發(fā)電評價。將結(jié)果示于圖5。
[0114]比較例2的小尺寸燃料電池單電池由于隔離膜具備流路，因此能夠進(jìn)行發(fā)電評價，電壓為0.60V。此時的隔離膜間距離(燃料電池單電池厚度)為2430 μ m。
[0115][比較例3]
[0116]在實(shí)施例1中，作為不帶流路的現(xiàn)有的氣體擴(kuò)散層，使用以寬度50mm、長度50mm切出的東麗株式會社制造的碳紙TGP-H-060 (厚度200 μ m)來代替帶流路的氣體擴(kuò)散層。另外，使用具備流路高度ΙΟΟμπι、肋寬150 μ m、溝道寬度250 μ m、肋間距400 μ m、流路方向50mm、寬度方向50mm的直線流路的帶流路的隔離膜(石墨制)來代替不具有流路溝槽的平滑隔離膜。除此之外，通過與實(shí)施例1同樣的方法制作小尺寸燃料電池單電池，進(jìn)行其發(fā)電評價。將結(jié)果示于圖5。
[0117]比較例3的小尺寸燃料電池單電池由于隔離膜具備流路，因此能夠進(jìn)行發(fā)電評價，電壓為0.64V。此時的隔離膜間距離(燃料電池單電池厚度)為630μπι。
[0118]根據(jù)圖5所示的結(jié)果可知，關(guān)于具有帶流路的氣體擴(kuò)散層的實(shí)施例1的燃料電池的發(fā)電特性，獲得了與使用帶流路的隔離膜和不帶流路的氣體擴(kuò)散層的通常的燃料電池的發(fā)電特性同等以上的電壓。
[0119]另一方面，將實(shí)施例1與比較例3進(jìn)行比較，實(shí)施例1的輸出為0.62VX1.2A/cm2=0.744ff/cm2,而比較例3的輸出為0.64VX 1.2/cm2 = 0.768ff/cm2,大致為同等。但是，實(shí)施例1的隔離膜間距離(燃料電池單電池厚度)為290 μ m，而比較例3的隔離膜間距離(燃料電池單電池厚度)為630 μ m。結(jié)合這一點(diǎn)來考慮，考察出:通過使用帶流路的氣體擴(kuò)散層，每隔離膜間距離取出相當(dāng)于2.1倍的輸出。即，帶流路的氣體擴(kuò)散層例如能夠適用于強(qiáng)烈要求小型高輸出化的車載用燃料電池用途等。
[0120]附圖標(biāo)記說明
[0121]10…燃料電池，
[0122]20…高分子電解質(zhì)膜，
[0123]30a…陽極催化劑層，
[0124]30c…陰極催化劑層，
[0125]40a…陽極側(cè)的導(dǎo)電性顆粒層，
[0126]40c…陰極側(cè)的導(dǎo)電性顆粒層，
[0127]50a…陽極導(dǎo)電性基材B,
[0128]50c…陰極導(dǎo)電性基材B，
[0129]60a…陽極導(dǎo)電性線材A，
[0130]60c…陰極導(dǎo)電性線材A，
[0131]70a…陽極隔離膜，
[0132]70c…陰極隔離膜，
[0133]80…膜電極接合體(MEA)，
[0134]10a…陽極側(cè)的氣體流路空間，
[0135]10c…陰極側(cè)的氣體流路空間，
[0136]I 1a…陽極氣體擴(kuò)散層，
[0137]120a…隔離膜，
[0138]121a…溝槽狀的導(dǎo)電性線材A，
[0139]200…燃料電池車，
[0140]210…燃料電池堆。
【權(quán)利要求】
1.一種帶流路的氣體擴(kuò)散層，其是在導(dǎo)電性基材B上平行地設(shè)置用于形成流路的導(dǎo)電性線材A而成的，該帶流路的氣體擴(kuò)散層的特征在于， 由所述導(dǎo)電性線材A形成的流路的高度為300 μ m以下， 由相鄰的導(dǎo)電性線材A構(gòu)成的流路的當(dāng)量直徑為300 μ m以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶流路的氣體擴(kuò)散層，其中，所述導(dǎo)電性基材B由與所述導(dǎo)電性線材A正交而不交叉的至少I層的導(dǎo)電性線材C形成，或者為無紡布、發(fā)泡體或多孔發(fā)泡體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶流路的氣體擴(kuò)散層，其中，所述導(dǎo)電性基材B由與所述導(dǎo)電性線材A正交而不交叉的至少I層的導(dǎo)電性線材C形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶流路的氣體擴(kuò)散層，其中，在未配置所述導(dǎo)電性線材A這一側(cè)的導(dǎo)電性基材B上進(jìn)一步配置催化劑層的情況下，相鄰的導(dǎo)電性線材C間的間距滿足下述式⑴: P Xr/t ( 5 (I) 其中，P為催化劑層的電阻率，單位為Ω.θ?，ι.為相鄰的導(dǎo)電性線材C間的間距的半值，單位為cm, t為催化劑層的厚度,單位為cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的帶流路的氣體擴(kuò)散層，其中，所述導(dǎo)電性基材B還具有不與所述導(dǎo)電性線材A交叉而與所述導(dǎo)電性線材C交叉的導(dǎo)電性線材C’。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5的任一項(xiàng)所述的帶流路的氣體擴(kuò)散層，其中，所述導(dǎo)電性線材A由非導(dǎo)電性的芯材和覆蓋所述非導(dǎo)電性的芯材的導(dǎo)電性的表層材料構(gòu)成，或者由金屬構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6的任一項(xiàng)所述的帶流路的氣體擴(kuò)散層，其中，在未配置所述導(dǎo)電性線材A這一側(cè)的導(dǎo)電性基材B上形成導(dǎo)電性顆粒層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?7的任一項(xiàng)所述的帶流路的氣體擴(kuò)散層，其中，該帶流路的氣體擴(kuò)散層具有下述矩形:在將所述帶流路的氣體擴(kuò)散層的與所述導(dǎo)電性線材A平行的方向的長度設(shè)為L、與所述導(dǎo)電性線材A垂直的方向的長度設(shè)為W時，L/W為2以下。
9.一種燃料電池，其具有將膜電極接合體和隔離膜層疊而成的層疊體，所述膜電極接合體在電解質(zhì)膜的兩面具備陽極的電極層和陰極的電極層，該燃料電池的特征在于， 權(quán)利要求1?8的任一項(xiàng)所述的帶流路的氣體擴(kuò)散層配置于陽極和陰極中的至少一者那一側(cè)的所述隔離膜與所述膜電極接合體的電極層之間， 所述導(dǎo)電性線材A與所述隔離膜電連接，且所述導(dǎo)電性基材B與所述膜電極接合體的電極層電連接。
【文檔編號】H01M4/86GK104170136SQ201380014145
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月14日
【發(fā)明者】長谷川卓也, 寺崎久雄 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社, 旭化成紡織國際貿(mào)易