本發(fā)明涉及燃料電池用氣體擴(kuò)散層、具有燃料電池用氣體擴(kuò)散層的燃料電池、以及燃料電池用氣體擴(kuò)散層的形成方法。

背景技術(shù)：

燃料電池是用氫和氧產(chǎn)生電能的裝置，能夠得到高的發(fā)電效率。作為燃料電池的主要的特征，可舉出如下特征：由于不用像以往的發(fā)電方式那樣經(jīng)過熱能、動能的過程，是直接發(fā)電，因此以小規(guī)模也能夠期待高的發(fā)電效率；因?yàn)榈衔锏鹊呐懦錾伲以胍?、振動也小，所以環(huán)保性好等等。像這樣，燃料電池具備能夠有效地利用燃料所具有的化學(xué)能且環(huán)保的特性，因此作為承擔(dān)21世紀(jì)的能量供給系統(tǒng)而被期待，并且作為能夠使用于從航天用到汽車用、便攜式設(shè)備用且從大規(guī)模發(fā)電到小規(guī)模發(fā)電的各種用途的具有未來前景的新的發(fā)電系統(tǒng)而倍受關(guān)注，并且朝向?qū)嵱没竭M(jìn)行著技術(shù)開發(fā)。

在專利文獻(xiàn)1公開了在高分子電解質(zhì)膜的兩面依次層疊有催化劑層、氣體擴(kuò)散層、以及隔膜的燃料電池。該燃料電池的氣體擴(kuò)散層由導(dǎo)電性碳片構(gòu)成，在與隔膜抵接的表面具有流體流路。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：國際公開第11/045889號單行本

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

本申請的發(fā)明人對上述的燃料電池反復(fù)進(jìn)行了認(rèn)真研究，結(jié)果認(rèn)識到以往的燃料電池的氣體擴(kuò)散層仍有謀求排水性的提高的余地。

本發(fā)明是鑒于這樣的狀況而完成的，其目的在于，提供一種謀求燃料電池用氣體擴(kuò)散層中的排水性的提高的技術(shù)。

用于解決課題的技術(shù)方案

為了解決上述課題，本發(fā)明的某個(gè)方式的燃料電池用氣體擴(kuò)散層具備：第一多孔質(zhì)層，具有在一個(gè)主表面開口的槽狀的流體流路；以及第二多孔質(zhì)層，配置在第一多孔質(zhì)層的另一個(gè)主表面一側(cè)。第一多孔質(zhì)層的截面中的每單元面積的導(dǎo)電性纖維的占有面積率小于第二多孔質(zhì)層的截面中的該占有面積率，在流體流路的表面的一部分露出有第二多孔質(zhì)層。

本發(fā)明的另一個(gè)方式是燃料電池。該燃料電池具備：膜電極接合體，由電解質(zhì)膜、設(shè)置在電解質(zhì)膜的一個(gè)面的陽極催化劑層、以及設(shè)置在電解質(zhì)膜的另一個(gè)面的陰極催化劑層構(gòu)成；陽極氣體擴(kuò)散層，配置在膜電極接合體的陽極催化劑層一側(cè)；以及陰極氣體擴(kuò)散層，配置在膜電極接合體的陰極催化劑層一側(cè)。陽極氣體擴(kuò)散層和陰極氣體擴(kuò)散層的至少一方由上述的方式的燃料電池用氣體擴(kuò)散層構(gòu)成。

本發(fā)明的另一個(gè)方式是燃料電池用氣體擴(kuò)散層的形成方法。該方法包括：在將第一多孔質(zhì)片材和第二多孔質(zhì)片材重疊之后，進(jìn)行加熱和加壓的步驟；以及形成流體流路的步驟，所述流體流路是在第一多孔質(zhì)片材的一個(gè)主表面開口的槽狀的流體流路，并且是在表面的一部分中露出有第二多孔質(zhì)片材的流體流路。在形成流體流路的步驟中形成有流體流路的第一多孔質(zhì)片材的截面中的每單元面積的導(dǎo)電性纖維的占有面積率小于第二多孔質(zhì)片材的截面中的該占有面積率。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠謀求燃料電池用氣體擴(kuò)散層中的排水性的提高。

附圖說明

圖1是示意性地示出實(shí)施方式涉及的燃料電池的構(gòu)造的立體圖。

圖2是沿著圖1的A-A線的概略剖視圖。

圖3是示意性地示出燃料電池用氣體擴(kuò)散層的構(gòu)造的剖視圖。

圖4(A)～圖4(D)是示意性地示出實(shí)施方式涉及的燃料電池用氣體擴(kuò)散層的制造方法的工序剖視圖。

圖5(A)～圖5(B)是示意性地示出變形例涉及的燃料電池的構(gòu)造的剖視圖。

圖6(A)～圖6(B)是示意性地示出另一個(gè)變形例涉及的燃料電池的構(gòu)造的剖視圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，在全部的附圖中，對相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，并適當(dāng)?shù)厥÷哉f明。此外，實(shí)施方式并不限定發(fā)明，只是例示，實(shí)施方式記載的全部的特征及其組合未必一定是發(fā)明的本質(zhì)性的特征。

圖1是示意性地示出實(shí)施方式涉及的燃料電池的構(gòu)造的立體圖。圖2是沿著圖1的A-A線的概略剖視圖。本實(shí)施方式的燃料電池1具備大致平板狀的膜電極接合體10以及作為燃料電池用氣體擴(kuò)散層的陽極氣體擴(kuò)散層20和陰極氣體擴(kuò)散層40。以下，在不區(qū)分陽極氣體擴(kuò)散層20和陰極氣體擴(kuò)散層40的情況下，統(tǒng)稱為燃料電池用氣體擴(kuò)散層。陽極氣體擴(kuò)散層20和陰極氣體擴(kuò)散層40設(shè)置為彼此的主表面夾著膜電極接合體10而對置。此外，在陽極氣體擴(kuò)散層20和陰極氣體擴(kuò)散層40各自的與膜電極接合體10相反的主表面?zhèn)仍O(shè)置有隔膜2、4。雖然在本實(shí)施方式中示出了一組膜電極接合體10、陽極氣體擴(kuò)散層20以及陰極氣體擴(kuò)散層40，但是也可以隔著隔膜2、4層疊多組而構(gòu)成燃料電池堆。

膜電極接合體10由電解質(zhì)膜12、設(shè)置在電解質(zhì)膜12的一面的陽極催化劑層14、以及設(shè)置在電解質(zhì)膜12的另一面的陰極催化劑層16構(gòu)成。

電解質(zhì)膜12在濕潤狀態(tài)下表現(xiàn)出良好的離子傳導(dǎo)性，作為使質(zhì)子在陽極催化劑層14與陰極催化劑層16之間移動的離子交換膜發(fā)揮功能。電解質(zhì)膜12例如由含氟聚合物、非氟聚合物等固體高分子材料形成。作為電解質(zhì)膜12的材料，能夠使用磺酸型全氟化碳聚合物、聚砜樹脂、具有膦酸基或碳酸基的全氟化碳聚合物等。此外，作為磺酸型全氟化碳聚合物的例子，可舉出Nafion(杜邦公司制造：注冊商標(biāo))112等。作為非氟聚合物的例子，可舉出磺化了的芳香族聚醚醚酮、聚砜等。電解質(zhì)膜12的厚度例如為10μm以上且200μm以下。

陽極催化劑層14和陰極催化劑層16分別具有離子交換樹脂和催化劑粒子，根據(jù)情況還具有承載催化劑粒子的碳粒子。陽極催化劑層14和陰極催化劑層16所具有的離子交換樹脂發(fā)揮連接催化劑粒子和電解質(zhì)膜12并在兩者之間傳遞質(zhì)子的作用。該離子交換樹脂能夠用與電解質(zhì)膜12相同的高分子材料形成。作為催化劑粒子，可舉出選自Sc、Y、Ti、Zr、V、Nb、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Pt、Os、Ir、鑭系元素、錒系元素的合金、單體這樣的催化劑金屬。此外，作為碳粒子，能夠使用乙炔黑、科琴黑、碳納米管等。陽極催化劑層14和陰極催化劑層16的厚度分別為例如10μm以上且40μm以下。

陽極氣體擴(kuò)散層20配置在膜電極接合體10的陽極催化劑層14側(cè)。陽極氣體擴(kuò)散層20具有第一多孔質(zhì)層22、流體流路24、以及第二多孔質(zhì)層26。陽極氣體擴(kuò)散層20的厚度例如為50μm以上且500μm以下。

圖3是示意性地示出燃料電池用氣體擴(kuò)散層的構(gòu)造的剖視圖。第一多孔質(zhì)層22含有多個(gè)導(dǎo)電性粒子和對該導(dǎo)電性粒子彼此進(jìn)行粘結(jié)的粘合劑樹脂。在圖3中，未分開描繪導(dǎo)電性粒子和粘合劑樹脂，圖示了兩者混合的狀態(tài)。

作為導(dǎo)電性粒子，例如能夠使用碳黑、人造石墨、天然石墨、膨脹石墨等碳粒子、金屬粒子等。關(guān)于導(dǎo)電性粒子的平均粒徑，例如，以一次粒子為0.01μm以上且50μm以下。作為粘合劑樹脂，能夠使用PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)、FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)、ETFE(四氟乙烯-乙烯共聚物)等氟類樹脂。第一多孔質(zhì)層22的厚度例如為30μm以上且300μm以下。

第二多孔質(zhì)層26配置在第一多孔質(zhì)層22的另一個(gè)主表面?zhèn)?，即配置在陽極催化劑層14側(cè)的主表面?zhèn)取５诙嗫踪|(zhì)層26含有長度為30μm以上的多個(gè)導(dǎo)電性纖維28和熱塑性樹脂30。作為導(dǎo)電性纖維28，例如能夠使用聚丙烯腈類碳纖維、人造纖維類碳纖維、瀝青類碳纖維、碳納米管等碳纖維、金屬纖維等。通過改變長度為30μm以上的導(dǎo)電性纖維28以及熱塑性樹脂30的種類、組成并且增減導(dǎo)電性纖維28彼此粘接的粘接點(diǎn)的數(shù)目，從而能夠在寬范圍控制第二多孔質(zhì)層26的透氣度。由此，能夠?qū)Φ诙嗫踪|(zhì)層26賦予所希望的排水性。另外，第二多孔質(zhì)層26的厚度例如為20μm以上且200μm以下。

在此，第一多孔質(zhì)層22也可以含有第二多孔質(zhì)層26中含有的導(dǎo)電性纖維28，其含量小于第二多孔質(zhì)層26中的含量。例如，第一多孔質(zhì)層22的截面中的每單位面積的導(dǎo)電性纖維28的占有面積率小于第二多孔質(zhì)層26中的導(dǎo)電性纖維28的截面中的該占有面積率。導(dǎo)電性纖維28的占有面積率能夠像以下那樣求出。即，首先使用掃描型電子顯微鏡(SEM)拍攝第二多孔質(zhì)層26的截面。然后，在得到的SEM圖像中，測定截面上的每單元面積的導(dǎo)電性纖維28的面積。利用圖像處理來檢測針狀的纖維，從而可測定導(dǎo)電性纖維28的面積。然后，計(jì)算出導(dǎo)電性纖維28的面積相對于單位面積的比例，得到導(dǎo)電性纖維28的占有面積率。SEM圖像的倍率例如為100倍，用該倍率拍攝的SEM圖像中的測定區(qū)域的大小為1000μm×1000μm。

第二多孔質(zhì)層26中的導(dǎo)電性纖維28的占有面積率大于第一多孔質(zhì)層22中的導(dǎo)電性纖維28的占有面積率，因此第二多孔質(zhì)層26的透氣度的控制范圍廣，能夠?qū)崿F(xiàn)透氣度相對高的第二多孔質(zhì)層26和透氣度相對低的第一多孔質(zhì)層22。即，第二多孔質(zhì)層26的透氣度比第一多孔質(zhì)層22高。

流體流路24具有槽狀的形狀，在第一多孔質(zhì)層22的一個(gè)主表面開口。流體流路24配置在隔膜2側(cè)，作為燃料氣體的流路發(fā)揮功能。氫氣等燃料氣體從燃料供給用的分流器(未圖示)分配到流體流路24，從流體流路24經(jīng)過第一多孔質(zhì)層22和第二多孔質(zhì)層26供給到膜電極接合體10的陽極催化劑層14。

流體流路24的表面由第一面80、第二面82、第三面84、第四面86、第五面88構(gòu)成。第一面80設(shè)置為從第一多孔質(zhì)層22的一個(gè)主表面到達(dá)第一多孔質(zhì)層22的內(nèi)部。此外，第五面88設(shè)置為與第一面80對置。在此，第一面80和第五面88相對于垂直于第一多孔質(zhì)層22的一個(gè)主表面的軸(以下，稱為“垂直軸”)而傾斜，使得第一面80與第五面88的距離隨著遠(yuǎn)離第一多孔質(zhì)層22的一個(gè)主表面而變窄。

第二面82設(shè)置為與第一面80連續(xù)地從第一多孔質(zhì)層22的內(nèi)部到達(dá)第二多孔質(zhì)層26。此外，第四面86設(shè)置為與第二面82對置。在此，與第一面80和第五面88同樣地，第二面82和第四面86相對于垂直軸傾斜，但是第二面82和第四面86的傾斜的角度與第一面80和第五面88的傾斜的角度不同。第三面84設(shè)置在第二多孔質(zhì)層26的表面，具有從第二面82與第二多孔質(zhì)層26相接的部分到第四面86與第二多孔質(zhì)層26相接的部分的寬度。通過這樣的結(jié)構(gòu)，在作為流體流路24的表面的一部分的第三面84露出有第二多孔質(zhì)層26。

流體流路24主要形成在第一多孔質(zhì)層22中。第一多孔質(zhì)層22幾乎不含有導(dǎo)電性纖維28，并且含有導(dǎo)電性粒子和粘合劑樹脂，因此成型性高。因此，容易成型流體流路24。

第二多孔質(zhì)層26中包含的導(dǎo)電性纖維28的長軸傾斜，使得與垂直于電解質(zhì)膜12的主表面的方向相比，更接近沿著電解質(zhì)膜12的主表面的方向，由此來配置導(dǎo)電性纖維28。因此，在第二多孔質(zhì)層26中，沿著電解質(zhì)膜12的主表面的方向上的導(dǎo)電性提高。導(dǎo)電性提高，相當(dāng)于電阻減小。此外，因?yàn)榈谝欢嗫踪|(zhì)層22重疊在第二多孔質(zhì)層26，所以第一多孔質(zhì)層22進(jìn)入到第二多孔質(zhì)層26之中。由此，兩者的接點(diǎn)增加，因此與將第二多孔質(zhì)層26彼此進(jìn)行重疊的情況相比，電阻減小。

進(jìn)而，如圖3所示，在從第一多孔質(zhì)層22的一個(gè)主表面?zhèn)冗M(jìn)行投影的情況下，作為第一多孔質(zhì)層22與第二多孔質(zhì)層26重疊的部分的第一區(qū)域90的投影面積大于作為露出有第二多孔質(zhì)層26的部分的第二區(qū)域92的投影面積。第二區(qū)域92相當(dāng)于前述的第三面84。第一區(qū)域90的投影面積大于第二區(qū)域92的投影面積，因此即使在設(shè)置了第二區(qū)域92的情況下，也可抑制第一多孔質(zhì)層22與第二多孔質(zhì)層26的接觸面積的減小，可抑制電阻的增加。

當(dāng)流體流路24的寬度較大時(shí)，由于電子的移動路徑變長，電阻會增大。另一方面，當(dāng)流體流路24的寬度較小時(shí)，氣體的壓損增大，氣體難以流動，因此流體流路24的尺寸例如為，深度為500μm以上且1000μm以下，寬度為0.1mm以上且0.5mm以下，相鄰的流體流路24之間的距離為500μm以上且1000μm以下。此外，當(dāng)?shù)诙^(qū)域92的寬度較大時(shí)，第一多孔質(zhì)層22與第二多孔質(zhì)層26的接觸面積減小，因此電阻增大。另一方面，當(dāng)?shù)诙^(qū)域92的寬度較小時(shí)，后面說明的流體流路44中的排水性降低，因此第二區(qū)域92的寬度優(yōu)選為0.02mm以上且0.05mm以下。另外，雖然在本實(shí)施方式中設(shè)置有5個(gè)流體流路24，但是其數(shù)目沒有特別限定，能夠根據(jù)陽極氣體擴(kuò)散層20的大小等適宜地進(jìn)行設(shè)定。

陰極氣體擴(kuò)散層40配置在膜電極接合體10的陰極催化劑層16側(cè)。陰極氣體擴(kuò)散層40具有第一多孔質(zhì)層42、流體流路44、以及第二多孔質(zhì)層46。陰極氣體擴(kuò)散層40的厚度例如為50μm以上且500μm以下。

第一多孔質(zhì)層42含有多個(gè)導(dǎo)電性粒子和對該導(dǎo)電性粒子彼此進(jìn)行粘結(jié)的粘合劑樹脂。作為導(dǎo)電性粒子和粘合劑樹脂，能夠使用與在第一多孔質(zhì)層22中使用的導(dǎo)電性粒子和粘合劑樹脂相同的導(dǎo)電性粒子和粘合劑樹脂。此外，第一多孔質(zhì)層42的組成和尺寸與第一多孔質(zhì)層22相同。

第二多孔質(zhì)層46配置在第一多孔質(zhì)層42的另一個(gè)主表面?zhèn)?，即，配置在陰極催化劑層16側(cè)的主表面?zhèn)取５诙嗫踪|(zhì)層46含有長度為30μm以上的多個(gè)導(dǎo)電性纖維48和熱塑性樹脂50。作為導(dǎo)電性纖維48和熱塑性樹脂50，能夠舉出與陽極氣體擴(kuò)散層20包含的導(dǎo)電性纖維28和熱塑性樹脂30相同的導(dǎo)電性纖維48和熱塑性樹脂50。此外，第二多孔質(zhì)層46的組成和尺寸與第二多孔質(zhì)層26相同。第一多孔質(zhì)層42的截面中的每單元面積的導(dǎo)電性纖維48的占有面積率小于第二多孔質(zhì)層46的截面中的該占有面積率。此外，第二多孔質(zhì)層46的透氣度比第一多孔質(zhì)層42高。

流體流路44具有槽狀的形狀，并設(shè)置在第一多孔質(zhì)層42的一個(gè)主表面。流體流路44與流體流路24同樣地構(gòu)成。流體流路44作為氧化劑氣體的流路發(fā)揮功能。此外，流體流路44還作為在陰極催化劑層16中生成的水的排水通路發(fā)揮功能?？諝獾妊趸瘎怏w從氧化劑供給用的分流器(未圖示)分配到流體流路44，并且不僅從流體流路44通過第二多孔質(zhì)層46供給到膜電極接合體10的陰極催化劑層16，還在從流體流路44經(jīng)過第一多孔質(zhì)層42之后通過第二多孔質(zhì)層46供給到膜電極接合體10的陰極催化劑層16。因此，在從第一多孔質(zhì)層42的一個(gè)主表面?zhèn)冗M(jìn)行投影的情況下，氧化劑氣體不僅充分供給到與從第一多孔質(zhì)層42露出的第二多孔質(zhì)層46的露出面(即，第三面84)重疊的陰極催化劑層16的第二部分，還充分供給到與第一多孔質(zhì)層42重疊的陰極催化劑層16的第一部分。另外，流體流路44的尺寸與流體流路24相同。

第二多孔質(zhì)層46的透氣度比第一多孔質(zhì)層42高，因此通過電化學(xué)反應(yīng)在陰極催化劑層16中生成的水、從電解質(zhì)膜12移動到陰極催化劑層16的水容易通過。因此，第二多孔質(zhì)層46的排水性比第一多孔質(zhì)層42高。因?yàn)檫@樣的第二多孔質(zhì)層46配置為比第一多孔質(zhì)層42更靠近陰極催化劑層16，所以陰極催化劑層16附近的排水性提高。當(dāng)陰極催化劑層16附近的排水性提高時(shí)，陰極催化劑層16附近的水減少，氣體擴(kuò)散性提高。此外，因?yàn)樵诘谌?4中露出有第二多孔質(zhì)層46，所以來自陰極催化劑層16的水可不經(jīng)由第一多孔質(zhì)層42而直接排出到流體流路44。其結(jié)果是，排水性進(jìn)一步提高。另外，雖然在本實(shí)施方式中設(shè)置有5個(gè)流體流路44，但是其數(shù)目沒有特別限定，能夠根據(jù)陰極氣體擴(kuò)散層40的大小等適宜地進(jìn)行設(shè)定。

另外，有時(shí)將層疊了陽極催化劑層14和陽極氣體擴(kuò)散層20的構(gòu)造稱為陽極，并將層疊了陰極催化劑層16和陰極氣體擴(kuò)散層40的構(gòu)造稱為陰極。

在上述的固體高分子型的燃料電池1中，發(fā)生以下的反應(yīng)。即，當(dāng)作為燃料氣體的氫氣經(jīng)由陽極氣體擴(kuò)散層20供給到陽極催化劑層14時(shí)，在陽極催化劑層14中發(fā)生下述式(1)所示的反應(yīng)，氫分解為質(zhì)子和電子。質(zhì)子在電解質(zhì)膜12中向陰極催化劑層16側(cè)移動。電子移動到外部電路(未圖示)，并從外部電路流入到陰極催化劑層16。另一方面，當(dāng)作為氧化劑氣體的空氣經(jīng)由陰極氣體擴(kuò)散層40供給到陰極催化劑層16時(shí)，在陰極催化劑層16中發(fā)生下述式(2)所示的反應(yīng)，空氣中的氧與質(zhì)子以及電子反應(yīng)而成為水。其結(jié)果是，在外部電路中電子從陽極朝向陰極流動，能夠?qū)С鲭娏?。在陽極催化劑層14和陰極催化劑層16中發(fā)生的反應(yīng)如下。

陽極催化劑層14：H₂→2H⁺+2e^- (1)

陰極催化劑層16：2H⁺+(1/2)O₂+2e^-→H₂O (2)

(燃料電池用氣體擴(kuò)散層的制造工序)

接下來，對實(shí)施方式涉及的燃料電池用氣體擴(kuò)散層的制造方法進(jìn)行說明。圖4(A)～圖4(D)是示意性地示出實(shí)施方式涉及的燃料電池用氣體擴(kuò)散層的制造方法的工序剖視圖。在此，以陽極氣體擴(kuò)散層20為例，對燃料電池用氣體擴(kuò)散層的制造方法進(jìn)行說明。

首先，如圖4(A)所示，準(zhǔn)備第一多孔質(zhì)片材21和第二多孔質(zhì)片材25。第二多孔質(zhì)片材25是含有多個(gè)導(dǎo)電性纖維28(參照圖3)和熱塑性樹脂30(參照圖3)的片材。第一多孔質(zhì)片材21是含有多個(gè)導(dǎo)電性粒子和粘合劑樹脂且上述的導(dǎo)電性纖維28的占有面積率小于第二多孔質(zhì)片材25的截面中的該占有面積率的片材。

接著，如圖4(B)所示，將第一多孔質(zhì)片材21和第二多孔質(zhì)片材25重疊，并配置在第一模具70與第二模具72之間。在第一模具70設(shè)置有與流體流路24的形狀對應(yīng)的凸部74。與凸部74對置的第二模具72的表面是平坦的。

接著，如圖4(C)所示，對第一模具70和第二模具72進(jìn)行合模，并以給定的溫度和壓力對重疊的第一多孔質(zhì)片材21和第二多孔質(zhì)片材25進(jìn)行加熱和加壓。由此，在第一多孔質(zhì)片材21的一個(gè)主表面形成槽狀的流體流路24。在該流體流路24中，在表面的一部分露出有第二多孔質(zhì)片材25。在熱塑性樹脂30為PTFE的情況下，成型時(shí)的壓力和溫度為10MPa、200℃。此外，與此同時(shí)，將第一多孔質(zhì)片材21和第二多孔質(zhì)片材25彼此壓接。在經(jīng)過給定時(shí)間之后，對第一模具70和第二模具72進(jìn)行開模。

通過以上的工序，如圖4(D)所示，可得到具備在一個(gè)主表面具有流體流路24的第一多孔質(zhì)層22和層疊在第一多孔質(zhì)層22的另一個(gè)主表面的第二多孔質(zhì)層26的陽極氣體擴(kuò)散層20。

(變形例)

圖5(A)～圖5(B)、圖6(A)～圖6(B)是示意性地示出變形例涉及的燃料電池1的構(gòu)造的剖視圖。在圖5(A)～圖5(B)、圖6(A)～圖6(B)中，流體流路24的形狀或第二多孔質(zhì)層46的性質(zhì)與至今為止的不同。在圖5(A)中示出了陰極氣體擴(kuò)散層40、陰極催化劑層16。流體流路44的表面由第一面110、第二面112、第三面114、第四面116構(gòu)成。第一面110設(shè)置為從第一多孔質(zhì)層42的一個(gè)主表面到達(dá)第二多孔質(zhì)層46。此外，第四面116設(shè)置為與第一面110對置。在此，第一面110以及第四面116從垂直軸傾斜，使得第一面110與第四面116的距離隨著遠(yuǎn)離第一多孔質(zhì)層42的一個(gè)主表面而變窄。

第二面112設(shè)置為與第一面110連續(xù)地從第二多孔質(zhì)層46的一個(gè)主表面到達(dá)第二多孔質(zhì)層46之中。此外，第三面114設(shè)置為與第二面112對置，并且在第二多孔質(zhì)層46之中與第二面112相連。與第一面110以及第四面116同樣地，第二面112和第三面114從垂直軸傾斜，第二面112以及第三面114的傾斜的角度可以與第一面110以及第四面116的傾斜的角度相同，也可以不同。通過這樣的結(jié)構(gòu)，在作為流體流路44的表面的一部分的第二面112、第三面114露出有第二多孔質(zhì)層46。為了形成第二面112、第三面114，在第二多孔質(zhì)層46也挖有槽，因此排水性提高。

另外，在圖5(A)中，在第二多孔質(zhì)層46與陰極催化劑層16之間層疊有微多孔質(zhì)層100。微多孔質(zhì)層100致密且透氣度低，但是憎水性高，能夠使在陰極催化劑層16中產(chǎn)生的水在不成為液體的情況下以水蒸氣的狀態(tài)向第二多孔質(zhì)層46移動。因此，陰極催化劑層16中的排水性進(jìn)一步提高。

在圖5(B)也示出了陰極氣體擴(kuò)散層40、陰極催化劑層16。流體流路44的表面由第一面120、第二面122、槽部124、第三面126、第四面128構(gòu)成。第一面120設(shè)置為從第一多孔質(zhì)層42的一個(gè)主表面到達(dá)第一多孔質(zhì)層42之中。此外，第四面128設(shè)置為與第一面120對置。在此，第一面120和第四面128沿著垂直軸配置。

第二面122設(shè)置為與第一面120相連并且與第一多孔質(zhì)層42的一個(gè)主表面大致平行，第三面126設(shè)置為與第四面128相連并且與第一多孔質(zhì)層42的一個(gè)主表面大致平行。進(jìn)而，從第二面122與第三面126近接的位置向第二多孔質(zhì)層46之中設(shè)置有槽部124。通過這樣的結(jié)構(gòu)，在作為流體流路44的表面的一部分的槽部124的一部分露出有第二多孔質(zhì)層46。

在圖6(A)也示出了陰極氣體擴(kuò)散層40、陰極催化劑層16。第二多孔質(zhì)層46的透氣度的控制范圍廣，能夠?qū)崿F(xiàn)透氣度相對高的第一多孔質(zhì)層42和透氣度相對低的第二多孔質(zhì)層46。在圖6(A)中，第一多孔質(zhì)層42的透氣度比第二多孔質(zhì)層46高。通過這樣的結(jié)構(gòu)，與微多孔質(zhì)層100同樣地，第二多孔質(zhì)層46能夠?qū)⒃陉帢O催化劑層16中產(chǎn)生的水以水蒸氣的狀態(tài)排出到流體流路44。

在圖6(B)也示出了陰極氣體擴(kuò)散層40、陰極催化劑層16。在從第一多孔質(zhì)層42的一個(gè)主表面?zhèn)冗M(jìn)行投影的情況下，與第一多孔質(zhì)層42重疊的第二多孔質(zhì)層46的第一部分46a的憎水性比與從第一多孔質(zhì)層42露出的露出面(即，第三面84)重疊的第二多孔質(zhì)層46的第二部分46b的憎水性高。在陰極氣體擴(kuò)散層40中生成的水被吸引到憎水性低的第二多孔質(zhì)層46的第二部分46b。另一方面，氧化劑氣體經(jīng)過第一多孔質(zhì)層42、憎水性高的第二多孔質(zhì)層46的第一部分46a供給到陰極催化劑層16。進(jìn)而，剩余的氧化劑氣體從憎水性高的第二多孔質(zhì)層46的第一部分46a流入到憎水性低的第二多孔質(zhì)層46的第二部分46b，將被吸引到第二多孔質(zhì)層46的第二部分46b的生成水壓出到流體流路44而排出。像這樣，可設(shè)置各種形狀的流體流路44和各種性質(zhì)的第二多孔質(zhì)層46。在圖5(A)～圖5(B)、圖6(A)～圖6(B)中，對設(shè)置在陰極氣體擴(kuò)散層40的流體流路44的形狀和第二多孔質(zhì)層46進(jìn)行了說明，設(shè)置在陽極氣體擴(kuò)散層20的流體流路24和第二多孔質(zhì)層26也可以是同樣的形狀。進(jìn)而，雖然在圖5(A)～圖5(B)、圖6(A)～圖6(B)中設(shè)置有微多孔顧層100，但是可以省略微多孔質(zhì)層100，也可以在圖1、圖2中設(shè)置微多孔質(zhì)層100。

根據(jù)本實(shí)施方式，設(shè)置有在導(dǎo)電性纖維的占有面積率小的第一多孔質(zhì)層的一個(gè)主表面開口的槽狀的流體流路，因此能夠容易地對流體流路進(jìn)行成型。此外，因?yàn)榱黧w流路的成型變得容易，所以處理變得容易，能夠降低成本。此外，在第一多孔質(zhì)層的另一個(gè)主表面?zhèn)扰渲糜袑?dǎo)電性纖維的占有面積率大的第二多孔質(zhì)層，因此能夠提高催化劑層附近的排水性。此外，因?yàn)榇呋瘎痈浇呐潘蕴岣撸阅軌蛱岣邭怏w擴(kuò)散性。此外，流體流路部分地貫通第一多孔質(zhì)層而使第二多孔質(zhì)層露出，因此能夠使催化劑層中的生成水不積蓄在第一多孔質(zhì)層而排出到流體流路。此外，因?yàn)槭勾呋瘎又械纳伤环e蓄在第一多孔質(zhì)層而排除到流體流路，所以能夠提高排水性。

此外，因?yàn)樵诘谝欢嗫踪|(zhì)層的另一個(gè)主表面?zhèn)扰渲脤?dǎo)電性纖維的占有面積率大的第二多孔質(zhì)層，所以能夠通過沿著主表面配置的導(dǎo)電性纖維降低沿著主表面的電阻。此外，因?yàn)殡娮杞档?，所以能夠提高?dǎo)電性。此外，因?yàn)閷⒌谝欢嗫踪|(zhì)層和第二多孔質(zhì)層重疊，所以能夠增加接觸點(diǎn)。此外，因?yàn)榻佑|點(diǎn)增加，所以能夠降低電阻。此外，因?yàn)榈谝欢嗫踪|(zhì)層與第二多孔質(zhì)層重疊的部分的投影面積大于露出有第二多孔質(zhì)層的部分的投影面積，所以即使在露出了第二多孔質(zhì)層的情況下，也能夠降低電阻。

本發(fā)明不限定于上述的實(shí)施方式，能夠基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識施加各種設(shè)計(jì)變更等變形，施加了這樣的變形的實(shí)施方式也包含于本發(fā)明的范圍。

在上述的實(shí)施方式中，陽極氣體擴(kuò)散層20和陰極氣體擴(kuò)散層40均具有包含第一多孔質(zhì)層22、42、流體流路24、44、以及第二多孔質(zhì)層26、46的結(jié)構(gòu)。然而，并不特別限定于此，也可以是只有陽極氣體擴(kuò)散層20和陰極氣體擴(kuò)散層40中的任一方具有上述的結(jié)構(gòu)。

在上述的實(shí)施方式中，同時(shí)實(shí)施形成流體流路24的工序和將第二多孔質(zhì)片材25層疊在第一多孔質(zhì)片材21的工序。因此，與獨(dú)立地實(shí)施兩個(gè)工序的情況相比，能夠簡化燃料電池用氣體擴(kuò)散層的制造工序。然而，并不特別限定于該制造工序，將第二多孔質(zhì)片材25層疊在第一多孔質(zhì)片材21的工序也可以在形成流體流路24的工序之前或之后。

在流體流路24的形成工序之后實(shí)施第二多孔質(zhì)片材25的層疊工序的情況下，首先，只將第一多孔質(zhì)片材21配置在第一模具70與第二模具72之間，并進(jìn)行壓制成型而形成流體流路24。接下來，將設(shè)置了流體流路24的第一多孔質(zhì)片材21和第二多孔質(zhì)片材25重疊并配置在第一模具70與第二模具72之間，進(jìn)行壓制成型而將第二多孔質(zhì)片材25層疊在第一多孔質(zhì)片材21。

在流體流路24的形成工序之前實(shí)施第二多孔質(zhì)片材25的層疊工序的情況下，首先將第一多孔質(zhì)片材21和第二多孔質(zhì)片材25重疊，并配置在第一模具70與第二模具72之間，進(jìn)行壓制成型。此時(shí)，第一模具70是不具有凸部74的平坦?fàn)畹哪＞?。由此，在第一多孔質(zhì)片材21層疊第二多孔質(zhì)片材25。接下來，將得到的層疊體配置在第一模具70與第二模具72之間，并進(jìn)行壓制成型。此時(shí)，第一模具70是具有凸部74的模具。由此，在第一多孔質(zhì)片材21形成流體流路24。

附圖標(biāo)記說明

1：燃料電池，10：膜電極接合體，12：電解質(zhì)膜，14：陽極催化劑層，16：陰極催化劑層，20：陽極氣體擴(kuò)散層，22、42：第一多孔質(zhì)層，24、44：流體流路，26、46：第二多孔質(zhì)層，28、48：導(dǎo)電性纖維，30、50：熱塑性樹脂，40：陰極氣體擴(kuò)散層。

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.(修改后)一種燃料電池用氣體擴(kuò)散層，其具備：

第一多孔質(zhì)層，具有在一個(gè)主表面開口的槽狀的流體流路；以及

第二多孔質(zhì)層，配置在所述第一多孔質(zhì)層的另一個(gè)主表面一側(cè)，

所述第一多孔質(zhì)層的截面中的每單元面積的導(dǎo)電性纖維的占有面積率小于所述第二多孔質(zhì)層的截面中的該占有面積率，

在所述流體流路的表面的一部分露出有所述第二多孔質(zhì)層，所述流體流路還被挖入到所述第二多孔質(zhì)層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池用氣體擴(kuò)散層，其中，

在從所述第一多孔質(zhì)層的一個(gè)主表面?zhèn)冗M(jìn)行投影的情況下，所述第一多孔質(zhì)層與所述第二多孔質(zhì)層重疊的部分的投影面積大于所述第二多孔質(zhì)層所露出的部分的投影面積。

3.一種燃料電池，其具備：

膜電極接合體，由電解質(zhì)膜、設(shè)置在所述電解質(zhì)膜的一個(gè)面的陰極催化劑層、以及設(shè)置在所述電解質(zhì)膜的另一個(gè)面的陽極催化劑層構(gòu)成；

陽極氣體擴(kuò)散層，配置在所述膜電極接合體的所述陽極催化劑層一側(cè)；以及

陰極氣體擴(kuò)散層，配置在所述膜電極接合體的所述陰極催化劑層一側(cè)，

所述陽極氣體擴(kuò)散層和所述陰極氣體擴(kuò)散層的至少一方由權(quán)利要求1或2所述的燃料電池用氣體擴(kuò)散層構(gòu)成。

4.一種燃料電池用氣體擴(kuò)散層的形成方法，其包括：

在將第一多孔質(zhì)片材和第二多孔質(zhì)片材重疊之后，進(jìn)行加熱和加壓的步驟；以及

形成流體流路的步驟，所述流體流路是在所述第一多孔質(zhì)片材的一個(gè)主表面開口的槽狀的流體流路，并且是在表面的一部分露出有所述第二多孔質(zhì)片材的流體流路，

在所述形成流體流路的步驟中形成有流體流路的所述第一多孔質(zhì)片材的截面中的每單元面積的導(dǎo)電性纖維的占有面積率小于所述第二多孔質(zhì)片材的截面中的該占有面積率。