帶流路的氣體擴散層的制作方法
帶流路的氣體擴散層的制作方法
【專利摘要】本發明提供確保優異的氣體擴散性且厚度薄的帶流路的氣體擴散層。帶流路的氣體擴散層是在導電性基材B上平行地設置用于形成流路的導電性線材A而成的，該帶流路的氣體擴散層的特征在于，由所述導電性線材A形成的流路的高度為300μm以下，由相鄰的導電性線材A構成的流路的當量直徑為300μm以下。
【專利說明】帶流路的氣體擴散層
【技術領域】
[0001]本發明涉及帶流路的氣體擴散層。本發明尤其涉及發電性能優異、具有高度較低的流路的帶流路的氣體擴散層。
【背景技術】
[0002]近年來，與以能量/環境問題為背景的社會需求、趨勢相呼應，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注。燃料電池是一種清潔的發電系統，其電極反應的產物原則上為水而對地球環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揮發電功能的多個單電池層疊而成的結構。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電裝置而發揮功能。
[0003]在這種燃料電池堆中，隔離膜如上所述地發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揮功能。隔離膜通常通過對金屬板進行沖壓加工或者對石墨板進行切削加工而制作。
[0004]此處，簡單說明PEFC的發電機理，在PEFC的運行時，向單電池的陽極側供給燃料氣體(例如氫氣)，向陰極側供給氧化劑氣體(例如空氣、氧氣)。其結果，在陽極及陰極分別進行下述反應式所示的電化學反應，從而產生電。
[0005][化學式I]
[0006]陽極反應:H2— 2H++2e …(I)
[0007]陰極反應:2H++2e-+(l/2)02— H20...(2)
[0008]為了使上述電化學反應進行，GDL需要具有使燃料氣體、氧化劑氣體高效地擴散而供給于催化劑層的氣體供給功能，已經提出了各種方案。例如，專利文獻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置有形成特定的大空間的導電性構件(線材)。即，專利文獻I中記載了如下內容:用導電性線材形成流路，將在陽極生成的氣體及在陰極生成的水經由該大空間迅速地排出到外部，能夠降低電阻性。
[0009]現有技術文獻
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:日本特開號公報
【發明內容】
[0012]然而，專利文獻I中記載的燃料電池不具有氣體擴散層，而且為了降低電阻而將導電性構件(線材)埋設在催化劑層中，因此無法向催化劑層供給充分的氣體，發電性能不充分。
[0013]因此，本發明是鑒于上述情況而做出的，目的在于提供發電性能優異的氣體擴散層。
[0014]本發明的發明人們為了解決上述問題而進行了深入研究，結果發現通過在配置于催化劑層側的導電性基材上配置具有特定當量直徑的導電性線材而形成流路，從而能夠達成上述目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1的(a)為示出第一實施方式的燃料電池的基本結構的剖面示意圖，圖1的(b)為示出圖1的(a)的導電性基材B和導電性線材A的立體圖以及用虛線包圍的區域的放大立體圖。
[0016]圖2為示出第二實施方式的燃料電池的基本結構的概略剖視圖。
[0017]圖3為示出第三實施方式的燃料電池的基本結構的概略剖視圖。
[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電評價結果的圖。
[0020]圖6為示出另一實施方式的導電性基材B的立體示意圖。
[0021]圖7為用于說明導電性基材B的結構的立體示意圖。
【具體實施方式】
[0022]本發明涉及一種帶流路的氣體擴散層，其是在導電性基材B上平行地設置用于形成流路的導電性線材A而成的，該帶流路的氣體擴散層特征在于，由所述導電性線材A形成的流路的高度為300 μ m以下，由相鄰的導電性線材A構成的流路的當量直徑為300 μ m以下。上述結構中，利用導電性線材形成氣體流路，因此發電性能優異。
[0023]為了車載性、生產率及成本的改善，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膜、在該膜的兩面依次形成的一對催化劑層、氣體擴散層以及氣體流路。其中，考慮到發電功能，催化劑層及電解質膜的厚度為0.0lmm?0.1mm左右。另外，需要氣體流路的高度為0.5_?2mm左右、氣體擴散層的厚度為0.2mm?0.5mm左右。即，由于氣體流路占據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成燃料電池的小型化方面是重要的。但是，現有的結構中，為了高效地去除伴隨發電生成的水并供給發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散層中，通過將導電性線材A平行地配置在導電性基材B上而形成流路。即，導電性線材A及導電性基材B發揮現有燃料電池單電池的氣體擴散層及隔離膜的氣體流路部分的作用。此時，導電性線材A有助于氣體流路的形成，因此與需要微細加工的現有的隔離膜相比，能夠將氣體流路的高度抑制得較低，其結果，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]伴隨發電生成的水的去除能力、發電所需的燃料氣體及氧化氣體的供給能力可以通過調整相鄰的導電性線材A的間距來調整為適當的范圍。因此，通過適當選擇導電性線材A的間距，能夠達成充分的伴隨發電生成的水的去除能力、發電所需的燃料氣體及氧化氣體的供給能力。進而，上述帶流路的氣體擴散層中，將導電性線材A與導電性基材B獨立地配置。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電性線材A、導電性基材B的設計(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散層制作燃料電池時，導電性線材A和導電性基材B兩者都具有導電性，因此能夠高效地使在催化劑層處產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散層能夠發揮充分的伴隨發電生成的水的去除能力、發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散層的燃料電池的發電性能優異。
[0027]以下，關于本發明的燃料電池，使用附圖進行詳細說明。需要說明的是，在【專利附圖】
【附圖說明】中對同一元件標注同一附圖標記，省略重復的說明。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，由于小型且可實現高密度/高功率化，因此優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，特別適用于頻繁發生系統的啟動/停止、輸出變化的汽車用途。
[0029]因此，以下以高分子電解質型燃料電池為例來說明優選的實施方式。
[0030]本實施方式(第一實施方式)的燃料電池10如圖1所示具備高分子電解質膜20。在該高分子電解質膜20的一個面上設有陰極催化劑層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的狀態配置陰極導電性基材B50c。在陰極隔離膜70c側的陰極導電性基材B50c上平行地設置多個陰極導電性線材A60c，形成陰極帶流路的氣體擴散層90c。相鄰的陰極導電性線材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，在高分子電解質膜20的另一個面上設有陽極催化劑層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的狀態配置陽極導電性基材B50a。在陽極隔離膜70a側的陽極導電性基材B50a上平行地配置由多個導電性線材構成的陽極導電性線材A60a，形成陽極帶流路的氣體擴散層90a。相鄰的陽極導電性線材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通過這種結構，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，存在伴隨加工而產生的隔離膜的撓曲、伴隨微細加工而產生的隔離膜的破裂或應變硬化的問題。相對于此，本發明的帶流路的氣體擴散層由于可以使用平滑的隔離膜，因此不會產生上述問題。進而，本發明的帶流路的氣體擴散層在催化劑層與導電性線材A之間作為氣體擴散層配置導電性基材B。因此，使用這種帶流路的氣體擴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，發電性能優異。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，導電性基材B還能夠抑制/防止導電性線材A陷入催化劑層側。因此，能夠達成良好的氣體擴散性和壓損降低。
[0031]此處，高分子電解質膜20、陽極催化劑層30a、陽極導電性基材B50a、陽極導電性線材A60a、陰極催化劑層30c、陰極導電性基材B50c及陰極導電性線材A60c以被層疊的狀態構成膜電極接合體(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，從而構成燃料電池堆。需要說明的是，將高分子電解質膜20、陽極催化劑層30a及陰極催化劑層30c層疊的狀態也稱為“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均配置由導電性線材A和導電性基材B構成的帶流路的氣體擴散層。然而，這種方式應用于陽極和陰極中的至少任意一者即可。即，根據優選的實施方式，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，帶流路的氣體擴散層配置在陽極和陰極中的至少一者側的所述隔離膜與所述膜電極接合體的電極層之間。進而，所述導電性線材A與所述隔離膜電接觸，且所述導電性基材B與所述膜電極接合體的電極層電接觸。由此，能夠借助導電性基材B及導電性線材A充分確保催化劑層與隔離膜之間的導電性，能夠使在陰極催化劑層中產生的電流容易地流通至陰極隔離膜側。因此，能夠確保充分的氣體擴散性及導電性，并且能夠實現燃料電池的薄層化。
[0033]例如，還列舉出如圖2所示那樣的實施方式。即，圖2中示出的第二實施方式的燃料電池中，僅陰極側與圖1同樣地以接近陰極催化劑層30c的狀態配置陰極導電性基材B50c。然后，陰極導電性線材A60c配置在陰極導電性基材B50c與陰極隔離膜70c之間。在陽極側，與通常的燃料電池同樣地配置陽極氣體擴散層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，但本發明也包括如下的與圖2相反的結構。即，僅陽極側與圖1同樣地以接近陽極催化劑層30a的狀態配置陽極導電性基材B50a，陽極導電性線材A60a配置在陽極導電性基材B50a與陽極隔離膜70a之間。陰極側也可以與通常的燃料電池同樣地配置陰極氣體擴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，對本實施方式的燃料電池10的各構件進行詳細說明。需要說明的是，下述說明中，只要沒有特別提到，則陽極側和陰極側的各構件的結構為同樣的定義。因此，以下，在陽極側和陰極側的各構件的結構同樣時，將附圖標記統一地記載。例如，陰極側的導電性基材B50c與陽極側的導電性基材B50a為同樣結構時，將它們統一稱為“導電性基材B50”。需要說明的是，各構件在陽極側和陰極側可以相同也可以不同。
[0035](導電性線材A)
[0036]多個導電性線材A60平行地配置在導電性基材B50上，構成帶流路的氣體擴散層90。此處，導電性線材A60與隔離膜70直接接觸，確保了與隔離膜70之間的導電性。此處，導電性線材A60間的空間成為氣體流路空間100。
[0037]導電性線材A60可以如圖1所示隔著MEA配置于實質上相互重疊那樣的位置(實質上為相同位置)，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，導電性線材A60優選在厚度方向上隔著MEA配置于實質上相互重疊那樣的位置(實質上為相同位置)。
[0038]由導電性線材A形成的流路的高度為300μπι以下。因此，導電性線材Α60的直徑(圖1的(a)中的“D1”)為300 μ m以下。只要導電性線材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成。另外，由于能夠在MEA內部使自氣體流路空間供給的氣體以充分量擴散至導電性線材A正下方的區域，因此燃料電池的發電性能優異。考慮到燃料電池的小型化、伴隨發電生成的水的去除能力、發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，導電性線材A60的直徑(Dl)優選為1ym?300μπι、更優選為50μπι?200μπκ特別優選為ΙΟΟμπι?150μπι。需要說明的是，導電性線材A的截面為圓形時，導電性線材Α60的直徑(Dl)為構成導電性線材A的導電性線材的直徑。導電性線材A的截面形狀不限定于上述圓形，也可以是橢圓形、圓形、不規則形、矩形、三角形等。這種情況下的“導電性線材A的直徑(Dl) ”如上所述為規定氣體流路空間100的高度的長度。優選的是，導電性線材A的截面形狀為圓形或矩形。
[0039]另外，由相鄰的導電性線材A構成的流路的當量直徑(圖1的(a)中的“R”)為300 μ m以下。因此，相鄰的導電性線材A60的間距(圖1的(a)中的“P1”)根據導電性線材A60的直徑適當選擇，為600 μ m以下。相鄰的導電性線材A60的間距(Pl)優選為20 μ m?600 μ m、更優選為ΙΟΟμπι?400μπκ特別優選為200 μ m?300 μ m。只要為這種范圍，就能夠將充分量的氣體(燃料氣體、氧化劑氣體)供給至催化劑層30，另外，能夠充分確保在發電區域中流路所占的比例，因此能夠抑制氣體輸送阻力。因此，燃料電池能夠發揮優異的發電性能。本說明書中，“相鄰的導電性線材A60的間距”為相鄰的導電性線材A的中心間的距離(圖1的(a)中的“P1”的長度)。需要說明的是，“由相鄰的導電性線材A構成的流路的當量直徑”意味著實質上形成氣體流路空間100的相鄰的導電性線材A的距離，為圖1的(a)中的“R”的長度。該“由相鄰的導電性線材A構成的流路的當量直徑(R)”被規定為相鄰的導電性線材A60的間距(Pl)減去導電性線材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電性線材A以如上所述的間距實質上平行地配置，從而能夠高效地將氣體擴散到催化劑層中，確保充分的氣體擴散速度和充分的氣體供給功能。因此，使用本實施方式的燃料電池時，電化學反應的進行受到促進，其結果，能夠達成高輸出化。另外，由于能夠確保充分的氣體擴散速度，因此，特別是設置在陰極側的情況下，容易將在陰極側生成的水排出至氣體擴散方向的下游側。其結果，能夠充分抑制生成水滯留的液泛現象。從該觀點出發，也能夠促進電化學反應的進行，從而實現高輸出化。此外，反應氣體的壓力損失變少，因此流量分布變得均勻，還能夠實現電壓的穩定化。
[0041]除上述之外，優選使具有導電性的導電性基材B50與催化劑層30直接接觸，使具有導電性的導電性線材A60與隔離膜70直接接觸。由此，能夠借助導電性基材B50及導電性線材A60充分確保催化劑層30與隔離膜70之間的導電性，能夠使在陰極催化劑層30c中產生的電流容易地流通至陰極隔離膜70c側。因此，能夠確保充分的氣體擴散性及導電性，并實現燃料電池的薄層化。
[0042]對導電性線材A60的配置沒有特別限制，優選將導電性線材A60以與氣體的流下方向平行的方式平行地配置。即，優選將導電性線材A以與燃料電池(單電池)內的氣體的流動方向平行的方式配置。由此，能夠使陽極側及陰極側的流路設計相同，能夠降低壓力損失。
[0043]對于構成導電性線材A60的材質的導電性材料，沒有特別限制。具體而言，導電性線材A60優選由非導電性的芯材和覆蓋所述非導電性的芯材的導電性的表層材料構成，或者由導電性金屬構成。
[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電性的表層材料，只要是具有導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；導電性的高分子材料、DLC(類金剛石碳)等導電性碳材料等。這些可以單獨使用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，同樣地能夠優選使用在覆蓋上述芯材的導電性的表層材料中例示出的金屬。
[0047]此處，金、鈀的腐蝕抑制/防止的效果優異。因此，在上述中的導電性線材A60為用金屬(特別是金、鈀)覆蓋非導電性的芯材而成時，或者導電性線材A60由金、鈀構成時，能夠抑制/防止腐蝕，提高電池單元的耐久性，故而優選。其中，導電性線材A60更優選由非導電性的芯材以及覆蓋所述非導電性的芯材的導電性的表層材料構成。導電性線材A的中心部由非導電性的芯材制作，因此能夠減輕帶流路的氣體擴散層整體的重量，而且能夠降低成本。
[0048]或者，也可以對導電性線材A60的表面另行實施導電性的防腐蝕處理。通過導電性的防腐蝕處理，從而能夠抑制/防止導電性線材A60的腐蝕，提高電池單元的耐久性。作為上述導電性防腐蝕處理，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)等導電性碳材料的涂布(濺鍍、化學沉積(CVD)、物理沉積(PVD))等現有公知的方法。上述防腐蝕處理可以對導電性線材A進行、對導電性基材B進行、或者在導電性基材B上配置導電性線材A之后進行。考慮到電阻的降低，優選在導電性基材B上配置導電性線材A之后進行防腐蝕處理。
[0049](導電性基材B)
[0050]在導電性基材B50上平行地配置多個導電性線材A，構成帶流路的氣體擴散層90。本發明的帶流路的氣體擴散層具有垂直方向的導電性。因此，導電性線材A優選以與導電性基材B50接觸的方式固定在導電性基材B50上。
[0051]作為導電性基材B50，只要具有導電性，就沒有特別限制。優選的是，導電性基材B由與導電性線材A正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成，或者為無紡布、發泡體或多孔發泡體。更優選的是，導電性基材B由與導電性線材A正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成。由此，能夠實現燃料電池的小型化。
[0052]此處，導電性基材B50由與導電性線材A正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成時，導電性基材B如圖6所示，也可以還具有不與導電性線材A交叉而與所述導電性線材C交叉的導電性線材C’。通過采用這種結構，導電性基材B50的強度增加，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“導電性基材B由與導電性線材A正交而不交叉的I層的導電性線材C形成”是指如圖1的(b)所示的方式。即，導電性基材B50中，多個導電性線材C51以I層的方式平行地配置，此時，各導電性線材C51與導電性線材A60正交而沒有交錯地交叉(即，導電性線材A60只是載置在導電性線材C51上)。另一方面，“導電性線材C與導電性線材A正交且交叉”是指如圖7所示，導電性線材C(圖中的“C”)與導電性線材A正交且交錯地交叉。此外，導電性基材B50也可以由與導電性線材A正交而不交叉的導電性線材C所形成的I個層形成，或者也可以由該層為2層以上的層疊狀態形成。考慮到MEA的厚度的減少(燃料電池的小型化)，導電性基材B50優選由與導電性線材A正交而不交叉的導電性線材C所形成的I個層形成。
[0054]本實施方式中，對導電性線材C51的直徑(圖1的(b)中的“D2”)沒有特別限制。考慮到針對由層疊載荷引起的面外方向的壓縮力而抑制/防止塑性變形的能力、燃料電池的小型化、伴隨發電生成的水的去除能力、發電所需的燃料氣體及氧化氣體的供給能力等，優選為300 μ m以下。只要導電性基材B的直徑(D2)為300 μ m以下，就能夠達成MEA的薄膜化、乃至燃料電池的小型化。另外，在MEA內部，能夠使自氣體流路空間供給的氣體以充分量擴散至導電性基材B正下方的區域，因此燃料電池的發電性能優異。導電性線材C51的直徑(D2)更優選為10 μ m?300 μ m、特別優選為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，能夠達成燃料電池的小型化、伴隨發電生成的水的去除能力、發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，導電性線材C的截面為圓形時，導電性線材C的直徑(D2)為構成導電性線材C的導電性線材的直徑。導電性線材C的截面形狀不限定于上述圓形，也可以為橢圓形、圓形、不規則形、矩形、三角形等。這種情況下的“導電性線材C的直徑(D2)”為規定了導電性線材C在MEA的厚度方向上的總高度的長度。優選的是，導電性基材B的截面形狀為圓形或矩形。
[0055]另外，相鄰的導電性線材C51的間距(P2)優選小于相鄰的導電性線材A的間距(PD (P2〈P1)。此時，導電性線材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產生的電傳送到隔離膜70側。另一方面，導電性線材A以某種程度的間距(大于導電性線材C51的間距)平行地配置，因此能夠確保自隔離膜側的氣體的良好流動。具體而言，相鄰的導電性線材C51的間距(P2)與相鄰的導電性線材A的間距(Pl)的比值(P2/P1)優選為0.1?0.8、更優選為0.2?0.6。
[0056]或者，在未配置導電性線材A這一側的導電性基材B上還配置催化劑層的情況下，相鄰的導電性線材C間的間距的半值也可以滿足下述式⑴。
[0057][數學式I]
[0058]P Xr/t ^ 5 (I)
[0059]優選在未配置導電性線材A這一側的導電性基材B上還配置催化劑層的情況下，相鄰的導電性線材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，通過根據催化劑層的電阻率P和厚度t適當選擇相鄰的導電性線材C間的間距，能夠構成內阻低的燃料電池。此處，由上述式(I): P Xr/t求出的值優選為5以下、更優選為2以下、進一步更優選為I以下、特別優選為0.5以下。
[0061]由此，將具有如上所述的直徑的導電性線材C以如上所述的間距實質上平行地配置而形成導電性基材B，從而高效地將在催化劑層30中產生的電傳送到隔離膜70側。另夕卜，能夠高效地將自隔離膜側供給的氣體供給至催化劑層側。因此，使用上述帶流路的氣體擴散層的燃料電池中，電化學反應的進行受到促進，其結果，能夠達成高輸出化。另外，導電性基材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]在導電性基材B50由與導電性線材A正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成的情況下，對構成導電性線材C的材質的導電性材料沒有特別限制。具體而言，導電性線材C由非導電性的芯材以及覆蓋所述非導電性的芯材的導電性的表層材料構成，或者由金屬構成。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電性的表層材料，只要是具有導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、導電性的高分子材料、導電性碳材料等。這些材料可以單獨使用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，同樣地能夠優選使用在包覆上述芯材的導電性的表層材料中例示出的金屬。上述情況中的、特別是在導電性基材B50為用金屬(特別是金、鈀)覆蓋非導電性的芯材而形成，或者由金、鈀構成的情況下，能夠抑制/防止腐蝕，提高電池單元的耐久性，故而優選。其中，導電性線材C更優選由非導電性的芯材以及覆蓋所述非導電性的芯材的導電性的表層材料構成。由于導電性線材C的中心部由非導電性的芯材制作，因此能夠減輕帶流路的氣體擴散層整體的重量，而且能夠降低成本。
[0063]或者，也可以對導電性基材B或導電性線材C的表面另行實施導電性的防腐蝕處理。通過導電性的防腐蝕處理而能夠抑制/防止導電性基材B或導電性線材C的腐蝕，從而能夠提高電池單元的耐久性。作為上述導電性防腐蝕處理，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)等導電性碳材料的涂布(濺鍍、化學沉積(CVD)、物理沉積(PVD))等現有公知的方法。上述防腐蝕處理可以對導電性線材A進行、對導電性基材B進行、或者在導電性基材B上配置導電性線材A之后進行。考慮到電阻的降低，優選在導電性基材B上配置導電性線材A之后進行防腐蝕處理。
[0064]另外，在導電性基材B為無紡布、發泡體或多孔發泡體的情況下，為了進一步提高拒水性而防止液泛現象等，也可以實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行即可。例如，可列舉出在將導電性基材B浸潰到拒水劑的分散液中后在烘箱等中進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件層疊時的處理及組裝變得容易。
[0065]對導電性基材B的厚度沒有特別限制。考慮到針對由層疊載荷引起的面外方向的壓縮力而抑制/防止塑性變形的能力、燃料電池的小型化等，導電性基材B的厚度優選為300 μ m以下、更優選為5 μ m?200 μ m、特別優選為10 μ m?100 μ m。
[0066](帶流路的氣體擴散層的制造方法)
[0067]帶流路的氣體擴散層的制造方法只要是在導電性基材B上平行地配置用于形成流路的導電性線材A的方法，就沒有特別限制。需要說明的是，以下，說明導電性基材B由與導電性線材A正交而不交叉的I層的導電性線材C形成的情況下的優選實施方式，但不限定于下述方法。另外，其它實施方式的導電性基材B也可以應用同樣的方法或者適當修改后的方法。
[0068]例如，也可以在將導電性線材C以適當的間距平行地配置而形成導電性基材B后，將導電性線材A60直接配置在該導電性基材B上，或者也可以固定在上述導電性基材B上，優選后一種方法。通過該結構，能夠實現均勻的氣體供給。另外，能夠抑制/防止組裝時的導電性線材A的偏移、以及運行中的面壓變化和/或氣壓變化等所導致的導電性線材A的偏移。另外，通過將導電性線材A60固定到導電性基材B50上，能夠提高導電性基材B的彎曲剛度。
[0069]此處，向導電性基材B (導電性線材C)上固定導電性線材A的方法沒有特別限制。例如，導電性線材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，有將導電性基材B與導電性線材A的接點通過焊接、燒結、熔接等而固定的方法等。采用熱接合時，即使導電性基材B及導電性線材A上存在未施加面壓的部位、未接觸的部位，也能夠確保導電性。另外，熱接合從操作的容易性等角度出發是有利的。
[0070]或者，導電性線材A和C為用導電性的表層材料覆蓋非導電性的芯材而成時，優選使用如下所述的方法。即，首先將導電性線材C的非導電性的芯材部分以適當的間距排列整齊而形成基材B’，然后將導電性線材A的非導電性的芯材部分(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’用導電性的表層材料覆蓋[工序(b)]，從而能夠制作在導電性基材B上平行地配置用于形成流路的導電性線材A而成的帶流路的氣體擴散層。
[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)，優選在將線材A’固定于基材B’之后進行工序(b)。通過這種方法，能夠實現均勻的氣體供給，能夠抑制/防止組裝時的導電性線材A偏移、以及運行中的面壓變化或氣體圧變化等所導致的導電性線材A偏移。另外，通過將導電性線材A60固定于導電性基材B50上，從而能夠提高導電性基材B的彎曲剛度。此外，即使在導電性線材A60并非直線形狀時，也能夠通過將其與導電性基材B的接點固定而提高導電性基材B的面內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，以樹脂材料的熔點以上的溫度進行加熱熔融。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)會稍小于導電性線材A和導電性線材C的尺寸(導電性線材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’的由導電性的表層材料進行的包覆也沒有特別限制。具體而言，可列舉出:粘貼導電性的表層材料的薄膜的方法；用導電性的表層材料進行鍍覆(金屬鍍覆)的方法等。
[0073]特別優選的是，將導電性線材C的非導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)進行鍍覆。采用該方法時，導電性線材A和C的中心部由非導電性的芯材制作，因此能夠減輕帶流路的氣體擴散層整體的重量，而且能夠降低成本。
[0074]本發明的帶流路的氣體擴散層的厚度方向的(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電性線材C51的間距來規定。即，相鄰的導電性線材C51的間距(圖1的(b)中的“P2”)為480μπι以下、優選為5μπι?480 μ m、更優選為20μπι?300μπκ特別優選為30μπι?150μπι。只要為這種范圍，就能夠達成MEA的薄膜化、乃至燃料電池的小型化。另外，能夠將在催化劑層30產生的電效率良好地傳送到隔離膜70側。因此，燃料電池能夠發揮優異的發電性能。另外，由于相鄰的導電性線材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，“相鄰的導電性線材C51的間距”為相鄰的導電性線材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JISP8117(1998年)在0.879g/mm2壓力下10cc的空氣透過膜的秒數。
[0075]對帶流路的氣體擴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、伴隨發電生成的水的去除能力、發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，優選為55 μ m?600 μ m。更優選為100 μ m?350 μ m。
[0076]另外，對帶流路的氣體擴散層的尺寸也沒有特別限制。優選的是，帶流路的氣體擴散層優選具有在將與導電性線材A平行的方向的長度設為L、與導電性線材A垂直的方向的長度設為W時的L/W的比例為2以下的矩形。通過這種結構，能夠將氣體(燃料氣體、氧化劑氣體)效率良好地分配到隔離膜。上述L/W的比例更優選為0.05?2、進一步更優選為
0.1?1.5、特別優選為0.2?1.2。
[0077]帶流路的氣體擴散層10必須包含導電性基材B50c和導電性線材A60c或者導電性基材B50a和導電性線材A60a。除了上述結構構件之外，也可以如圖3 (第三實施方式的燃料電池)所示、在未配置導電性線材A60的一側的導電性基材B50上形成導電性顆粒層40。通過這種導電性顆粒層40的配置，催化劑層30與導電性基材B50的密合性提高，因此MEA80與導電性基材B50之間的接觸電阻降低，能夠提高MEA80內部的面內方向的導電性并提高集電性能。因此，導電性基材B50由與導電性線材A60正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成時，能夠將導電性線材C的間距設定得較大。另外，能夠更容易地將滯留于導電性基材B50的液態水排出。此外，導電性顆粒層40作為保護層發揮功能，避免導電性基材B50與MEA80直接接觸，能夠提高導電性基材B50的耐腐蝕性，另外，能夠防止由導電性基材B50的壓接導致的催化劑層30的破損。對導電性顆粒層40的形成方法沒有特別限制，可以使用將導電性顆粒層40壓接到催化劑層30上等的方法。
[0078]需要說明的是，圖3中雖然設有陰極導電性微顆粒層40c和陽極導電性微顆粒層40a兩者，但也可以僅設置其中任一者。另外，圖3的方式與圖1的方式相對應，也適用于其它的方式。
[0079]導電性顆粒層40根據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、膨脹石墨等現有的通常的碳顆粒即可。其中，從電子傳導性優異、比表面積較大的角度出發，可優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為10 μ m?10nm左右。由此,能夠獲得基于毛細管力的高排水性，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、電極反應時的耐腐蝕性等優異的角度出發，優選使用氟系高分子材料。關于碳顆粒層中的碳顆粒與拒水劑的混合比，碳顆粒過多時，擔心得不到期待程度的拒水性，而拒水劑過多時，擔心得不到充分的電子傳導性。考慮到這些，碳顆粒層中的碳顆粒與拒水劑的混合比以質量比設為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散層的拒水性來適當確定即可。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連接而構成燃料電池堆時將各電池單元以串聯方式電連接的功能。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、不銹鋼等金屬等現有公知的材料。本實施方式中，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電性線材A121a。需要說明的是，隔離膜70由于能夠利用導電性線材A60或導電性基材B50得到充分的氣體供給功能，因此不需要形成在現有的隔離膜上形成的那樣的溝槽狀的導電性線材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電性線材A。但是，在本實施方式的隔離膜70的情況下，不需要形成溝槽狀的導電性線材A121a，因此能夠實現成本降低。進而，由于不需要形成溝槽狀的導電性線材A121a，因此能夠減小隔離膜70的厚度方向的尺寸、進而減小燃料電池10的厚度方向的尺寸。
[0083](高分子電解質膜)
[0084]高分子電解質膜20具有在燃料電池10運行時使在陽極催化劑層30a生成的質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，高分子電解質膜20還具有作為用于不使供給至陽極側的燃料氣體與供給至陰極側的氧化劑氣體發生混合的隔壁的功倉泛。
[0085]作為高分子電解質膜20，沒有特別限定，可以適當采用由燃料電池的【技術領域】中現有公知的高分子電解質形成的膜。例如，可以使用Naf1n(注冊商標、杜邦公司制造)、ACIPLEX (注冊商標、旭化成株式會社制造)、Flem1n(注冊商標、旭硝子株式會社制造)等由全氟碳磺酸系聚合物構成的氟系高分子電解質膜、陶氏化學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聚合物的樹脂膜等氟素系高分子電解質、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膜、在高分子多微孔膜中浸滲液體電解質而得到的膜、在多孔體中填充高分子電解質而得到的膜等。所述高分子電解質膜中使用的高分子電解質與各催化劑層中使用的高分子電解質可以相同也可以不同，從提高各催化劑層與高分子電解質膜的密合性的觀點出發，優選使用相同的物質。
[0086]作為高分子電解質膜20的厚度，考慮得到的MEA的特性來適當確定即可，優選為5 μ m?300 μ m、更優選為10 μ m?200 μ m。從制膜時的強度、MEA工作時的耐久性的觀點出發，優選為5μπι以上，從MEA工作時的輸出特性的觀點出發，優選為300 μ m以下。
[0087]另外，作為高分子電解質膜20，除了如上所述的由氟系高分子電解質、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成分而得到的膜。
[0088](催化劑層)
[0089]催化劑層30為實際上進行電池反應的層。具體而言，陽極催化劑層30a中進行氫的氧化反應，陰極催化劑層30c中進行氧的還原反應。催化劑層包含催化劑成分、負載催化劑成分的導電性的催化劑載體及高分子電解質。
[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合金化的金屬的種類等而不同，本領域技術人員可以適當選擇，優選的是，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、具有金屬性質的物質的總稱。關于合金的組織，有成分元素分別形成獨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，關于兩者為同樣定義，統一稱為“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，適當選擇以便發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，催化劑成分優選為顆粒狀。此時，催化劑顆粒的平均粒徑越小，進行電化學反應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，但實際上，如果平均粒徑過小，反而觀察到氧還原活性降低的現象。因此，催化劑墨中所含的催化劑顆粒的平均粒徑為Inm?30nm、更優選為1.5nm?20nm、進一步更優選為2nm?10nm、特別優選為2nm?5nm的顆粒狀。從負載的容易度的觀點出發，優選為Inm以上,從催化劑利用率的觀點出發，優選為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行測定。
[0092]催化劑顆粒被負載于導電性載體而形成電極催化劑。此處，作為導電性載體，只要具有將催化劑顆粒以期望的分散狀態負載的比表面積并作為集電體具有充分的電子導電性即可，優選主要成分為碳。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成、基本上由碳原子構成這兩者的概念。根據情況，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，基本上由碳原子構成意味著允許混入2質量％?3質量％左右以下的雜質。
[0093]導電性載體的BET比表面積只要為足夠高分散負載催化劑成分的比表面積即可，優選設為20m2/g?1600m2/g、更優選設為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向導電性載體中的分散性，得到充分的發電性能，另外還能夠確保催化劑成分和高分子電解質的充分的有效利用率。另外，對導電性載體的尺寸沒有特別限定，從負載的容易度、催化劑利用率、將催化劑層的厚度控制在適當范圍內等觀點出發，平均粒徑設為5nm?200nm、優選設為1nm?10nm左右是較好的。
[0094]另外，相對于電極催化劑的總量，催化劑成分的負載量優選設為10質量％?80質量％、更優選設為30質量％?70質量％。只要為這種負載量，就能夠使催化劑成分良好地分散在導電性載體上，確保每單位質量中的催化活性，提高發電性能，而且在經濟上是有利的。需要說明的是，催化劑成分的負載量可以利用電感耦合等離子體發射光譜法(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。此處，作為高分子電解質，沒有特別限定，可以使用公知的物質，只要為至少具有較高的質子傳導性的材料即可。此時可以使用的高分子電解質大致分類為:聚合物骨架的全部或一部分含有氟原子的氟系電解質；聚合物骨架中不含氟原子的烴系電解質。作為氟系電解質，具體而言，作為優選的一個例子，可列舉出Naf1n(注冊商標、杜邦公司制造)、ACIPLEX(注冊商標、旭化成株式會社制造)、Flem1n (注冊商標、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，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。高分子電解質從耐熱性、化學的穩定性等優異出發優選包含氟原子，其中，可優選地列舉出Naf1n (注冊商標、杜邦公司制造)、ACIPLEX (注冊商標、旭化成株式會社制造)、Flem1n (注冊商標、旭硝子株式會社制造)等氟系電解質。
[0096]另外，催化劑成分向導電性載體上的負載可以通過公知的方法進行。例如，可以使用浸滲法、液相還原負載法、蒸發干固法、膠體吸附法、噴霧熱解法、反膠束(微型乳膠法)等公知的方法。或者，電極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，可以適當參見燃料電池領域中現有公知的技術常識。另外，對運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，從能夠實現高輸出化的觀點出發，優選使用氫氣、甲醇。
[0098]進而，為了使燃料電池能夠發揮期望的電壓，可以形成隔著隔離膜70將多個膜電極接合體(MEA) 80層疊并串聯連接而成的結構的燃料電池堆。對燃料電池的形狀等沒有特別限定，適當確定以便獲得期望的電壓等電池特性即可。
[0099]本實施方式的燃料電池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空間及后備箱。根據情況，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動機室。上述燃料電池10、燃料電池堆210由于輸出特性及耐久性優異，因此提供長時間可靠性高的燃料電池搭載車輛。
[0100]實施例
[0101]使用以下的實施例和比較例詳細說明上述帶流路的氣體擴散層的效果，但并不僅限制于以下的實施例。
[0102][實施例1]
[0103]準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’表面實施化學鍍鈀(單位面積重量約lg/m2)、進而電鍍金(厚度約20nm)，從而賦予電子傳導性，制作帶流路的氣體擴散層(帶流路的GDL)。該帶流路的氣體擴散層中，相鄰的導電性線材A的間隙發揮燃料電池發電時的氧氣流路或氫氣流路的功能，排列整齊的導電性線材A具有所述流路的形狀保持以及作為氣體擴散層的功能。將該帶流路的氣體擴散層切出寬度50mmX長度50mm的矩形，觀察與線材A垂直地切斷而成的端面。其結果，帶流路的氣體擴散層的厚度為130μπι?135μπι，導電性線材A的高度約為ΙΟΟμπι，相鄰的導電性線材Α60的間距(Pl)約為200μπι，形成了所期望的流路結構。
[0104]接著，在電解質膜(杜邦公司制造、高分子電解質膜Naf1n211)的兩面上涂覆包含鉬負載碳的催化劑層，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對稱的方式分別設置I個氣體供給用的孔(直徑3_)。進而，在包含池狀的臺階和一對歧管的外周設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-帶流路的氣體擴散層-CCM-帶流路的氣體擴散層-隔離膜-集電板-端板(陽極)的順序層疊，構成小尺寸燃料電池單電池。此處，各個帶流路的氣體擴散層以導電性基材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，調溫至80°C，然后在如下的條件下進行發電評價。即，將化學計量比設為1.5(陽極)、2.0(陰極)，將氣體的入口相對濕度設為陽極40% RH和陰極70% RH，在運行壓力200kPa (絕對壓力)、電流密度1.2A/cm2下運行。將結果示于圖5。
[0107]實施例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穩定地運行。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’表面實施化學鍍鈀(單位面積重量約lg/m2)、進而電鍍金(厚度約20nm)，得到導電性基材B。對于得到的導電性基材B測定貫通電阻和Gurley透氣度,結果分別為30mQ/cm2以下和300秒以下。
[0109][比較例I]
[0110]在實施例1中，作為不帶流路的現有的氣體擴散層，使用由線材C’構成的平紋網(厚度100 μ)來代替帶流路的氣體擴散層，除此之外，通過與實施例1相同的方法制作小尺寸燃料電池單電池，嘗試進行其發電評價。
[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散層都不具有在燃料電池發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施發電評價。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]在實施例1中，作為不帶流路的現有的氣體擴散層，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，通過與實施例1同樣的方法制作小尺寸燃料電池單電池，進行其發電評價。將結果示于圖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，因此能夠進行發電評價，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]在實施例1中，作為不帶流路的現有的氣體擴散層，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，通過與實施例1同樣的方法制作小尺寸燃料電池單電池，進行其發電評價。將結果示于圖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，因此能夠進行發電評價，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]根據圖5所示的結果可知，關于具有帶流路的氣體擴散層的實施例1的燃料電池的發電特性，獲得了與使用帶流路的隔離膜和不帶流路的氣體擴散層的通常的燃料電池的發電特性同等以上的電壓。
[0119]另一方面，將實施例1與比較例3進行比較，實施例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。結合這一點來考慮，考察出:通過使用帶流路的氣體擴散層，每隔離膜間距離取出相當于2.1倍的輸出。即，帶流路的氣體擴散層例如能夠適用于強烈要求小型高輸出化的車載用燃料電池用途等。
[0120]附圖標記說明
[0121]10…燃料電池，
[0122]20…高分子電解質膜，
[0123]30a…陽極催化劑層，
[0124]30c…陰極催化劑層，
[0125]40a…陽極側的導電性顆粒層，
[0126]40c…陰極側的導電性顆粒層，
[0127]50a…陽極導電性基材B,
[0128]50c…陰極導電性基材B，
[0129]60a…陽極導電性線材A，
[0130]60c…陰極導電性線材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…陽極側的氣體流路空間，
[0135]10c…陰極側的氣體流路空間，
[0136]I 1a…陽極氣體擴散層，
[0137]120a…隔離膜，
[0138]121a…溝槽狀的導電性線材A，
[0139]200…燃料電池車，
[0140]210…燃料電池堆。
【權利要求】
1.一種帶流路的氣體擴散層，其是在導電性基材B上平行地設置用于形成流路的導電性線材A而成的，該帶流路的氣體擴散層的特征在于， 由所述導電性線材A形成的流路的高度為300 μ m以下， 由相鄰的導電性線材A構成的流路的當量直徑為300 μ m以下。
2.根據權利要求1所述的帶流路的氣體擴散層，其中，所述導電性基材B由與所述導電性線材A正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成，或者為無紡布、發泡體或多孔發泡體。
3.根據權利要求2所述的帶流路的氣體擴散層，其中，所述導電性基材B由與所述導電性線材A正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成。
4.根據權利要求3所述的帶流路的氣體擴散層，其中，在未配置所述導電性線材A這一側的導電性基材B上進一步配置催化劑層的情況下，相鄰的導電性線材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.根據權利要求3或4所述的帶流路的氣體擴散層，其中，所述導電性基材B還具有不與所述導電性線材A交叉而與所述導電性線材C交叉的導電性線材C’。
6.根據權利要求1?5的任一項所述的帶流路的氣體擴散層，其中，所述導電性線材A由非導電性的芯材和覆蓋所述非導電性的芯材的導電性的表層材料構成，或者由金屬構成。
7.根據權利要求1?6的任一項所述的帶流路的氣體擴散層，其中，在未配置所述導電性線材A這一側的導電性基材B上形成導電性顆粒層。
8.根據權利要求1?7的任一項所述的帶流路的氣體擴散層，其中，該帶流路的氣體擴散層具有下述矩形:在將所述帶流路的氣體擴散層的與所述導電性線材A平行的方向的長度設為L、與所述導電性線材A垂直的方向的長度設為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， 權利要求1?8的任一項所述的帶流路的氣體擴散層配置于陽極和陰極中的至少一者那一側的所述隔離膜與所述膜電極接合體的電極層之間， 所述導電性線材A與所述隔離膜電連接，且所述導電性基材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 優先權日:2012年3月14日
【發明者】長谷川卓也, 寺崎久雄 申請人:日產自動車株式會社, 旭化成紡織國際貿易
【專利摘要】本發明提供確保優異的氣體擴散性且厚度薄的帶流路的氣體擴散層。帶流路的氣體擴散層是在導電性基材B上平行地設置用于形成流路的導電性線材A而成的，該帶流路的氣體擴散層的特征在于，由所述導電性線材A形成的流路的高度為300μm以下，由相鄰的導電性線材A構成的流路的當量直徑為300μm以下。
【專利說明】帶流路的氣體擴散層
【技術領域】
[0001]本發明涉及帶流路的氣體擴散層。本發明尤其涉及發電性能優異、具有高度較低的流路的帶流路的氣體擴散層。
【背景技術】
[0002]近年來，與以能量/環境問題為背景的社會需求、趨勢相呼應，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注。燃料電池是一種清潔的發電系統，其電極反應的產物原則上為水而對地球環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揮發電功能的多個單電池層疊而成的結構。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電裝置而發揮功能。
[0003]在這種燃料電池堆中，隔離膜如上所述地發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揮功能。隔離膜通常通過對金屬板進行沖壓加工或者對石墨板進行切削加工而制作。
[0004]此處，簡單說明PEFC的發電機理，在PEFC的運行時，向單電池的陽極側供給燃料氣體(例如氫氣)，向陰極側供給氧化劑氣體(例如空氣、氧氣)。其結果，在陽極及陰極分別進行下述反應式所示的電化學反應，從而產生電。
[0005][化學式I]
[0006]陽極反應:H2— 2H++2e …(I)
[0007]陰極反應:2H++2e-+(l/2)02— H20...(2)
[0008]為了使上述電化學反應進行，GDL需要具有使燃料氣體、氧化劑氣體高效地擴散而供給于催化劑層的氣體供給功能，已經提出了各種方案。例如，專利文獻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置有形成特定的大空間的導電性構件(線材)。即，專利文獻I中記載了如下內容:用導電性線材形成流路，將在陽極生成的氣體及在陰極生成的水經由該大空間迅速地排出到外部，能夠降低電阻性。
[0009]現有技術文獻
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:日本特開號公報
【發明內容】
[0012]然而，專利文獻I中記載的燃料電池不具有氣體擴散層，而且為了降低電阻而將導電性構件(線材)埋設在催化劑層中，因此無法向催化劑層供給充分的氣體，發電性能不充分。
[0013]因此，本發明是鑒于上述情況而做出的，目的在于提供發電性能優異的氣體擴散層。
[0014]本發明的發明人們為了解決上述問題而進行了深入研究，結果發現通過在配置于催化劑層側的導電性基材上配置具有特定當量直徑的導電性線材而形成流路，從而能夠達成上述目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1的(a)為示出第一實施方式的燃料電池的基本結構的剖面示意圖，圖1的(b)為示出圖1的(a)的導電性基材B和導電性線材A的立體圖以及用虛線包圍的區域的放大立體圖。
[0016]圖2為示出第二實施方式的燃料電池的基本結構的概略剖視圖。
[0017]圖3為示出第三實施方式的燃料電池的基本結構的概略剖視圖。
[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電評價結果的圖。
[0020]圖6為示出另一實施方式的導電性基材B的立體示意圖。
[0021]圖7為用于說明導電性基材B的結構的立體示意圖。
【具體實施方式】
[0022]本發明涉及一種帶流路的氣體擴散層，其是在導電性基材B上平行地設置用于形成流路的導電性線材A而成的，該帶流路的氣體擴散層特征在于，由所述導電性線材A形成的流路的高度為300 μ m以下，由相鄰的導電性線材A構成的流路的當量直徑為300 μ m以下。上述結構中，利用導電性線材形成氣體流路，因此發電性能優異。
[0023]為了車載性、生產率及成本的改善，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膜、在該膜的兩面依次形成的一對催化劑層、氣體擴散層以及氣體流路。其中，考慮到發電功能，催化劑層及電解質膜的厚度為0.0lmm?0.1mm左右。另外，需要氣體流路的高度為0.5_?2mm左右、氣體擴散層的厚度為0.2mm?0.5mm左右。即，由于氣體流路占據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成燃料電池的小型化方面是重要的。但是，現有的結構中，為了高效地去除伴隨發電生成的水并供給發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散層中，通過將導電性線材A平行地配置在導電性基材B上而形成流路。即，導電性線材A及導電性基材B發揮現有燃料電池單電池的氣體擴散層及隔離膜的氣體流路部分的作用。此時，導電性線材A有助于氣體流路的形成，因此與需要微細加工的現有的隔離膜相比，能夠將氣體流路的高度抑制得較低，其結果，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]伴隨發電生成的水的去除能力、發電所需的燃料氣體及氧化氣體的供給能力可以通過調整相鄰的導電性線材A的間距來調整為適當的范圍。因此，通過適當選擇導電性線材A的間距，能夠達成充分的伴隨發電生成的水的去除能力、發電所需的燃料氣體及氧化氣體的供給能力。進而，上述帶流路的氣體擴散層中，將導電性線材A與導電性基材B獨立地配置。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電性線材A、導電性基材B的設計(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散層制作燃料電池時，導電性線材A和導電性基材B兩者都具有導電性，因此能夠高效地使在催化劑層處產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散層能夠發揮充分的伴隨發電生成的水的去除能力、發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散層的燃料電池的發電性能優異。
[0027]以下，關于本發明的燃料電池，使用附圖進行詳細說明。需要說明的是，在【專利附圖】
【附圖說明】中對同一元件標注同一附圖標記，省略重復的說明。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，由于小型且可實現高密度/高功率化，因此優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，特別適用于頻繁發生系統的啟動/停止、輸出變化的汽車用途。
[0029]因此，以下以高分子電解質型燃料電池為例來說明優選的實施方式。
[0030]本實施方式(第一實施方式)的燃料電池10如圖1所示具備高分子電解質膜20。在該高分子電解質膜20的一個面上設有陰極催化劑層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的狀態配置陰極導電性基材B50c。在陰極隔離膜70c側的陰極導電性基材B50c上平行地設置多個陰極導電性線材A60c，形成陰極帶流路的氣體擴散層90c。相鄰的陰極導電性線材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，在高分子電解質膜20的另一個面上設有陽極催化劑層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的狀態配置陽極導電性基材B50a。在陽極隔離膜70a側的陽極導電性基材B50a上平行地配置由多個導電性線材構成的陽極導電性線材A60a，形成陽極帶流路的氣體擴散層90a。相鄰的陽極導電性線材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通過這種結構，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，存在伴隨加工而產生的隔離膜的撓曲、伴隨微細加工而產生的隔離膜的破裂或應變硬化的問題。相對于此，本發明的帶流路的氣體擴散層由于可以使用平滑的隔離膜，因此不會產生上述問題。進而，本發明的帶流路的氣體擴散層在催化劑層與導電性線材A之間作為氣體擴散層配置導電性基材B。因此，使用這種帶流路的氣體擴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，發電性能優異。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，導電性基材B還能夠抑制/防止導電性線材A陷入催化劑層側。因此，能夠達成良好的氣體擴散性和壓損降低。
[0031]此處，高分子電解質膜20、陽極催化劑層30a、陽極導電性基材B50a、陽極導電性線材A60a、陰極催化劑層30c、陰極導電性基材B50c及陰極導電性線材A60c以被層疊的狀態構成膜電極接合體(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，從而構成燃料電池堆。需要說明的是，將高分子電解質膜20、陽極催化劑層30a及陰極催化劑層30c層疊的狀態也稱為“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均配置由導電性線材A和導電性基材B構成的帶流路的氣體擴散層。然而，這種方式應用于陽極和陰極中的至少任意一者即可。即，根據優選的實施方式，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，帶流路的氣體擴散層配置在陽極和陰極中的至少一者側的所述隔離膜與所述膜電極接合體的電極層之間。進而，所述導電性線材A與所述隔離膜電接觸，且所述導電性基材B與所述膜電極接合體的電極層電接觸。由此，能夠借助導電性基材B及導電性線材A充分確保催化劑層與隔離膜之間的導電性，能夠使在陰極催化劑層中產生的電流容易地流通至陰極隔離膜側。因此，能夠確保充分的氣體擴散性及導電性，并且能夠實現燃料電池的薄層化。
[0033]例如，還列舉出如圖2所示那樣的實施方式。即，圖2中示出的第二實施方式的燃料電池中，僅陰極側與圖1同樣地以接近陰極催化劑層30c的狀態配置陰極導電性基材B50c。然后，陰極導電性線材A60c配置在陰極導電性基材B50c與陰極隔離膜70c之間。在陽極側，與通常的燃料電池同樣地配置陽極氣體擴散層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，但本發明也包括如下的與圖2相反的結構。即，僅陽極側與圖1同樣地以接近陽極催化劑層30a的狀態配置陽極導電性基材B50a，陽極導電性線材A60a配置在陽極導電性基材B50a與陽極隔離膜70a之間。陰極側也可以與通常的燃料電池同樣地配置陰極氣體擴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，對本實施方式的燃料電池10的各構件進行詳細說明。需要說明的是，下述說明中，只要沒有特別提到，則陽極側和陰極側的各構件的結構為同樣的定義。因此，以下，在陽極側和陰極側的各構件的結構同樣時，將附圖標記統一地記載。例如，陰極側的導電性基材B50c與陽極側的導電性基材B50a為同樣結構時，將它們統一稱為“導電性基材B50”。需要說明的是，各構件在陽極側和陰極側可以相同也可以不同。
[0035](導電性線材A)
[0036]多個導電性線材A60平行地配置在導電性基材B50上，構成帶流路的氣體擴散層90。此處，導電性線材A60與隔離膜70直接接觸，確保了與隔離膜70之間的導電性。此處，導電性線材A60間的空間成為氣體流路空間100。
[0037]導電性線材A60可以如圖1所示隔著MEA配置于實質上相互重疊那樣的位置(實質上為相同位置)，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，導電性線材A60優選在厚度方向上隔著MEA配置于實質上相互重疊那樣的位置(實質上為相同位置)。
[0038]由導電性線材A形成的流路的高度為300μπι以下。因此，導電性線材Α60的直徑(圖1的(a)中的“D1”)為300 μ m以下。只要導電性線材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成。另外，由于能夠在MEA內部使自氣體流路空間供給的氣體以充分量擴散至導電性線材A正下方的區域，因此燃料電池的發電性能優異。考慮到燃料電池的小型化、伴隨發電生成的水的去除能力、發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，導電性線材A60的直徑(Dl)優選為1ym?300μπι、更優選為50μπι?200μπκ特別優選為ΙΟΟμπι?150μπι。需要說明的是，導電性線材A的截面為圓形時，導電性線材Α60的直徑(Dl)為構成導電性線材A的導電性線材的直徑。導電性線材A的截面形狀不限定于上述圓形，也可以是橢圓形、圓形、不規則形、矩形、三角形等。這種情況下的“導電性線材A的直徑(Dl) ”如上所述為規定氣體流路空間100的高度的長度。優選的是，導電性線材A的截面形狀為圓形或矩形。
[0039]另外，由相鄰的導電性線材A構成的流路的當量直徑(圖1的(a)中的“R”)為300 μ m以下。因此，相鄰的導電性線材A60的間距(圖1的(a)中的“P1”)根據導電性線材A60的直徑適當選擇，為600 μ m以下。相鄰的導電性線材A60的間距(Pl)優選為20 μ m?600 μ m、更優選為ΙΟΟμπι?400μπκ特別優選為200 μ m?300 μ m。只要為這種范圍，就能夠將充分量的氣體(燃料氣體、氧化劑氣體)供給至催化劑層30，另外，能夠充分確保在發電區域中流路所占的比例，因此能夠抑制氣體輸送阻力。因此，燃料電池能夠發揮優異的發電性能。本說明書中，“相鄰的導電性線材A60的間距”為相鄰的導電性線材A的中心間的距離(圖1的(a)中的“P1”的長度)。需要說明的是，“由相鄰的導電性線材A構成的流路的當量直徑”意味著實質上形成氣體流路空間100的相鄰的導電性線材A的距離，為圖1的(a)中的“R”的長度。該“由相鄰的導電性線材A構成的流路的當量直徑(R)”被規定為相鄰的導電性線材A60的間距(Pl)減去導電性線材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電性線材A以如上所述的間距實質上平行地配置，從而能夠高效地將氣體擴散到催化劑層中，確保充分的氣體擴散速度和充分的氣體供給功能。因此，使用本實施方式的燃料電池時，電化學反應的進行受到促進，其結果，能夠達成高輸出化。另外，由于能夠確保充分的氣體擴散速度，因此，特別是設置在陰極側的情況下，容易將在陰極側生成的水排出至氣體擴散方向的下游側。其結果，能夠充分抑制生成水滯留的液泛現象。從該觀點出發，也能夠促進電化學反應的進行，從而實現高輸出化。此外，反應氣體的壓力損失變少，因此流量分布變得均勻，還能夠實現電壓的穩定化。
[0041]除上述之外，優選使具有導電性的導電性基材B50與催化劑層30直接接觸，使具有導電性的導電性線材A60與隔離膜70直接接觸。由此，能夠借助導電性基材B50及導電性線材A60充分確保催化劑層30與隔離膜70之間的導電性，能夠使在陰極催化劑層30c中產生的電流容易地流通至陰極隔離膜70c側。因此，能夠確保充分的氣體擴散性及導電性，并實現燃料電池的薄層化。
[0042]對導電性線材A60的配置沒有特別限制，優選將導電性線材A60以與氣體的流下方向平行的方式平行地配置。即，優選將導電性線材A以與燃料電池(單電池)內的氣體的流動方向平行的方式配置。由此，能夠使陽極側及陰極側的流路設計相同，能夠降低壓力損失。
[0043]對于構成導電性線材A60的材質的導電性材料，沒有特別限制。具體而言，導電性線材A60優選由非導電性的芯材和覆蓋所述非導電性的芯材的導電性的表層材料構成，或者由導電性金屬構成。
[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電性的表層材料，只要是具有導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；導電性的高分子材料、DLC(類金剛石碳)等導電性碳材料等。這些可以單獨使用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，同樣地能夠優選使用在覆蓋上述芯材的導電性的表層材料中例示出的金屬。
[0047]此處，金、鈀的腐蝕抑制/防止的效果優異。因此，在上述中的導電性線材A60為用金屬(特別是金、鈀)覆蓋非導電性的芯材而成時，或者導電性線材A60由金、鈀構成時，能夠抑制/防止腐蝕，提高電池單元的耐久性，故而優選。其中，導電性線材A60更優選由非導電性的芯材以及覆蓋所述非導電性的芯材的導電性的表層材料構成。導電性線材A的中心部由非導電性的芯材制作，因此能夠減輕帶流路的氣體擴散層整體的重量，而且能夠降低成本。
[0048]或者，也可以對導電性線材A60的表面另行實施導電性的防腐蝕處理。通過導電性的防腐蝕處理，從而能夠抑制/防止導電性線材A60的腐蝕，提高電池單元的耐久性。作為上述導電性防腐蝕處理，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)等導電性碳材料的涂布(濺鍍、化學沉積(CVD)、物理沉積(PVD))等現有公知的方法。上述防腐蝕處理可以對導電性線材A進行、對導電性基材B進行、或者在導電性基材B上配置導電性線材A之后進行。考慮到電阻的降低，優選在導電性基材B上配置導電性線材A之后進行防腐蝕處理。
[0049](導電性基材B)
[0050]在導電性基材B50上平行地配置多個導電性線材A，構成帶流路的氣體擴散層90。本發明的帶流路的氣體擴散層具有垂直方向的導電性。因此，導電性線材A優選以與導電性基材B50接觸的方式固定在導電性基材B50上。
[0051]作為導電性基材B50，只要具有導電性，就沒有特別限制。優選的是，導電性基材B由與導電性線材A正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成，或者為無紡布、發泡體或多孔發泡體。更優選的是，導電性基材B由與導電性線材A正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成。由此，能夠實現燃料電池的小型化。
[0052]此處，導電性基材B50由與導電性線材A正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成時，導電性基材B如圖6所示，也可以還具有不與導電性線材A交叉而與所述導電性線材C交叉的導電性線材C’。通過采用這種結構，導電性基材B50的強度增加，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“導電性基材B由與導電性線材A正交而不交叉的I層的導電性線材C形成”是指如圖1的(b)所示的方式。即，導電性基材B50中，多個導電性線材C51以I層的方式平行地配置，此時，各導電性線材C51與導電性線材A60正交而沒有交錯地交叉(即，導電性線材A60只是載置在導電性線材C51上)。另一方面，“導電性線材C與導電性線材A正交且交叉”是指如圖7所示，導電性線材C(圖中的“C”)與導電性線材A正交且交錯地交叉。此外，導電性基材B50也可以由與導電性線材A正交而不交叉的導電性線材C所形成的I個層形成，或者也可以由該層為2層以上的層疊狀態形成。考慮到MEA的厚度的減少(燃料電池的小型化)，導電性基材B50優選由與導電性線材A正交而不交叉的導電性線材C所形成的I個層形成。
[0054]本實施方式中，對導電性線材C51的直徑(圖1的(b)中的“D2”)沒有特別限制。考慮到針對由層疊載荷引起的面外方向的壓縮力而抑制/防止塑性變形的能力、燃料電池的小型化、伴隨發電生成的水的去除能力、發電所需的燃料氣體及氧化氣體的供給能力等，優選為300 μ m以下。只要導電性基材B的直徑(D2)為300 μ m以下，就能夠達成MEA的薄膜化、乃至燃料電池的小型化。另外，在MEA內部，能夠使自氣體流路空間供給的氣體以充分量擴散至導電性基材B正下方的區域，因此燃料電池的發電性能優異。導電性線材C51的直徑(D2)更優選為10 μ m?300 μ m、特別優選為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，能夠達成燃料電池的小型化、伴隨發電生成的水的去除能力、發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，導電性線材C的截面為圓形時，導電性線材C的直徑(D2)為構成導電性線材C的導電性線材的直徑。導電性線材C的截面形狀不限定于上述圓形，也可以為橢圓形、圓形、不規則形、矩形、三角形等。這種情況下的“導電性線材C的直徑(D2)”為規定了導電性線材C在MEA的厚度方向上的總高度的長度。優選的是，導電性基材B的截面形狀為圓形或矩形。
[0055]另外，相鄰的導電性線材C51的間距(P2)優選小于相鄰的導電性線材A的間距(PD (P2〈P1)。此時，導電性線材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產生的電傳送到隔離膜70側。另一方面，導電性線材A以某種程度的間距(大于導電性線材C51的間距)平行地配置，因此能夠確保自隔離膜側的氣體的良好流動。具體而言，相鄰的導電性線材C51的間距(P2)與相鄰的導電性線材A的間距(Pl)的比值(P2/P1)優選為0.1?0.8、更優選為0.2?0.6。
[0056]或者，在未配置導電性線材A這一側的導電性基材B上還配置催化劑層的情況下，相鄰的導電性線材C間的間距的半值也可以滿足下述式⑴。
[0057][數學式I]
[0058]P Xr/t ^ 5 (I)
[0059]優選在未配置導電性線材A這一側的導電性基材B上還配置催化劑層的情況下，相鄰的導電性線材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，通過根據催化劑層的電阻率P和厚度t適當選擇相鄰的導電性線材C間的間距，能夠構成內阻低的燃料電池。此處，由上述式(I): P Xr/t求出的值優選為5以下、更優選為2以下、進一步更優選為I以下、特別優選為0.5以下。
[0061]由此，將具有如上所述的直徑的導電性線材C以如上所述的間距實質上平行地配置而形成導電性基材B，從而高效地將在催化劑層30中產生的電傳送到隔離膜70側。另夕卜，能夠高效地將自隔離膜側供給的氣體供給至催化劑層側。因此，使用上述帶流路的氣體擴散層的燃料電池中，電化學反應的進行受到促進，其結果，能夠達成高輸出化。另外，導電性基材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]在導電性基材B50由與導電性線材A正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成的情況下，對構成導電性線材C的材質的導電性材料沒有特別限制。具體而言，導電性線材C由非導電性的芯材以及覆蓋所述非導電性的芯材的導電性的表層材料構成，或者由金屬構成。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電性的表層材料，只要是具有導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、導電性的高分子材料、導電性碳材料等。這些材料可以單獨使用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，同樣地能夠優選使用在包覆上述芯材的導電性的表層材料中例示出的金屬。上述情況中的、特別是在導電性基材B50為用金屬(特別是金、鈀)覆蓋非導電性的芯材而形成，或者由金、鈀構成的情況下，能夠抑制/防止腐蝕，提高電池單元的耐久性，故而優選。其中，導電性線材C更優選由非導電性的芯材以及覆蓋所述非導電性的芯材的導電性的表層材料構成。由于導電性線材C的中心部由非導電性的芯材制作，因此能夠減輕帶流路的氣體擴散層整體的重量，而且能夠降低成本。
[0063]或者，也可以對導電性基材B或導電性線材C的表面另行實施導電性的防腐蝕處理。通過導電性的防腐蝕處理而能夠抑制/防止導電性基材B或導電性線材C的腐蝕，從而能夠提高電池單元的耐久性。作為上述導電性防腐蝕處理，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)等導電性碳材料的涂布(濺鍍、化學沉積(CVD)、物理沉積(PVD))等現有公知的方法。上述防腐蝕處理可以對導電性線材A進行、對導電性基材B進行、或者在導電性基材B上配置導電性線材A之后進行。考慮到電阻的降低，優選在導電性基材B上配置導電性線材A之后進行防腐蝕處理。
[0064]另外，在導電性基材B為無紡布、發泡體或多孔發泡體的情況下，為了進一步提高拒水性而防止液泛現象等，也可以實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行即可。例如，可列舉出在將導電性基材B浸潰到拒水劑的分散液中后在烘箱等中進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件層疊時的處理及組裝變得容易。
[0065]對導電性基材B的厚度沒有特別限制。考慮到針對由層疊載荷引起的面外方向的壓縮力而抑制/防止塑性變形的能力、燃料電池的小型化等，導電性基材B的厚度優選為300 μ m以下、更優選為5 μ m?200 μ m、特別優選為10 μ m?100 μ m。
[0066](帶流路的氣體擴散層的制造方法)
[0067]帶流路的氣體擴散層的制造方法只要是在導電性基材B上平行地配置用于形成流路的導電性線材A的方法，就沒有特別限制。需要說明的是，以下，說明導電性基材B由與導電性線材A正交而不交叉的I層的導電性線材C形成的情況下的優選實施方式，但不限定于下述方法。另外，其它實施方式的導電性基材B也可以應用同樣的方法或者適當修改后的方法。
[0068]例如，也可以在將導電性線材C以適當的間距平行地配置而形成導電性基材B后，將導電性線材A60直接配置在該導電性基材B上，或者也可以固定在上述導電性基材B上，優選后一種方法。通過該結構，能夠實現均勻的氣體供給。另外，能夠抑制/防止組裝時的導電性線材A的偏移、以及運行中的面壓變化和/或氣壓變化等所導致的導電性線材A的偏移。另外，通過將導電性線材A60固定到導電性基材B50上，能夠提高導電性基材B的彎曲剛度。
[0069]此處，向導電性基材B (導電性線材C)上固定導電性線材A的方法沒有特別限制。例如，導電性線材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，有將導電性基材B與導電性線材A的接點通過焊接、燒結、熔接等而固定的方法等。采用熱接合時，即使導電性基材B及導電性線材A上存在未施加面壓的部位、未接觸的部位，也能夠確保導電性。另外，熱接合從操作的容易性等角度出發是有利的。
[0070]或者，導電性線材A和C為用導電性的表層材料覆蓋非導電性的芯材而成時，優選使用如下所述的方法。即，首先將導電性線材C的非導電性的芯材部分以適當的間距排列整齊而形成基材B’，然后將導電性線材A的非導電性的芯材部分(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’用導電性的表層材料覆蓋[工序(b)]，從而能夠制作在導電性基材B上平行地配置用于形成流路的導電性線材A而成的帶流路的氣體擴散層。
[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)，優選在將線材A’固定于基材B’之后進行工序(b)。通過這種方法，能夠實現均勻的氣體供給，能夠抑制/防止組裝時的導電性線材A偏移、以及運行中的面壓變化或氣體圧變化等所導致的導電性線材A偏移。另外，通過將導電性線材A60固定于導電性基材B50上，從而能夠提高導電性基材B的彎曲剛度。此外，即使在導電性線材A60并非直線形狀時，也能夠通過將其與導電性基材B的接點固定而提高導電性基材B的面內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，以樹脂材料的熔點以上的溫度進行加熱熔融。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)會稍小于導電性線材A和導電性線材C的尺寸(導電性線材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’的由導電性的表層材料進行的包覆也沒有特別限制。具體而言，可列舉出:粘貼導電性的表層材料的薄膜的方法；用導電性的表層材料進行鍍覆(金屬鍍覆)的方法等。
[0073]特別優選的是，將導電性線材C的非導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)進行鍍覆。采用該方法時，導電性線材A和C的中心部由非導電性的芯材制作，因此能夠減輕帶流路的氣體擴散層整體的重量，而且能夠降低成本。
[0074]本發明的帶流路的氣體擴散層的厚度方向的(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電性線材C51的間距來規定。即，相鄰的導電性線材C51的間距(圖1的(b)中的“P2”)為480μπι以下、優選為5μπι?480 μ m、更優選為20μπι?300μπκ特別優選為30μπι?150μπι。只要為這種范圍，就能夠達成MEA的薄膜化、乃至燃料電池的小型化。另外，能夠將在催化劑層30產生的電效率良好地傳送到隔離膜70側。因此，燃料電池能夠發揮優異的發電性能。另外，由于相鄰的導電性線材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，“相鄰的導電性線材C51的間距”為相鄰的導電性線材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JISP8117(1998年)在0.879g/mm2壓力下10cc的空氣透過膜的秒數。
[0075]對帶流路的氣體擴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、伴隨發電生成的水的去除能力、發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，優選為55 μ m?600 μ m。更優選為100 μ m?350 μ m。
[0076]另外，對帶流路的氣體擴散層的尺寸也沒有特別限制。優選的是，帶流路的氣體擴散層優選具有在將與導電性線材A平行的方向的長度設為L、與導電性線材A垂直的方向的長度設為W時的L/W的比例為2以下的矩形。通過這種結構，能夠將氣體(燃料氣體、氧化劑氣體)效率良好地分配到隔離膜。上述L/W的比例更優選為0.05?2、進一步更優選為
0.1?1.5、特別優選為0.2?1.2。
[0077]帶流路的氣體擴散層10必須包含導電性基材B50c和導電性線材A60c或者導電性基材B50a和導電性線材A60a。除了上述結構構件之外，也可以如圖3 (第三實施方式的燃料電池)所示、在未配置導電性線材A60的一側的導電性基材B50上形成導電性顆粒層40。通過這種導電性顆粒層40的配置，催化劑層30與導電性基材B50的密合性提高，因此MEA80與導電性基材B50之間的接觸電阻降低，能夠提高MEA80內部的面內方向的導電性并提高集電性能。因此，導電性基材B50由與導電性線材A60正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成時，能夠將導電性線材C的間距設定得較大。另外，能夠更容易地將滯留于導電性基材B50的液態水排出。此外，導電性顆粒層40作為保護層發揮功能，避免導電性基材B50與MEA80直接接觸，能夠提高導電性基材B50的耐腐蝕性，另外，能夠防止由導電性基材B50的壓接導致的催化劑層30的破損。對導電性顆粒層40的形成方法沒有特別限制，可以使用將導電性顆粒層40壓接到催化劑層30上等的方法。
[0078]需要說明的是，圖3中雖然設有陰極導電性微顆粒層40c和陽極導電性微顆粒層40a兩者，但也可以僅設置其中任一者。另外，圖3的方式與圖1的方式相對應，也適用于其它的方式。
[0079]導電性顆粒層40根據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、膨脹石墨等現有的通常的碳顆粒即可。其中，從電子傳導性優異、比表面積較大的角度出發，可優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為10 μ m?10nm左右。由此,能夠獲得基于毛細管力的高排水性，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、電極反應時的耐腐蝕性等優異的角度出發，優選使用氟系高分子材料。關于碳顆粒層中的碳顆粒與拒水劑的混合比，碳顆粒過多時，擔心得不到期待程度的拒水性，而拒水劑過多時，擔心得不到充分的電子傳導性。考慮到這些，碳顆粒層中的碳顆粒與拒水劑的混合比以質量比設為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散層的拒水性來適當確定即可。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連接而構成燃料電池堆時將各電池單元以串聯方式電連接的功能。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、不銹鋼等金屬等現有公知的材料。本實施方式中，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電性線材A121a。需要說明的是，隔離膜70由于能夠利用導電性線材A60或導電性基材B50得到充分的氣體供給功能，因此不需要形成在現有的隔離膜上形成的那樣的溝槽狀的導電性線材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電性線材A。但是，在本實施方式的隔離膜70的情況下，不需要形成溝槽狀的導電性線材A121a，因此能夠實現成本降低。進而，由于不需要形成溝槽狀的導電性線材A121a，因此能夠減小隔離膜70的厚度方向的尺寸、進而減小燃料電池10的厚度方向的尺寸。
[0083](高分子電解質膜)
[0084]高分子電解質膜20具有在燃料電池10運行時使在陽極催化劑層30a生成的質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，高分子電解質膜20還具有作為用于不使供給至陽極側的燃料氣體與供給至陰極側的氧化劑氣體發生混合的隔壁的功倉泛。
[0085]作為高分子電解質膜20，沒有特別限定，可以適當采用由燃料電池的【技術領域】中現有公知的高分子電解質形成的膜。例如，可以使用Naf1n(注冊商標、杜邦公司制造)、ACIPLEX (注冊商標、旭化成株式會社制造)、Flem1n(注冊商標、旭硝子株式會社制造)等由全氟碳磺酸系聚合物構成的氟系高分子電解質膜、陶氏化學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聚合物的樹脂膜等氟素系高分子電解質、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膜、在高分子多微孔膜中浸滲液體電解質而得到的膜、在多孔體中填充高分子電解質而得到的膜等。所述高分子電解質膜中使用的高分子電解質與各催化劑層中使用的高分子電解質可以相同也可以不同，從提高各催化劑層與高分子電解質膜的密合性的觀點出發，優選使用相同的物質。
[0086]作為高分子電解質膜20的厚度，考慮得到的MEA的特性來適當確定即可，優選為5 μ m?300 μ m、更優選為10 μ m?200 μ m。從制膜時的強度、MEA工作時的耐久性的觀點出發，優選為5μπι以上，從MEA工作時的輸出特性的觀點出發，優選為300 μ m以下。
[0087]另外，作為高分子電解質膜20，除了如上所述的由氟系高分子電解質、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成分而得到的膜。
[0088](催化劑層)
[0089]催化劑層30為實際上進行電池反應的層。具體而言，陽極催化劑層30a中進行氫的氧化反應，陰極催化劑層30c中進行氧的還原反應。催化劑層包含催化劑成分、負載催化劑成分的導電性的催化劑載體及高分子電解質。
[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合金化的金屬的種類等而不同，本領域技術人員可以適當選擇，優選的是，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、具有金屬性質的物質的總稱。關于合金的組織，有成分元素分別形成獨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，關于兩者為同樣定義，統一稱為“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，適當選擇以便發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，催化劑成分優選為顆粒狀。此時，催化劑顆粒的平均粒徑越小，進行電化學反應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，但實際上，如果平均粒徑過小，反而觀察到氧還原活性降低的現象。因此，催化劑墨中所含的催化劑顆粒的平均粒徑為Inm?30nm、更優選為1.5nm?20nm、進一步更優選為2nm?10nm、特別優選為2nm?5nm的顆粒狀。從負載的容易度的觀點出發，優選為Inm以上,從催化劑利用率的觀點出發，優選為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行測定。
[0092]催化劑顆粒被負載于導電性載體而形成電極催化劑。此處，作為導電性載體，只要具有將催化劑顆粒以期望的分散狀態負載的比表面積并作為集電體具有充分的電子導電性即可，優選主要成分為碳。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成、基本上由碳原子構成這兩者的概念。根據情況，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，基本上由碳原子構成意味著允許混入2質量％?3質量％左右以下的雜質。
[0093]導電性載體的BET比表面積只要為足夠高分散負載催化劑成分的比表面積即可，優選設為20m2/g?1600m2/g、更優選設為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向導電性載體中的分散性，得到充分的發電性能，另外還能夠確保催化劑成分和高分子電解質的充分的有效利用率。另外，對導電性載體的尺寸沒有特別限定，從負載的容易度、催化劑利用率、將催化劑層的厚度控制在適當范圍內等觀點出發，平均粒徑設為5nm?200nm、優選設為1nm?10nm左右是較好的。
[0094]另外，相對于電極催化劑的總量，催化劑成分的負載量優選設為10質量％?80質量％、更優選設為30質量％?70質量％。只要為這種負載量，就能夠使催化劑成分良好地分散在導電性載體上，確保每單位質量中的催化活性，提高發電性能，而且在經濟上是有利的。需要說明的是，催化劑成分的負載量可以利用電感耦合等離子體發射光譜法(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。此處，作為高分子電解質，沒有特別限定，可以使用公知的物質，只要為至少具有較高的質子傳導性的材料即可。此時可以使用的高分子電解質大致分類為:聚合物骨架的全部或一部分含有氟原子的氟系電解質；聚合物骨架中不含氟原子的烴系電解質。作為氟系電解質，具體而言，作為優選的一個例子，可列舉出Naf1n(注冊商標、杜邦公司制造)、ACIPLEX(注冊商標、旭化成株式會社制造)、Flem1n (注冊商標、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，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。高分子電解質從耐熱性、化學的穩定性等優異出發優選包含氟原子，其中，可優選地列舉出Naf1n (注冊商標、杜邦公司制造)、ACIPLEX (注冊商標、旭化成株式會社制造)、Flem1n (注冊商標、旭硝子株式會社制造)等氟系電解質。
[0096]另外，催化劑成分向導電性載體上的負載可以通過公知的方法進行。例如，可以使用浸滲法、液相還原負載法、蒸發干固法、膠體吸附法、噴霧熱解法、反膠束(微型乳膠法)等公知的方法。或者，電極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，可以適當參見燃料電池領域中現有公知的技術常識。另外，對運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，從能夠實現高輸出化的觀點出發，優選使用氫氣、甲醇。
[0098]進而，為了使燃料電池能夠發揮期望的電壓，可以形成隔著隔離膜70將多個膜電極接合體(MEA) 80層疊并串聯連接而成的結構的燃料電池堆。對燃料電池的形狀等沒有特別限定，適當確定以便獲得期望的電壓等電池特性即可。
[0099]本實施方式的燃料電池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空間及后備箱。根據情況，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動機室。上述燃料電池10、燃料電池堆210由于輸出特性及耐久性優異，因此提供長時間可靠性高的燃料電池搭載車輛。
[0100]實施例
[0101]使用以下的實施例和比較例詳細說明上述帶流路的氣體擴散層的效果，但并不僅限制于以下的實施例。
[0102][實施例1]
[0103]準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’表面實施化學鍍鈀(單位面積重量約lg/m2)、進而電鍍金(厚度約20nm)，從而賦予電子傳導性，制作帶流路的氣體擴散層(帶流路的GDL)。該帶流路的氣體擴散層中，相鄰的導電性線材A的間隙發揮燃料電池發電時的氧氣流路或氫氣流路的功能，排列整齊的導電性線材A具有所述流路的形狀保持以及作為氣體擴散層的功能。將該帶流路的氣體擴散層切出寬度50mmX長度50mm的矩形，觀察與線材A垂直地切斷而成的端面。其結果，帶流路的氣體擴散層的厚度為130μπι?135μπι，導電性線材A的高度約為ΙΟΟμπι，相鄰的導電性線材Α60的間距(Pl)約為200μπι，形成了所期望的流路結構。
[0104]接著，在電解質膜(杜邦公司制造、高分子電解質膜Naf1n211)的兩面上涂覆包含鉬負載碳的催化劑層，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對稱的方式分別設置I個氣體供給用的孔(直徑3_)。進而，在包含池狀的臺階和一對歧管的外周設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-帶流路的氣體擴散層-CCM-帶流路的氣體擴散層-隔離膜-集電板-端板(陽極)的順序層疊，構成小尺寸燃料電池單電池。此處，各個帶流路的氣體擴散層以導電性基材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，調溫至80°C，然后在如下的條件下進行發電評價。即，將化學計量比設為1.5(陽極)、2.0(陰極)，將氣體的入口相對濕度設為陽極40% RH和陰極70% RH，在運行壓力200kPa (絕對壓力)、電流密度1.2A/cm2下運行。將結果示于圖5。
[0107]實施例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穩定地運行。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’表面實施化學鍍鈀(單位面積重量約lg/m2)、進而電鍍金(厚度約20nm)，得到導電性基材B。對于得到的導電性基材B測定貫通電阻和Gurley透氣度,結果分別為30mQ/cm2以下和300秒以下。
[0109][比較例I]
[0110]在實施例1中，作為不帶流路的現有的氣體擴散層，使用由線材C’構成的平紋網(厚度100 μ)來代替帶流路的氣體擴散層，除此之外，通過與實施例1相同的方法制作小尺寸燃料電池單電池，嘗試進行其發電評價。
[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散層都不具有在燃料電池發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施發電評價。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]在實施例1中，作為不帶流路的現有的氣體擴散層，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，通過與實施例1同樣的方法制作小尺寸燃料電池單電池，進行其發電評價。將結果示于圖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，因此能夠進行發電評價，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]在實施例1中，作為不帶流路的現有的氣體擴散層，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，通過與實施例1同樣的方法制作小尺寸燃料電池單電池，進行其發電評價。將結果示于圖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，因此能夠進行發電評價，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]根據圖5所示的結果可知，關于具有帶流路的氣體擴散層的實施例1的燃料電池的發電特性，獲得了與使用帶流路的隔離膜和不帶流路的氣體擴散層的通常的燃料電池的發電特性同等以上的電壓。
[0119]另一方面，將實施例1與比較例3進行比較，實施例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。結合這一點來考慮，考察出:通過使用帶流路的氣體擴散層，每隔離膜間距離取出相當于2.1倍的輸出。即，帶流路的氣體擴散層例如能夠適用于強烈要求小型高輸出化的車載用燃料電池用途等。
[0120]附圖標記說明
[0121]10…燃料電池，
[0122]20…高分子電解質膜，
[0123]30a…陽極催化劑層，
[0124]30c…陰極催化劑層，
[0125]40a…陽極側的導電性顆粒層，
[0126]40c…陰極側的導電性顆粒層，
[0127]50a…陽極導電性基材B,
[0128]50c…陰極導電性基材B，
[0129]60a…陽極導電性線材A，
[0130]60c…陰極導電性線材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…陽極側的氣體流路空間，
[0135]10c…陰極側的氣體流路空間，
[0136]I 1a…陽極氣體擴散層，
[0137]120a…隔離膜，
[0138]121a…溝槽狀的導電性線材A，
[0139]200…燃料電池車，
[0140]210…燃料電池堆。
【權利要求】
1.一種帶流路的氣體擴散層，其是在導電性基材B上平行地設置用于形成流路的導電性線材A而成的，該帶流路的氣體擴散層的特征在于， 由所述導電性線材A形成的流路的高度為300 μ m以下， 由相鄰的導電性線材A構成的流路的當量直徑為300 μ m以下。
2.根據權利要求1所述的帶流路的氣體擴散層，其中，所述導電性基材B由與所述導電性線材A正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成，或者為無紡布、發泡體或多孔發泡體。
3.根據權利要求2所述的帶流路的氣體擴散層，其中，所述導電性基材B由與所述導電性線材A正交而不交叉的至少I層的導電性線材C形成。
4.根據權利要求3所述的帶流路的氣體擴散層，其中，在未配置所述導電性線材A這一側的導電性基材B上進一步配置催化劑層的情況下，相鄰的導電性線材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.根據權利要求3或4所述的帶流路的氣體擴散層，其中，所述導電性基材B還具有不與所述導電性線材A交叉而與所述導電性線材C交叉的導電性線材C’。
6.根據權利要求1?5的任一項所述的帶流路的氣體擴散層，其中，所述導電性線材A由非導電性的芯材和覆蓋所述非導電性的芯材的導電性的表層材料構成，或者由金屬構成。
7.根據權利要求1?6的任一項所述的帶流路的氣體擴散層，其中，在未配置所述導電性線材A這一側的導電性基材B上形成導電性顆粒層。
8.根據權利要求1?7的任一項所述的帶流路的氣體擴散層，其中，該帶流路的氣體擴散層具有下述矩形:在將所述帶流路的氣體擴散層的與所述導電性線材A平行的方向的長度設為L、與所述導電性線材A垂直的方向的長度設為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， 權利要求1?8的任一項所述的帶流路的氣體擴散層配置于陽極和陰極中的至少一者那一側的所述隔離膜與所述膜電極接合體的電極層之間， 所述導電性線材A與所述隔離膜電連接，且所述導電性基材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 優先權日:2012年3月14日
【發明者】長谷川卓也, 寺崎久雄 申請人:日產自動車株式會社, 旭化成紡織國際貿易
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