JP3354550B2 - 固体高分子型燃料電池および固体高分子型燃料電池スタック - Google Patents
固体高分子型燃料電池および固体高分子型燃料電池スタックInfo
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- JP3354550B2 JP3354550B2 JP2000121616A JP2000121616A JP3354550B2 JP 3354550 B2 JP3354550 B2 JP 3354550B2 JP 2000121616 A JP2000121616 A JP 2000121616A JP 2000121616 A JP2000121616 A JP 2000121616A JP 3354550 B2 JP3354550 B2 JP 3354550B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池および単セルを複数枚積層して形成される固体高分
子型燃料電池に関するものである。
電池および単セルを複数枚積層して形成される固体高分
子型燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１０は、従来の固体高分子型燃料電池
の単セルの基本構成を示す分解断面図である。固体高分
子電解質膜１の両側の主面にそれぞれ貴金属（主として
白金）を含むカソード側触媒層２およびアノード側触媒
層３を接合してセルが構成される。カソード側触媒層２
およびアノード側触媒層３と対向して、それぞれカソー
ド側ガス拡散層４およびアノード側ガス拡散層５が配置
される。これによりそれぞれカソード６およびアノード
７が構成される。これらのガス拡散層４および５は、そ
れぞれ酸化剤ガスおよび燃料ガスを通過させると同時
に、電流を外部に伝える働きをする。そして、セルに面
して反応ガス流通用のガス流路８を備え、相対する主面
に冷却水流通用の冷却水流路９を備えた導電性でかつガ
ス不透過性の材料よりなる一組のセパレータ１０により
挟持して単セル１１が構成される。
の単セルの基本構成を示す分解断面図である。固体高分
子電解質膜１の両側の主面にそれぞれ貴金属（主として
白金）を含むカソード側触媒層２およびアノード側触媒
層３を接合してセルが構成される。カソード側触媒層２
およびアノード側触媒層３と対向して、それぞれカソー
ド側ガス拡散層４およびアノード側ガス拡散層５が配置
される。これによりそれぞれカソード６およびアノード
７が構成される。これらのガス拡散層４および５は、そ
れぞれ酸化剤ガスおよび燃料ガスを通過させると同時
に、電流を外部に伝える働きをする。そして、セルに面
して反応ガス流通用のガス流路８を備え、相対する主面
に冷却水流通用の冷却水流路９を備えた導電性でかつガ
ス不透過性の材料よりなる一組のセパレータ１０により
挟持して単セル１１が構成される。
【０００３】図１１は、固体高分子型燃料電池スタック
の基本構成を示す断面図である。多数の単セル１１を積
層し、集電板１２、電気絶縁と熱絶縁を目的とする絶縁
板１３ならびに荷重を加えて積層状態を保持するための
締付板１４によって挟持し、ボルト１５とナット１７に
より締め付けられており、締め付け荷重は、皿バネ１６
により加えられている。
の基本構成を示す断面図である。多数の単セル１１を積
層し、集電板１２、電気絶縁と熱絶縁を目的とする絶縁
板１３ならびに荷重を加えて積層状態を保持するための
締付板１４によって挟持し、ボルト１５とナット１７に
より締め付けられており、締め付け荷重は、皿バネ１６
により加えられている。
【０００４】図１２は、単セル１１を構成するセパレー
タ１０のガス流路８の構成例を示す平面図である。図１
２はセパレータ１０のセル側より見た平面図で、セルの
電極に面した発電領域１８に、多数の平行に配されたガ
ス流路８が形成されている。アノード７に面したセパレ
ータ１０に送られる燃料ガス、あるいはカソード６に面
したセパレータ１０に送られる酸化剤ガスは、ガス供給
口１９よりガス供給側マニホールド２０へと導入され、
多数のガス流路８に分流し、電極へ拡散して電気化学反
応に寄与する。未反応ガスは排出側マニホールド２１へ
と集められ、ガス排出口２２より排出される。なお、図
１２のガス供給連通孔２３とガス排出連通孔２４は、こ
のセパレータ１０と相対して配されるセパレータ１０に
流通するガスのガス供給口、ガス排出口に連通してお
り、相対する電極へのガスの供給に用いられるものであ
る。
タ１０のガス流路８の構成例を示す平面図である。図１
２はセパレータ１０のセル側より見た平面図で、セルの
電極に面した発電領域１８に、多数の平行に配されたガ
ス流路８が形成されている。アノード７に面したセパレ
ータ１０に送られる燃料ガス、あるいはカソード６に面
したセパレータ１０に送られる酸化剤ガスは、ガス供給
口１９よりガス供給側マニホールド２０へと導入され、
多数のガス流路８に分流し、電極へ拡散して電気化学反
応に寄与する。未反応ガスは排出側マニホールド２１へ
と集められ、ガス排出口２２より排出される。なお、図
１２のガス供給連通孔２３とガス排出連通孔２４は、こ
のセパレータ１０と相対して配されるセパレータ１０に
流通するガスのガス供給口、ガス排出口に連通してお
り、相対する電極へのガスの供給に用いられるものであ
る。
【０００５】固体高分子電解質膜１としては、スルホン
酸基を持つポリスチレン系の陽イオン交換膜をカチオン
導電性膜としたもの、フロロカーボンスルホン酸とポリ
ビニリデンフロライドの混合膜、フロロカーボンマトリ
ックスにトリフロロエチレンをグラフト化したもの、及
びパーフロロカーボンスルホン酸膜（米国デュポン社
製、商品名ナフィオン膜）などが知られている。これら
の固体高分子電解質膜は分子中にプロトン交換基を有し
ており、含水量を飽和させると比抵抗が常温で２０Ωｃ
ｍ2 以下となり、プロトン導電性電解質として機能す
る。このように固体高分子電解質膜１は飽和に含水させ
ることによりプロトン導電性電解質として機能し、また
高温になると固体高分子電解質膜１が変態してプロトン
導電性が低くなるので、固体高分子型燃料電池において
は、運転温度を５０〜１００℃程度とし、反応ガスに水
蒸気を飽和に含ませて各単セル１１に供給して運転する
方法が採られている。
酸基を持つポリスチレン系の陽イオン交換膜をカチオン
導電性膜としたもの、フロロカーボンスルホン酸とポリ
ビニリデンフロライドの混合膜、フロロカーボンマトリ
ックスにトリフロロエチレンをグラフト化したもの、及
びパーフロロカーボンスルホン酸膜（米国デュポン社
製、商品名ナフィオン膜）などが知られている。これら
の固体高分子電解質膜は分子中にプロトン交換基を有し
ており、含水量を飽和させると比抵抗が常温で２０Ωｃ
ｍ2 以下となり、プロトン導電性電解質として機能す
る。このように固体高分子電解質膜１は飽和に含水させ
ることによりプロトン導電性電解質として機能し、また
高温になると固体高分子電解質膜１が変態してプロトン
導電性が低くなるので、固体高分子型燃料電池において
は、運転温度を５０〜１００℃程度とし、反応ガスに水
蒸気を飽和に含ませて各単セル１１に供給して運転する
方法が採られている。
【０００６】アノード７に水素を含む燃料ガス、カソー
ド６に酸素を含む酸化剤ガスを供給すると、アノード７
では、水素分子を水素イオンと電子に分解するアノード
反応、カソード６では、酸素と水素イオンと電子から水
を生成する以下の電気化学反応がそれぞれ行われ、アノ
ードからカソードに向かって外部回路を移動する電子に
より電力が負荷に供給されるとともに、カソード側に水
が生成されることとなる。
ド６に酸素を含む酸化剤ガスを供給すると、アノード７
では、水素分子を水素イオンと電子に分解するアノード
反応、カソード６では、酸素と水素イオンと電子から水
を生成する以下の電気化学反応がそれぞれ行われ、アノ
ードからカソードに向かって外部回路を移動する電子に
より電力が負荷に供給されるとともに、カソード側に水
が生成されることとなる。
【０００７】 アノード；Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- （アノード反応） カソード；２Ｈ+ ＋ (１／２) Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ（カソード反応） 全体 ；Ｈ2 ＋ (１／２) Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
【０００８】このように、カソード６側では反応により
水が生成される上に、アノード７側からの水素イオンの
移動に伴ってカソード６側に移動する水も存在する。そ
して、これらの水の大部分が酸化剤ガス中に蒸発する結
果、酸化剤ガスの排出口付近での水蒸気分圧が供給口付
近に比べて高くなり、カソード触媒層中における水の蒸
発速度が低下する。このような状態になると、カソード
触媒層中には水が滞留してガスの拡散性が阻害され、セ
ル性能の低下を招く。また、この問題を防止するために
セルに供給する酸化剤ガスの水蒸気分圧を低くすると、
逆に酸化剤ガスの供給口に近い側の固体高分子電解質膜
が乾燥してしまうため、やはりセル性能の低下を招く。
水が生成される上に、アノード７側からの水素イオンの
移動に伴ってカソード６側に移動する水も存在する。そ
して、これらの水の大部分が酸化剤ガス中に蒸発する結
果、酸化剤ガスの排出口付近での水蒸気分圧が供給口付
近に比べて高くなり、カソード触媒層中における水の蒸
発速度が低下する。このような状態になると、カソード
触媒層中には水が滞留してガスの拡散性が阻害され、セ
ル性能の低下を招く。また、この問題を防止するために
セルに供給する酸化剤ガスの水蒸気分圧を低くすると、
逆に酸化剤ガスの供給口に近い側の固体高分子電解質膜
が乾燥してしまうため、やはりセル性能の低下を招く。
【０００９】この問題を改善するために、カソードのガ
ス拡散層および／またはアノードのガス拡散層のガス供
給口側に近い部分が、ガス排出口側に近い部分よりも、
小さい透過度を有するように構成した固体高分子電解質
型燃料電池の単セルが提案されている（特開平１１−１
５４５２３号公報）。この技術によれば図１３に示すよ
うに、例えば、カソード６のガス拡散層４のガス供給口
１９側に近い部分２５が、ガス排出口２２側に近い部分
２６よりも、小さいガス拡散性を有するようにしてい
る。２７は酸化剤ガス流れ、２８は燃料ガス流れを示
す。そして、ガス拡散性は、拡散層４の厚さ、気孔率を
変えることにより調整される。具体的には、ガス供給口
１９側に近い部分２５は、気孔率を小さくしたり、厚さ
を大きくしてガス拡散性を小さくし、ガス排出口２２側
に近い部分２６は、気孔率を大きくしたり、厚さを小さ
くしてガス拡散性を大きくしている。
ス拡散層および／またはアノードのガス拡散層のガス供
給口側に近い部分が、ガス排出口側に近い部分よりも、
小さい透過度を有するように構成した固体高分子電解質
型燃料電池の単セルが提案されている（特開平１１−１
５４５２３号公報）。この技術によれば図１３に示すよ
うに、例えば、カソード６のガス拡散層４のガス供給口
１９側に近い部分２５が、ガス排出口２２側に近い部分
２６よりも、小さいガス拡散性を有するようにしてい
る。２７は酸化剤ガス流れ、２８は燃料ガス流れを示
す。そして、ガス拡散性は、拡散層４の厚さ、気孔率を
変えることにより調整される。具体的には、ガス供給口
１９側に近い部分２５は、気孔率を小さくしたり、厚さ
を大きくしてガス拡散性を小さくし、ガス排出口２２側
に近い部分２６は、気孔率を大きくしたり、厚さを小さ
くしてガス拡散性を大きくしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】前記技術によると、供
給ガスのガス供給口１９側に近い部分２５のガス拡散層
のガス拡散性が低いので、この部分２５に対応する固体
高分子電解質膜１の乾燥を抑えることはできるが、電極
反応において濃度分極が大きくなり、その結果、電池出
力が低下する問題があった。
給ガスのガス供給口１９側に近い部分２５のガス拡散層
のガス拡散性が低いので、この部分２５に対応する固体
高分子電解質膜１の乾燥を抑えることはできるが、電極
反応において濃度分極が大きくなり、その結果、電池出
力が低下する問題があった。
【００１１】本発明の目的は、ガスの供給口付近におけ
る高分子固体電解質膜の乾燥を防止するとともに、燃料
ガスや酸化剤ガスの排出口付近での水蒸気の凝縮に伴う
ガスの拡散阻害を防止し、安定して運転ができるととも
に、良好な出力特性が得られる固体高分子型燃料電池を
提供することである。
る高分子固体電解質膜の乾燥を防止するとともに、燃料
ガスや酸化剤ガスの排出口付近での水蒸気の凝縮に伴う
ガスの拡散阻害を防止し、安定して運転ができるととも
に、良好な出力特性が得られる固体高分子型燃料電池を
提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明者等は従来の問題
を解決するために鋭意研究した結果、燃料ガスや酸化剤
ガスの供給口付近と排出口付近とでは、反応の結果生じ
る水やアノード側からカソード側へ移行する水に起因す
る水蒸気の分圧が必ず異なるため、それぞれの場所に応
じた保水性を有する電極が必要となることを見いだし、
例えば、固体高分子電解質膜の両面にアノードおよびカ
ソードを配置した電極の前記カソードを触媒層、導電性
多孔材からなるガス拡散層およびこれらの間に配置され
るカーボン材料を主成分とする撥水性混合物層からなる
構成とするとともに、前記カソードの酸化剤ガス供給口
に近い部分における前記混合物層中のカーボン材料の比
表面積が、酸化剤ガス排出口に近い部分の前記混合物層
中のカーボン材料の比表面積より小さくすることによ
り、あるいは、例えば、前記カソードの酸化剤ガス供給
口に近い部分が、酸化剤ガス排出口に近い部分よりも高
い撥水性を有するようにすることにより、課題を解決で
きることを見いだし、本発明を成すに到った。
を解決するために鋭意研究した結果、燃料ガスや酸化剤
ガスの供給口付近と排出口付近とでは、反応の結果生じ
る水やアノード側からカソード側へ移行する水に起因す
る水蒸気の分圧が必ず異なるため、それぞれの場所に応
じた保水性を有する電極が必要となることを見いだし、
例えば、固体高分子電解質膜の両面にアノードおよびカ
ソードを配置した電極の前記カソードを触媒層、導電性
多孔材からなるガス拡散層およびこれらの間に配置され
るカーボン材料を主成分とする撥水性混合物層からなる
構成とするとともに、前記カソードの酸化剤ガス供給口
に近い部分における前記混合物層中のカーボン材料の比
表面積が、酸化剤ガス排出口に近い部分の前記混合物層
中のカーボン材料の比表面積より小さくすることによ
り、あるいは、例えば、前記カソードの酸化剤ガス供給
口に近い部分が、酸化剤ガス排出口に近い部分よりも高
い撥水性を有するようにすることにより、課題を解決で
きることを見いだし、本発明を成すに到った。
【００１３】本発明の請求項１の固体高分子型燃料電池
は、固体高分子電解質膜の両面にアノードおよびカソー
ドを配置し、前記カソードが固体高分子電解質膜側に設
けた触媒層、導電性多孔材からなるガス拡散層およびこ
れらの間に配置されるカーボン材料を主成分とする撥水
性混合物層からなる単セルを備えた固体高分子型燃料電
池において、前記カソードの酸化剤ガス供給口に近い部
分における前記混合物層中のカーボン材料の比表面積
が、酸化剤ガス排出口に近い部分の前記混合物層中のカ
ーボン材料の比表面積より小さいことを特徴とする。
は、固体高分子電解質膜の両面にアノードおよびカソー
ドを配置し、前記カソードが固体高分子電解質膜側に設
けた触媒層、導電性多孔材からなるガス拡散層およびこ
れらの間に配置されるカーボン材料を主成分とする撥水
性混合物層からなる単セルを備えた固体高分子型燃料電
池において、前記カソードの酸化剤ガス供給口に近い部
分における前記混合物層中のカーボン材料の比表面積
が、酸化剤ガス排出口に近い部分の前記混合物層中のカ
ーボン材料の比表面積より小さいことを特徴とする。
【００１４】本発明の請求項２の固体高分子型燃料電池
は、固体高分子電解質膜の両面にアノードおよびカソー
ドを配置し、前記カソードが固体高分子電解質膜側に設
けた触媒層、導電性多孔材からなるガス拡散層およびこ
れらの間に配置されるカーボン材料を主成分とする撥水
性混合物層からなる単セルを備えた固体高分子型燃料電
池において、前記混合物層の酸化剤ガス供給口に近い部
分が、酸化剤ガス排出口に近い部分よりも高い撥水性を
有することを特徴とする。
は、固体高分子電解質膜の両面にアノードおよびカソー
ドを配置し、前記カソードが固体高分子電解質膜側に設
けた触媒層、導電性多孔材からなるガス拡散層およびこ
れらの間に配置されるカーボン材料を主成分とする撥水
性混合物層からなる単セルを備えた固体高分子型燃料電
池において、前記混合物層の酸化剤ガス供給口に近い部
分が、酸化剤ガス排出口に近い部分よりも高い撥水性を
有することを特徴とする。
【００１５】本発明の請求項３の固体高分子型燃料電池
は、固体高分子電解質膜の両面にアノードおよびカソー
ドを配置し、前記カソードが固体高分子電解質膜側に設
けた触媒層、導電性多孔材からなるガス拡散層およびこ
れらの間に配置されるカーボン材料を主成分とする撥水
性混合物層からなる単セルを備えた固体高分子型燃料電
池において、前記カソードの酸化剤ガス供給口に近い部
分における前記混合物層中のカーボン材料の比表面積
が、酸化剤ガス排出口に近い部分の前記混合物層中のカ
ーボン材料の比表面積より小さく、かつ比表面積が小さ
いカーボン材料を有する混合物層側の撥水性が、比表面
積が大きいカーボン材料を有する混合物層側の撥水性よ
りも高いことを特徴とする。
は、固体高分子電解質膜の両面にアノードおよびカソー
ドを配置し、前記カソードが固体高分子電解質膜側に設
けた触媒層、導電性多孔材からなるガス拡散層およびこ
れらの間に配置されるカーボン材料を主成分とする撥水
性混合物層からなる単セルを備えた固体高分子型燃料電
池において、前記カソードの酸化剤ガス供給口に近い部
分における前記混合物層中のカーボン材料の比表面積
が、酸化剤ガス排出口に近い部分の前記混合物層中のカ
ーボン材料の比表面積より小さく、かつ比表面積が小さ
いカーボン材料を有する混合物層側の撥水性が、比表面
積が大きいカーボン材料を有する混合物層側の撥水性よ
りも高いことを特徴とする。
【００１６】本発明の請求項４の固体高分子型燃料電池
は、請求項２あるいは請求項３記載の固体高分子型燃料
電池において、前記混合物層中において最も撥水性が高
い部分の撥水材の含有量が６０質量％以下であることを
特徴とする。
は、請求項２あるいは請求項３記載の固体高分子型燃料
電池において、前記混合物層中において最も撥水性が高
い部分の撥水材の含有量が６０質量％以下であることを
特徴とする。
【００１７】本発明の請求項５の固体高分子型燃料電池
は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の固体高分
子型燃料電池において、前記カソードの酸化剤ガス供給
口に近い部分における前記混合物層中のカーボン材料の
比表面積が、カーボン担体に担持した触媒から形成され
るカソード触媒層の前記カーボン担体の比表面積より小
さいことを特徴とする。
は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の固体高分
子型燃料電池において、前記カソードの酸化剤ガス供給
口に近い部分における前記混合物層中のカーボン材料の
比表面積が、カーボン担体に担持した触媒から形成され
るカソード触媒層の前記カーボン担体の比表面積より小
さいことを特徴とする。
【００１８】本発明の請求項６の固体高分子型燃料電池
は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の固体高分
子型燃料電池において、前記カソードの酸化剤ガス排出
口に近い部分における前記混合物層中のカーボン材料の
比表面積が、カーボン担体に担持した触媒から形成され
るカソード触媒層の前記カーボン担体の比表面積より大
きいことを特徴とする。
は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の固体高分
子型燃料電池において、前記カソードの酸化剤ガス排出
口に近い部分における前記混合物層中のカーボン材料の
比表面積が、カーボン担体に担持した触媒から形成され
るカソード触媒層の前記カーボン担体の比表面積より大
きいことを特徴とする。
【００１９】本発明の請求項７の固体高分子型燃料電池
は、請求項２から請求項６のいずれかに記載の固体高分
子型燃料電池において、前記カソードを構成する導電性
多孔材からなるガス拡散層の酸化剤ガス供給口に近い部
分が、酸化剤ガス排出口に近い部分よりも低い撥水性を
有することを特徴とする。
は、請求項２から請求項６のいずれかに記載の固体高分
子型燃料電池において、前記カソードを構成する導電性
多孔材からなるガス拡散層の酸化剤ガス供給口に近い部
分が、酸化剤ガス排出口に近い部分よりも低い撥水性を
有することを特徴とする。
【００２０】本発明の請求項８の固体高分子型燃料電池
は、請求項７記載の固体高分子型燃料電池において、前
記ガス拡散層中において最も撥水性が高い部分の撥水材
の含有量が６０質量％以下であることを特徴とする。
は、請求項７記載の固体高分子型燃料電池において、前
記ガス拡散層中において最も撥水性が高い部分の撥水材
の含有量が６０質量％以下であることを特徴とする。
【００２１】本発明の請求項９の固体高分子型燃料電池
スタックは、請求項１から請求項３のいずれかに記載の
単セルを複数枚積層して形成される固体高分子型燃料電
池スタックであって、酸化剤ガス供給側がこのスタック
の冷却水供給側に位置することを特徴とする。
スタックは、請求項１から請求項３のいずれかに記載の
単セルを複数枚積層して形成される固体高分子型燃料電
池スタックであって、酸化剤ガス供給側がこのスタック
の冷却水供給側に位置することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
用いて詳細に説明する。図１は、本発明の固体高分子型
燃料電池の単セルの基本構成を示す分解断面図である。
固体高分子電解質膜１の両側の主面にそれぞれ貴金属
（主として白金）を含むカソード側触媒層２およびアノ
ード側触媒層３を接合してセルが構成される。カソード
側触媒層２およびアノード側触媒層３と対向して、それ
ぞれ触媒層側から混合物層３０、ガス拡散層２９が配置
される。これによりそれぞれカソード６およびアノード
７が構成される。これらの混合物層３０、ガス拡散層２
９はそれぞれ酸化剤ガスおよび燃料ガスを通過させると
同時に、電流を外部に伝える働きをする。そして、セル
に面して反応ガス流通用のガス流路８を備え、相対する
主面に冷却水流通用の冷却水流路９を備えた導電性でか
つガス不透過性の材料よりなる一組のセパレータ１０に
より挟持して単セル１１が構成される。
用いて詳細に説明する。図１は、本発明の固体高分子型
燃料電池の単セルの基本構成を示す分解断面図である。
固体高分子電解質膜１の両側の主面にそれぞれ貴金属
（主として白金）を含むカソード側触媒層２およびアノ
ード側触媒層３を接合してセルが構成される。カソード
側触媒層２およびアノード側触媒層３と対向して、それ
ぞれ触媒層側から混合物層３０、ガス拡散層２９が配置
される。これによりそれぞれカソード６およびアノード
７が構成される。これらの混合物層３０、ガス拡散層２
９はそれぞれ酸化剤ガスおよび燃料ガスを通過させると
同時に、電流を外部に伝える働きをする。そして、セル
に面して反応ガス流通用のガス流路８を備え、相対する
主面に冷却水流通用の冷却水流路９を備えた導電性でか
つガス不透過性の材料よりなる一組のセパレータ１０に
より挟持して単セル１１が構成される。
【００２３】そして、前記の図１１に示したように、多
数の単セル１１を積層し、集電板１２、電気絶縁と熱絶
縁を目的とする絶縁板１３ならびに荷重を加えて積層状
態を保持するための締付板１４によって挟持し、ボルト
１５とナット１７により締め付けられて本発明の固体高
分子型燃料電池スタックが形成される。締め付け荷重
は、皿バネ１６により加えられている。
数の単セル１１を積層し、集電板１２、電気絶縁と熱絶
縁を目的とする絶縁板１３ならびに荷重を加えて積層状
態を保持するための締付板１４によって挟持し、ボルト
１５とナット１７により締め付けられて本発明の固体高
分子型燃料電池スタックが形成される。締め付け荷重
は、皿バネ１６により加えられている。
【００２４】図２は、下記の方法により作製した単セル
へ供給される酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水のフロ
ーを模式的に示す説明図であり、図３は、同単セルの酸
化剤ガス供給口に近い部分（カーボン粉末の比表面積が
小さい側）と酸化剤ガス排出口に近い部分（カーボン粉
末の比表面積が大きい側）を模式的に示す説明図であ
る。
へ供給される酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水のフロ
ーを模式的に示す説明図であり、図３は、同単セルの酸
化剤ガス供給口に近い部分（カーボン粉末の比表面積が
小さい側）と酸化剤ガス排出口に近い部分（カーボン粉
末の比表面積が大きい側）を模式的に示す説明図であ
る。
【００２５】（１）単セルの製造例（実施例１）： ガス拡散層２９として用いるカーボンペーパー（ＴＧ
Ｐ−Ｈ０６０、東レ社製）を所定寸法にカットする。 このカーボンペーパーを、水を混合して比重調整を行
ったＦＥＰデイスパージョンに浸漬し、その後、乾燥
し、３８０℃、１時間熱処理してガス拡散層２９を作製
する。 比表面積７００〜８００ｍ2 ／ｇのカーボンブラック
粉末１０ｇと６０質量％ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）デイスパージョン１６．７ｇを、数ｃｃの
界面活性剤を添加したテルピオネールを分散剤として混
合し、ペーストを作製する。 比表面積１００〜１５０ｍ2 ／ｇのカーボンブラック
粉末１０ｇと６０質量％ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）デイスパージョン１６．７ｇを、数ｃｃの
界面活性剤を添加したテルピオネールを分散剤として混
合し、ペーストを作製する。
Ｐ−Ｈ０６０、東レ社製）を所定寸法にカットする。 このカーボンペーパーを、水を混合して比重調整を行
ったＦＥＰデイスパージョンに浸漬し、その後、乾燥
し、３８０℃、１時間熱処理してガス拡散層２９を作製
する。 比表面積７００〜８００ｍ2 ／ｇのカーボンブラック
粉末１０ｇと６０質量％ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）デイスパージョン１６．７ｇを、数ｃｃの
界面活性剤を添加したテルピオネールを分散剤として混
合し、ペーストを作製する。 比表面積１００〜１５０ｍ2 ／ｇのカーボンブラック
粉末１０ｇと６０質量％ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）デイスパージョン１６．７ｇを、数ｃｃの
界面活性剤を添加したテルピオネールを分散剤として混
合し、ペーストを作製する。
【００２６】上記で作製したカーボンペーパー上の
カソード６の酸化剤ガス供給口に近い部分２５に対応す
る部分に上記で作製したペーストを塗布し、次いで同
カーボンペーパー上の酸化剤ガス排出口に近い部分２６
に対応する部分に上記で作製したペーストを塗布す
る。 ペーストを塗布したカーボンペーパーを乾燥後、３６
０℃で１時間熱処理して混合物層３０を設けたカソード
６のカーボンペーパー（拡散層２９）を作製する。 上記で熱処理を終了したカーボンペーパーの混合物
層３０の上に白金担持カーボン（担体カーボンの比表面
積２００〜３００ｍ2 ／ｇ）と固体高分子からなる触媒
層２を形成してカソード６を完成させる。 同様の方法で作製したアノード７と上記で得たカソ
ード６を固体高分子電解質膜１（Ｎａｆｉｏｎ１１２）
の両面に配置し、ホットプレスすることにより電極／高
分子膜接合体を作製し、この電極／高分子膜接合体を一
組のセパレータ１０により挟持して単セル１１を作製す
る。
カソード６の酸化剤ガス供給口に近い部分２５に対応す
る部分に上記で作製したペーストを塗布し、次いで同
カーボンペーパー上の酸化剤ガス排出口に近い部分２６
に対応する部分に上記で作製したペーストを塗布す
る。 ペーストを塗布したカーボンペーパーを乾燥後、３６
０℃で１時間熱処理して混合物層３０を設けたカソード
６のカーボンペーパー（拡散層２９）を作製する。 上記で熱処理を終了したカーボンペーパーの混合物
層３０の上に白金担持カーボン（担体カーボンの比表面
積２００〜３００ｍ2 ／ｇ）と固体高分子からなる触媒
層２を形成してカソード６を完成させる。 同様の方法で作製したアノード７と上記で得たカソ
ード６を固体高分子電解質膜１（Ｎａｆｉｏｎ１１２）
の両面に配置し、ホットプレスすることにより電極／高
分子膜接合体を作製し、この電極／高分子膜接合体を一
組のセパレータ１０により挟持して単セル１１を作製す
る。
【００２７】上記のようにして作製した単セル１１を４
セル積層して固体高分子型燃料電池スタックを作り、図
２に示すようなフローとなるように酸化剤ガス、燃料ガ
スおよび冷却水を供給し、運転試験を行った。縦軸に平
均セル電圧（ｍＶ）、横軸に電流密度（Ａｍｐ／ｃｍ
2 ）をとって試験結果を図４に示す。また、燃料電池ス
タックに供給する酸化剤ガスの加湿温度を変化させて、
運転試験を行った。縦軸に平均セル電圧（ｍＶ）、横軸
に空気加湿温度（℃）をとって試験結果を図５に示す。
セル積層して固体高分子型燃料電池スタックを作り、図
２に示すようなフローとなるように酸化剤ガス、燃料ガ
スおよび冷却水を供給し、運転試験を行った。縦軸に平
均セル電圧（ｍＶ）、横軸に電流密度（Ａｍｐ／ｃｍ
2 ）をとって試験結果を図４に示す。また、燃料電池ス
タックに供給する酸化剤ガスの加湿温度を変化させて、
運転試験を行った。縦軸に平均セル電圧（ｍＶ）、横軸
に空気加湿温度（℃）をとって試験結果を図５に示す。
【００２８】（２）単セルの製造例（実施例２）：上記
において６０質量％ポリテトラフルオロエチレン（Ｐ
ＴＦＥ）デイスパージョンを１６．７ｇ用いる替わりに
７．０ｇ用いてペーストを作製した以外は実施例１と同
様にして単セル１１を作製し、実施例１と同様にして運
転試験を行った試験結果を図４に示す。また、実施例１
と同様にして燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの
加湿温度を変化させて、運転試験を行った試験結果を図
５に示す。
において６０質量％ポリテトラフルオロエチレン（Ｐ
ＴＦＥ）デイスパージョンを１６．７ｇ用いる替わりに
７．０ｇ用いてペーストを作製した以外は実施例１と同
様にして単セル１１を作製し、実施例１と同様にして運
転試験を行った試験結果を図４に示す。また、実施例１
と同様にして燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスの
加湿温度を変化させて、運転試験を行った試験結果を図
５に示す。
【００２９】（３）単セルの製造例（実施例３）：上記
において比表面積７００〜８００ｍ2 ／ｇのカーボン
ブラック粉末を用いる替わりに、比表面積２００〜３０
０ｍ2 ／ｇのカーボンブラック粉末を用いた以外は実施
例１と同様にして単セル１１を作製し、実施例１と同様
にして運転試験を行った試験結果を図４に示す。また、
実施例１と同様にして燃料電池スタックに供給する酸化
剤ガスの加湿温度を変化させて、運転試験を行った試験
結果を図５に示す。
において比表面積７００〜８００ｍ2 ／ｇのカーボン
ブラック粉末を用いる替わりに、比表面積２００〜３０
０ｍ2 ／ｇのカーボンブラック粉末を用いた以外は実施
例１と同様にして単セル１１を作製し、実施例１と同様
にして運転試験を行った試験結果を図４に示す。また、
実施例１と同様にして燃料電池スタックに供給する酸化
剤ガスの加湿温度を変化させて、運転試験を行った試験
結果を図５に示す。
【００３０】（４）単セルの製造例（実施例４）：上記
において比表面積１００〜１５０ｍ2 ／ｇのカーボン
ブラック粉末を用いる替わりに、比表面積２００〜３０
０ｍ2 ／ｇのカーボンブラック粉末を用いた以外は実施
例１と同様にして単セル１１を作製し、実施例１と同様
にして運転試験を行った試験結果を図４に示す。また、
実施例１と同様にして燃料電池スタックに供給する酸化
剤ガスの加湿温度を変化させて、運転試験を行った試験
結果を図５に示す。
において比表面積１００〜１５０ｍ2 ／ｇのカーボン
ブラック粉末を用いる替わりに、比表面積２００〜３０
０ｍ2 ／ｇのカーボンブラック粉末を用いた以外は実施
例１と同様にして単セル１１を作製し、実施例１と同様
にして運転試験を行った試験結果を図４に示す。また、
実施例１と同様にして燃料電池スタックに供給する酸化
剤ガスの加湿温度を変化させて、運転試験を行った試験
結果を図５に示す。
【００３１】（５）単セルの製造例（比較例１）：上記
およびにおいていずれも比表面積２００〜３００ｍ
2 ／ｇのカーボンブラック粉末を用いた以外は実施例１
と同様にして単セル１１を作製し、実施例１と同様にし
て運転試験を行った試験結果を図４に示す。また、実施
例１と同様にして燃料電池スタックに供給する酸化剤ガ
スの加湿温度を変化させて、運転試験を行った試験結果
を図５に示す。
およびにおいていずれも比表面積２００〜３００ｍ
2 ／ｇのカーボンブラック粉末を用いた以外は実施例１
と同様にして単セル１１を作製し、実施例１と同様にし
て運転試験を行った試験結果を図４に示す。また、実施
例１と同様にして燃料電池スタックに供給する酸化剤ガ
スの加湿温度を変化させて、運転試験を行った試験結果
を図５に示す。
【００３２】図４から、実施例１〜４のいずれの場合
も、カソード６の混合物層３０中のカーボン材料が同一
組成である比較例１の場合に比べて、同一運転条件にお
いて、良好な出力特性が得られた。また、図５から、実
施例１〜４のいずれの場合も、酸化剤ガスの加湿温度の
変化に伴う出力特性の変化が僅かであるのに対し、比較
例１の場合、加湿温度を高くして湿度を高めた条件で
は、急激に出力特性が低下することがわかった。これら
の結果から、実施例１〜４の燃料電池スタックでは酸化
剤ガスの排出口付近においてガス拡散が阻害されること
を防止でき、同時に供給口付近における固体高分子電解
質膜の乾燥も抑制されたことから、セル内部抵抗が低減
され、その結果良好な出力特性が得られたものと考えら
れる。
も、カソード６の混合物層３０中のカーボン材料が同一
組成である比較例１の場合に比べて、同一運転条件にお
いて、良好な出力特性が得られた。また、図５から、実
施例１〜４のいずれの場合も、酸化剤ガスの加湿温度の
変化に伴う出力特性の変化が僅かであるのに対し、比較
例１の場合、加湿温度を高くして湿度を高めた条件で
は、急激に出力特性が低下することがわかった。これら
の結果から、実施例１〜４の燃料電池スタックでは酸化
剤ガスの排出口付近においてガス拡散が阻害されること
を防止でき、同時に供給口付近における固体高分子電解
質膜の乾燥も抑制されたことから、セル内部抵抗が低減
され、その結果良好な出力特性が得られたものと考えら
れる。
【００３３】実施例１〜４の中でも、酸化剤ガスの供給
口に近い部分２５におけるカソード６の混合物層３０中
のカーボン材料の比表面積が１００〜１５０ｍ2 ／ｇ
で、触媒層２を形成するカーボン担体の比表面積２００
〜３００ｍ2 ／ｇより小さく、酸化剤ガス排出口に近い
部分２６におけるカソード６の混合物層３０中のカーボ
ン材料の比表面積が７００〜８００ｍ2 ／ｇで、触媒層
２を形成するカーボン担体の比表面積２００〜３００ｍ
2 ／ｇより大きく、かつ、酸化剤ガスの供給口に近い部
分２５におけるカソード６の混合物層３０中の撥水材
（ＰＴＦＥ）の含有量を、酸化剤ガス排出口に近い部分
２６の混合物層３０中の撥水材（ＰＴＦＥ）の含有量よ
り大きくして、カソード６の酸化剤ガス供給口に近い部
分２５が、酸化剤ガス排出口に近い部分よりも高い撥水
性を有するようにした実施例２の場合に最も良好な結果
が得られた。
口に近い部分２５におけるカソード６の混合物層３０中
のカーボン材料の比表面積が１００〜１５０ｍ2 ／ｇ
で、触媒層２を形成するカーボン担体の比表面積２００
〜３００ｍ2 ／ｇより小さく、酸化剤ガス排出口に近い
部分２６におけるカソード６の混合物層３０中のカーボ
ン材料の比表面積が７００〜８００ｍ2 ／ｇで、触媒層
２を形成するカーボン担体の比表面積２００〜３００ｍ
2 ／ｇより大きく、かつ、酸化剤ガスの供給口に近い部
分２５におけるカソード６の混合物層３０中の撥水材
（ＰＴＦＥ）の含有量を、酸化剤ガス排出口に近い部分
２６の混合物層３０中の撥水材（ＰＴＦＥ）の含有量よ
り大きくして、カソード６の酸化剤ガス供給口に近い部
分２５が、酸化剤ガス排出口に近い部分よりも高い撥水
性を有するようにした実施例２の場合に最も良好な結果
が得られた。
【００３４】酸化剤ガスの供給口に近い部分２５におけ
るカソード６の混合物層３０中のカーボン材料の比表面
積が小さくなると、カーボン材料粒子により形成される
細孔部の毛細管力による水吸収能力が低下する。このた
めカソード６での電極反応により生成される反応生成水
およびアノード７から移動する移動水が混合物層３０中
を移動しにくくなり、ガス流路８側へ放散されにくくな
る。この結果、酸化剤ガスの供給口付近における固体高
分子電解質膜１の乾燥が抑制され、出力特性を向上でき
るものと考えられる。
るカソード６の混合物層３０中のカーボン材料の比表面
積が小さくなると、カーボン材料粒子により形成される
細孔部の毛細管力による水吸収能力が低下する。このた
めカソード６での電極反応により生成される反応生成水
およびアノード７から移動する移動水が混合物層３０中
を移動しにくくなり、ガス流路８側へ放散されにくくな
る。この結果、酸化剤ガスの供給口付近における固体高
分子電解質膜１の乾燥が抑制され、出力特性を向上でき
るものと考えられる。
【００３５】また、酸化剤ガスの供給口に近い部分２５
の混合物層３０中の撥水材（ＰＴＦＥ）の含有量より大
きくして、撥水性を高くすると、反応生成水および移動
水の移動が混合物層３０でブロックされ、触媒層２の湿
潤状態が維持されるために、その結果として酸化剤ガス
の供給口付近における固体高分子電解質膜１の乾燥が抑
制され、出力特性を向上できたものと考えられる。
の混合物層３０中の撥水材（ＰＴＦＥ）の含有量より大
きくして、撥水性を高くすると、反応生成水および移動
水の移動が混合物層３０でブロックされ、触媒層２の湿
潤状態が維持されるために、その結果として酸化剤ガス
の供給口付近における固体高分子電解質膜１の乾燥が抑
制され、出力特性を向上できたものと考えられる。
【００３６】また、酸化剤ガスの排出口に近い部分２６
においては、カソード６の混合物層３０中のカーボン材
料の比表面積を大きくすることにより、カーボン材料粒
子により形成される細孔部の毛細管力による水吸収能力
が増大する。このため反応生成水および移動水が混合物
層３０中を移動しやすくなり、酸化剤ガス中に放散され
やすくなるために、その結果として酸化剤ガスの排出口
付近に近い部分２６において触媒層２での過度の水滞留
によるガス拡散性低下を低減できたために、出力特性を
向上できるものと考えられる。
においては、カソード６の混合物層３０中のカーボン材
料の比表面積を大きくすることにより、カーボン材料粒
子により形成される細孔部の毛細管力による水吸収能力
が増大する。このため反応生成水および移動水が混合物
層３０中を移動しやすくなり、酸化剤ガス中に放散され
やすくなるために、その結果として酸化剤ガスの排出口
付近に近い部分２６において触媒層２での過度の水滞留
によるガス拡散性低下を低減できたために、出力特性を
向上できるものと考えられる。
【００３７】また、酸化剤ガスの排出口に近い部分２５
の混合物層３０中の撥水材（ＰＴＦＥ）の含有量をより
小さくして、撥水性を低くすると、反応生成水および移
動水が混合物層３０中を移動しやすくなり、酸化剤ガス
中に放散されやすくなるために、その結果として酸化剤
ガスの排出口付近に近い部分２６において触媒層２での
過度の水滞留によるガス拡散性低下を低減できたため
に、出力特性を向上できるものと考えられる。
の混合物層３０中の撥水材（ＰＴＦＥ）の含有量をより
小さくして、撥水性を低くすると、反応生成水および移
動水が混合物層３０中を移動しやすくなり、酸化剤ガス
中に放散されやすくなるために、その結果として酸化剤
ガスの排出口付近に近い部分２６において触媒層２での
過度の水滞留によるガス拡散性低下を低減できたため
に、出力特性を向上できるものと考えられる。
【００３８】上記のように単セル１１を４セル積層して
作製した実施例１〜４の固体高分子型燃料電池スタック
は、図２に示すように酸化剤ガス供給側がこのスタック
の冷却水供給側に位置するようになっている。一般に固
体高分子型燃料電池スタックにおいては、電極反応によ
り発生した反応熱を電池外に搬出し、電池スタック温度
を一定に保つため冷却水を図２に示すように固体高分子
型燃料電池スタックに供給する。スタックの冷却水供給
では、冷却水温度が電池温度より低めに設定されるた
め、一つのスタック内では冷却水供給側の温度が最も低
くなる。このため、このスタックの冷却水供給側に酸化
剤ガス供給側が位置するように配置することにより、酸
化剤ガスの温度上昇を抑えることができ、酸化剤ガス中
へ水が放散されにくくなるために、酸化剤ガスの供給側
付近における高分子固体電解質膜１の乾燥が防止され、
出力特性を向上できる。
作製した実施例１〜４の固体高分子型燃料電池スタック
は、図２に示すように酸化剤ガス供給側がこのスタック
の冷却水供給側に位置するようになっている。一般に固
体高分子型燃料電池スタックにおいては、電極反応によ
り発生した反応熱を電池外に搬出し、電池スタック温度
を一定に保つため冷却水を図２に示すように固体高分子
型燃料電池スタックに供給する。スタックの冷却水供給
では、冷却水温度が電池温度より低めに設定されるた
め、一つのスタック内では冷却水供給側の温度が最も低
くなる。このため、このスタックの冷却水供給側に酸化
剤ガス供給側が位置するように配置することにより、酸
化剤ガスの温度上昇を抑えることができ、酸化剤ガス中
へ水が放散されにくくなるために、酸化剤ガスの供給側
付近における高分子固体電解質膜１の乾燥が防止され、
出力特性を向上できる。
【００３９】図６は、下記の方法により作製した単セル
へ供給される酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水のフロ
ーを模式的に示す説明図であり、図７は、同単セルの酸
化剤ガス供給口に近い部分（撥水材の含有量が高い側）
と酸化剤ガス排出口に近い部分（撥水材の含有量が低い
側）を模式的に示す説明図である。
へ供給される酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水のフロ
ーを模式的に示す説明図であり、図７は、同単セルの酸
化剤ガス供給口に近い部分（撥水材の含有量が高い側）
と酸化剤ガス排出口に近い部分（撥水材の含有量が低い
側）を模式的に示す説明図である。
【００４０】（６）単セルの製造例（実施例５）： ガス拡散層２９として用いるカーボンペーパー（ＴＧ
Ｐ−Ｈ０６０、東レ社製）を所定寸法にカットする。 このカーボンペーパーを、水を混合して比重調整を行
ったＦＥＰデイスパージョンに浸漬し、その後、乾燥
し、３８０℃、１時間熱処理してガス拡散層２９を作製
する。 比表面積２００〜３００ｍ2 ／ｇのカーボンブラック
粉末１０ｇと６０質量％ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）デイスパージョン７．０ｇを、テルピネオ
ールを分散剤として混合し、数ｃｃの界面活性剤を添加
した後再度混合し、ペーストを作製する。 比表面積２００〜３００ｍ2 ／ｇのカーボンブラック
粉末１０ｇと６０質量％ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）デイスパージョン１６．７ｇを、テルピネ
オールを分散剤として混合し、数ｃｃの界面活性剤を添
加した後再度混合し、ペーストを作製する。
Ｐ−Ｈ０６０、東レ社製）を所定寸法にカットする。 このカーボンペーパーを、水を混合して比重調整を行
ったＦＥＰデイスパージョンに浸漬し、その後、乾燥
し、３８０℃、１時間熱処理してガス拡散層２９を作製
する。 比表面積２００〜３００ｍ2 ／ｇのカーボンブラック
粉末１０ｇと６０質量％ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）デイスパージョン７．０ｇを、テルピネオ
ールを分散剤として混合し、数ｃｃの界面活性剤を添加
した後再度混合し、ペーストを作製する。 比表面積２００〜３００ｍ2 ／ｇのカーボンブラック
粉末１０ｇと６０質量％ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）デイスパージョン１６．７ｇを、テルピネ
オールを分散剤として混合し、数ｃｃの界面活性剤を添
加した後再度混合し、ペーストを作製する。
【００４１】上記で作製したカーボンペーパー上の
カソード６の酸化剤ガス供給口に近い部分２５に対応す
る部分に上記で作製したペーストを塗布し、次いで同
カーボンペーパー上の酸化剤ガス排出口に近い部分２６
に対応する部分に上記で作製したペーストを塗布す
る。 ペーストを塗布したカーボンペーパーを乾燥後、３６
０℃で１時間熱処理して混合物層３０を設けたカソード
６のカーボンペーパー（拡散層２９）を作製する。 上記で熱処理を終了したカーボンペーパーの混合物
層３０の上に白金担持カーボン（担体カーボンの比表面
積２００〜３００ｍ2 ／ｇ）と固体高分子からなる触媒
層２を形成してカソード６を完成させる。 同様の方法で作製したアノード７と上記で得たカソ
ード６を固体高分子電解質膜１（Ｎａｆｉｏｎ１１２）
の両面に配置し、ホットプレスすることにより電極／高
分子膜接合体を作製し、この電極／高分子膜接合体を一
組のセパレータ１０により挟持して単セル１１を作製す
る。
カソード６の酸化剤ガス供給口に近い部分２５に対応す
る部分に上記で作製したペーストを塗布し、次いで同
カーボンペーパー上の酸化剤ガス排出口に近い部分２６
に対応する部分に上記で作製したペーストを塗布す
る。 ペーストを塗布したカーボンペーパーを乾燥後、３６
０℃で１時間熱処理して混合物層３０を設けたカソード
６のカーボンペーパー（拡散層２９）を作製する。 上記で熱処理を終了したカーボンペーパーの混合物
層３０の上に白金担持カーボン（担体カーボンの比表面
積２００〜３００ｍ2 ／ｇ）と固体高分子からなる触媒
層２を形成してカソード６を完成させる。 同様の方法で作製したアノード７と上記で得たカソ
ード６を固体高分子電解質膜１（Ｎａｆｉｏｎ１１２）
の両面に配置し、ホットプレスすることにより電極／高
分子膜接合体を作製し、この電極／高分子膜接合体を一
組のセパレータ１０により挟持して単セル１１を作製す
る。
【００４２】上記のようにして作製した単セル１１を４
セル積層して固体高分子型燃料電池スタックを作り、図
６に示すようなフローとなるように酸化剤ガス、燃料ガ
スおよび冷却水を供給し、運転試験を行った。縦軸に平
均セル電圧（ｍＶ）、横軸に電流密度（Ａｍｐ／ｃｍ
2 ）をとって試験結果を図８に示す。また、燃料電池ス
タックに供給する酸化剤ガスの加湿温度を変化させて、
運転試験を行った。縦軸に平均セル電圧（ｍＶ）、横軸
に空気加湿温度（℃）をとって試験結果を図９に示す。
セル積層して固体高分子型燃料電池スタックを作り、図
６に示すようなフローとなるように酸化剤ガス、燃料ガ
スおよび冷却水を供給し、運転試験を行った。縦軸に平
均セル電圧（ｍＶ）、横軸に電流密度（Ａｍｐ／ｃｍ
2 ）をとって試験結果を図８に示す。また、燃料電池ス
タックに供給する酸化剤ガスの加湿温度を変化させて、
運転試験を行った。縦軸に平均セル電圧（ｍＶ）、横軸
に空気加湿温度（℃）をとって試験結果を図９に示す。
【００４３】（７）単セルの製造例（実施例６）：実施
例５のにおいて、実施例５ので作製したカーボンペ
ーパーを、水を混合して比重調整を行ったＦＥＰデイス
パージョンに浸漬し、その後、乾燥し、そして乾燥した
カーボンペーパー上のカソード６の酸化剤ガス排出口に
近い部分２６（全体の約５０％）だけを再度、ＦＥＰデ
イスパージョンに浸漬し、その後、乾燥した後、３８０
℃、１時間熱処理してガス拡散層２９を作製した。その
結果、得られたガス拡散層２９の酸化剤ガスの供給口に
近い部分２５におけるＦＥＰ含有量が２０質量％、酸化
剤ガス排出口に近い部分２６におけるＦＥＰ含有量が５
０質量％に調整されたガス拡散層２９が得られた。この
ようにして作製したガス拡散層２９を用いた以外は実施
例５と同様にして単セル１１を作製し、実施例５と同様
にして運転試験を行った試験結果を図８に示す。また、
実施例１と同様にして燃料電池スタックに供給する酸化
剤ガスの加湿温度を変化させて、運転試験を行った試験
結果を図９に示す。
例５のにおいて、実施例５ので作製したカーボンペ
ーパーを、水を混合して比重調整を行ったＦＥＰデイス
パージョンに浸漬し、その後、乾燥し、そして乾燥した
カーボンペーパー上のカソード６の酸化剤ガス排出口に
近い部分２６（全体の約５０％）だけを再度、ＦＥＰデ
イスパージョンに浸漬し、その後、乾燥した後、３８０
℃、１時間熱処理してガス拡散層２９を作製した。その
結果、得られたガス拡散層２９の酸化剤ガスの供給口に
近い部分２５におけるＦＥＰ含有量が２０質量％、酸化
剤ガス排出口に近い部分２６におけるＦＥＰ含有量が５
０質量％に調整されたガス拡散層２９が得られた。この
ようにして作製したガス拡散層２９を用いた以外は実施
例５と同様にして単セル１１を作製し、実施例５と同様
にして運転試験を行った試験結果を図８に示す。また、
実施例１と同様にして燃料電池スタックに供給する酸化
剤ガスの加湿温度を変化させて、運転試験を行った試験
結果を図９に示す。
【００４４】図８から、実施例５〜６のいずれの場合
も、カソード６の混合物層３０中の撥水材の含有量が同
一で、カソード６の酸化剤ガス供給口に近い部分２５の
撥水性と、酸化剤ガス排出口に近い部分２６の撥水性と
が同一である比較例１の場合に比べて、同一運転条件に
おいて、良好な出力特性が得られた。また、図９から、
実施例５〜６のいずれの場合も、酸化剤ガスの加湿温度
の変化に伴う出力特性の変化が僅かであるのに対し、比
較例１の場合、加湿温度を高くして湿度を高めた条件で
は、急激に出力特性が低下することがわかった。これら
の結果から、実施例５〜６の燃料電池スタックでは酸化
剤ガスの排出口付近においてガス拡散が阻害されること
を抑制でき、同時に供給口付近における固体高分子電解
質膜の乾燥も抑制されたことから、セル内部抵抗が低減
され、その結果良好な出力特性が得られたものと考えら
れる。
も、カソード６の混合物層３０中の撥水材の含有量が同
一で、カソード６の酸化剤ガス供給口に近い部分２５の
撥水性と、酸化剤ガス排出口に近い部分２６の撥水性と
が同一である比較例１の場合に比べて、同一運転条件に
おいて、良好な出力特性が得られた。また、図９から、
実施例５〜６のいずれの場合も、酸化剤ガスの加湿温度
の変化に伴う出力特性の変化が僅かであるのに対し、比
較例１の場合、加湿温度を高くして湿度を高めた条件で
は、急激に出力特性が低下することがわかった。これら
の結果から、実施例５〜６の燃料電池スタックでは酸化
剤ガスの排出口付近においてガス拡散が阻害されること
を抑制でき、同時に供給口付近における固体高分子電解
質膜の乾燥も抑制されたことから、セル内部抵抗が低減
され、その結果良好な出力特性が得られたものと考えら
れる。
【００４５】実施例５〜６の中でも、カソード６の混合
物層３０の酸化剤ガス供給口に近い部分２５の撥水性
を、酸化剤ガス排出口に近い部分２６の撥水性より高く
するとともに、カソード６のガス拡散層２９の酸化剤ガ
ス供給口に近い部分２５の撥水材の含有量を低くしてそ
の撥水性を、撥水材の含有量を高くした酸化剤ガス排出
口に近い部分２６の撥水性より低くした実施例６の場合
に最も良好な結果が得られた。
物層３０の酸化剤ガス供給口に近い部分２５の撥水性
を、酸化剤ガス排出口に近い部分２６の撥水性より高く
するとともに、カソード６のガス拡散層２９の酸化剤ガ
ス供給口に近い部分２５の撥水材の含有量を低くしてそ
の撥水性を、撥水材の含有量を高くした酸化剤ガス排出
口に近い部分２６の撥水性より低くした実施例６の場合
に最も良好な結果が得られた。
【００４６】酸化剤ガスの供給口に近い部分２５におけ
るカソード６の混合物層３０中の撥水材（ＰＴＦＥ）の
含有量より増加させ、撥水性を高めると、反応生成水お
よび移動水の混合物層３０中での移動がブロックされ、
触媒層２の湿潤状態が維持されるために、その結果とし
て酸化剤ガスの供給口に近い部分における固体高分子電
解質膜１の乾燥が抑制され、出力特性を向上できるもの
と考えられる。
るカソード６の混合物層３０中の撥水材（ＰＴＦＥ）の
含有量より増加させ、撥水性を高めると、反応生成水お
よび移動水の混合物層３０中での移動がブロックされ、
触媒層２の湿潤状態が維持されるために、その結果とし
て酸化剤ガスの供給口に近い部分における固体高分子電
解質膜１の乾燥が抑制され、出力特性を向上できるもの
と考えられる。
【００４７】また、酸化剤ガスの排出口に近い部分２６
の混合物層３０中の撥水材（ＰＴＦＥ）の含有量より小
さくして、撥水性を低くすると、反応生成水および移動
水の混合物層３０中を移動しやすくなり、酸化剤ガス中
に放散されやすくなるため、その結果として酸化剤ガス
の排出口に近い部分２６において触媒層２での過度の水
滞留によるガス拡散性低下を低減できたために、出力特
性を向上できるものと考えられる。
の混合物層３０中の撥水材（ＰＴＦＥ）の含有量より小
さくして、撥水性を低くすると、反応生成水および移動
水の混合物層３０中を移動しやすくなり、酸化剤ガス中
に放散されやすくなるため、その結果として酸化剤ガス
の排出口に近い部分２６において触媒層２での過度の水
滞留によるガス拡散性低下を低減できたために、出力特
性を向上できるものと考えられる。
【００４８】通常、前記酸化剤ガス供給口に近い部分２
５のガス拡散層２９を形成する導電性多孔材には、この
部分での水の滞留を防止しつつ適度なガス透過性を保持
させるために撥水性を有する材料あるいは母材に撥水処
理を付与したものが使用される。固体高分子電解質膜１
に設けた触媒層２、導電性多孔材からなるガス拡散層２
９およびこれらの間に配置されるカーボン材料を主成分
とする撥水性混合物層３０からなる単セル１１を備えた
本発明の固体高分子型燃料電池においては、カソード６
を構成するガス拡散層２９の導電性多孔材が水排出経路
となり、混合物層３０の保水量を制御する補助的役割を
果たす。そこで、本発明においてはガス拡散層２９の酸
化剤ガス供給口に近い部分２５の撥水性が、酸化剤ガス
排出口に近い部分２６の撥水性よりも低い撥水性を有す
るようにすることにより、混合物層３０に適度の水が保
水され、酸化剤ガスの排出口付近での混合物層３０に過
度の水が保水されることがなくなって水蒸気の凝縮に伴
うガスの透過阻害がより防止され、安定して運転でき、
良好な出力特性が得られる。
５のガス拡散層２９を形成する導電性多孔材には、この
部分での水の滞留を防止しつつ適度なガス透過性を保持
させるために撥水性を有する材料あるいは母材に撥水処
理を付与したものが使用される。固体高分子電解質膜１
に設けた触媒層２、導電性多孔材からなるガス拡散層２
９およびこれらの間に配置されるカーボン材料を主成分
とする撥水性混合物層３０からなる単セル１１を備えた
本発明の固体高分子型燃料電池においては、カソード６
を構成するガス拡散層２９の導電性多孔材が水排出経路
となり、混合物層３０の保水量を制御する補助的役割を
果たす。そこで、本発明においてはガス拡散層２９の酸
化剤ガス供給口に近い部分２５の撥水性が、酸化剤ガス
排出口に近い部分２６の撥水性よりも低い撥水性を有す
るようにすることにより、混合物層３０に適度の水が保
水され、酸化剤ガスの排出口付近での混合物層３０に過
度の水が保水されることがなくなって水蒸気の凝縮に伴
うガスの透過阻害がより防止され、安定して運転でき、
良好な出力特性が得られる。
【００４９】また、上記のように単セル１１を４セル積
層して作製した実施例５〜６の固体高分子型燃料電池ス
タックは、図６に示すように酸化剤ガス供給口がこのス
タックの冷却水供給側に位置するようになっている。上
記のようにスタックの冷却水供給では、冷却水温度が電
池温度より低めに設定されるため、一つのスタック内で
は冷却水供給側の温度が最も低くなるため、このスタッ
クの冷却水供給側に酸化剤ガス供給側が位置するように
配置することにより、酸化剤ガスの温度上昇を抑えるこ
とができ、酸化剤ガス中へ水が放散されにくくなるため
に、酸化剤ガスの供給側付近における高分子固体電解質
膜１の乾燥が防止され、出力特性を向上できる。
層して作製した実施例５〜６の固体高分子型燃料電池ス
タックは、図６に示すように酸化剤ガス供給口がこのス
タックの冷却水供給側に位置するようになっている。上
記のようにスタックの冷却水供給では、冷却水温度が電
池温度より低めに設定されるため、一つのスタック内で
は冷却水供給側の温度が最も低くなるため、このスタッ
クの冷却水供給側に酸化剤ガス供給側が位置するように
配置することにより、酸化剤ガスの温度上昇を抑えるこ
とができ、酸化剤ガス中へ水が放散されにくくなるため
に、酸化剤ガスの供給側付近における高分子固体電解質
膜１の乾燥が防止され、出力特性を向上できる。
【００５０】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各
部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の
技術的範囲内で種々の変形が可能である。
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各
部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の
技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【００５１】
【発明の効果】本発明の請求項１記載の固体高分子型燃
料電池は、固体高分子電解質膜の両面にアノードおよび
カソードを配置した電極の前記カソードを触媒層、導電
性多孔材からなるガス拡散層およびこれらの間に配置さ
れるカーボン材料を主成分とする撥水性混合物層からな
る構成とするとともに、前記カソードの酸化剤ガス供給
口に近い部分における前記混合物層中のカーボン材料の
比表面積が、酸化剤ガス排出口に近い部分の前記混合物
層中のカーボン材料の比表面積より小さくしたので、ガ
スの供給口付近における高分子固体電解質膜の乾燥が防
止されるとともに、酸化剤ガスの排出口付近での水蒸気
の凝縮に伴うガスの拡散阻害が防止され、安定して運転
でき、良好な出力特性が得られるという顕著な効果を奏
する。
料電池は、固体高分子電解質膜の両面にアノードおよび
カソードを配置した電極の前記カソードを触媒層、導電
性多孔材からなるガス拡散層およびこれらの間に配置さ
れるカーボン材料を主成分とする撥水性混合物層からな
る構成とするとともに、前記カソードの酸化剤ガス供給
口に近い部分における前記混合物層中のカーボン材料の
比表面積が、酸化剤ガス排出口に近い部分の前記混合物
層中のカーボン材料の比表面積より小さくしたので、ガ
スの供給口付近における高分子固体電解質膜の乾燥が防
止されるとともに、酸化剤ガスの排出口付近での水蒸気
の凝縮に伴うガスの拡散阻害が防止され、安定して運転
でき、良好な出力特性が得られるという顕著な効果を奏
する。
【００５２】本発明の請求項２記載の固体高分子型燃料
電池は、前記混合物層の酸化剤ガス供給口に近い部分
が、酸化剤ガス排出口に近い部分よりも高い撥水性を有
するようにしたので、ガスの供給口付近における高分子
固体電解質膜の乾燥が防止されるとともに、酸化剤ガス
の排出口付近での水蒸気の凝縮に伴うガスの拡散阻害が
防止され、安定して運転でき、良好な出力特性が得られ
るという顕著な効果を奏する。
電池は、前記混合物層の酸化剤ガス供給口に近い部分
が、酸化剤ガス排出口に近い部分よりも高い撥水性を有
するようにしたので、ガスの供給口付近における高分子
固体電解質膜の乾燥が防止されるとともに、酸化剤ガス
の排出口付近での水蒸気の凝縮に伴うガスの拡散阻害が
防止され、安定して運転でき、良好な出力特性が得られ
るという顕著な効果を奏する。
【００５３】本発明の請求項３記載の固体高分子型燃料
電池は、前記カソードの酸化剤ガス供給口に近い部分に
おける前記混合物層中のカーボン材料の比表面積が、酸
化剤ガス排出口に近い部分の前記混合物層中のカーボン
材料の比表面積より小さくするとともに、前記酸化剤ガ
ス供給口に近い部分が、酸化剤ガス排出口に近い部分よ
りも高い撥水性を有するようにしたので、ガスの供給口
付近における高分子固体電解質膜の乾燥が一層防止され
るとともに、酸化剤ガスの排出口付近での水蒸気の凝縮
に伴うガスの拡散阻害が一層防止され、より安定して運
転でき、良好な出力特性が得られるという顕著な効果を
奏する。
電池は、前記カソードの酸化剤ガス供給口に近い部分に
おける前記混合物層中のカーボン材料の比表面積が、酸
化剤ガス排出口に近い部分の前記混合物層中のカーボン
材料の比表面積より小さくするとともに、前記酸化剤ガ
ス供給口に近い部分が、酸化剤ガス排出口に近い部分よ
りも高い撥水性を有するようにしたので、ガスの供給口
付近における高分子固体電解質膜の乾燥が一層防止され
るとともに、酸化剤ガスの排出口付近での水蒸気の凝縮
に伴うガスの拡散阻害が一層防止され、より安定して運
転でき、良好な出力特性が得られるという顕著な効果を
奏する。
【００５４】本発明の請求項４記載の固体高分子型燃料
電池は、前記混合物層中において最も撥水性が高い部分
の撥水材の含有量を６０質量％以下としたので、混合物
層の電気伝導度を低下させることなく良好な出力特性が
得られるという顕著な効果を奏する。撥水材の含有量が
６０質量％を超えると混合物層の電気伝導度が低下して
電池の出力特性の低下を招く。
電池は、前記混合物層中において最も撥水性が高い部分
の撥水材の含有量を６０質量％以下としたので、混合物
層の電気伝導度を低下させることなく良好な出力特性が
得られるという顕著な効果を奏する。撥水材の含有量が
６０質量％を超えると混合物層の電気伝導度が低下して
電池の出力特性の低下を招く。
【００５５】本発明の請求項５記載の固体高分子型燃料
電池は、前記カソードの酸化剤ガス供給口に近い部分に
おける前記混合物層中のカーボン材料の比表面積が、カ
ーボン担体に担持した触媒から形成されるカソード触媒
層の前記カーボン担体の比表面積より小さくしたので、
カソードでの電極反応により生成される反応生成水およ
びアノードから移動する移動水が混合物層中を移動しに
くくなり、ガス流路側へ放散されにくくなるため、酸化
剤ガスの供給口付近における固体高分子電解質膜の乾燥
が抑制され、出力特性を向上できるという顕著な効果を
奏する。
電池は、前記カソードの酸化剤ガス供給口に近い部分に
おける前記混合物層中のカーボン材料の比表面積が、カ
ーボン担体に担持した触媒から形成されるカソード触媒
層の前記カーボン担体の比表面積より小さくしたので、
カソードでの電極反応により生成される反応生成水およ
びアノードから移動する移動水が混合物層中を移動しに
くくなり、ガス流路側へ放散されにくくなるため、酸化
剤ガスの供給口付近における固体高分子電解質膜の乾燥
が抑制され、出力特性を向上できるという顕著な効果を
奏する。
【００５６】本発明の請求項６記載の固体高分子型燃料
電池は、前記カソードの酸化剤ガス排出口に近い部分に
おける前記混合物層中のカーボン材料の比表面積が、カ
ーボン担体に担持した触媒から形成されるカソード触媒
層の前記カーボン担体の比表面積より大きくしたので、
反応生成水および移動水が混合物層中を移動しやすくな
り、酸化剤ガス中に放散されやすくなるために、その結
果として酸化剤ガスの排出口付近に近い部分において触
媒層での過度の水滞留によるガス拡散性低下を低減でき
たために、出力特性を向上できるという顕著な効果を奏
する。
電池は、前記カソードの酸化剤ガス排出口に近い部分に
おける前記混合物層中のカーボン材料の比表面積が、カ
ーボン担体に担持した触媒から形成されるカソード触媒
層の前記カーボン担体の比表面積より大きくしたので、
反応生成水および移動水が混合物層中を移動しやすくな
り、酸化剤ガス中に放散されやすくなるために、その結
果として酸化剤ガスの排出口付近に近い部分において触
媒層での過度の水滞留によるガス拡散性低下を低減でき
たために、出力特性を向上できるという顕著な効果を奏
する。
【００５７】本発明の請求項７記載の固体高分子型燃料
電池は、前記カソードを構成する導電性多孔材からなる
ガス拡散層の酸化剤ガス供給口に近い部分が、酸化剤ガ
ス排出口に近い部分よりも低い撥水性を有するようにし
たので、酸化剤ガスの供給口に近い部分における固体高
分子電解質膜の乾燥が抑制されるとともに、酸化剤ガス
の排出口付近での混合物層に過度の水が保水されること
がなくなり、水蒸気の凝縮に伴うガスの拡散阻害がより
防止され、安定して運転でき、良好な出力特性が得られ
るという顕著な効果を奏する。
電池は、前記カソードを構成する導電性多孔材からなる
ガス拡散層の酸化剤ガス供給口に近い部分が、酸化剤ガ
ス排出口に近い部分よりも低い撥水性を有するようにし
たので、酸化剤ガスの供給口に近い部分における固体高
分子電解質膜の乾燥が抑制されるとともに、酸化剤ガス
の排出口付近での混合物層に過度の水が保水されること
がなくなり、水蒸気の凝縮に伴うガスの拡散阻害がより
防止され、安定して運転でき、良好な出力特性が得られ
るという顕著な効果を奏する。
【００５８】本発明の請求項８記載の固体高分子型燃料
電池は、前記ガス拡散層中において最も撥水性が高い部
分の撥水材の含有量を６０質量％以下としたので、ガス
拡散層の電気伝導度を低下させることなく良好な出力特
性が得られるという顕著な効果を奏する。撥水材の含有
量が６０質量％を超えるとガス拡散層の電気伝導度が低
下して電池の出力特性の低下を招く。
電池は、前記ガス拡散層中において最も撥水性が高い部
分の撥水材の含有量を６０質量％以下としたので、ガス
拡散層の電気伝導度を低下させることなく良好な出力特
性が得られるという顕著な効果を奏する。撥水材の含有
量が６０質量％を超えるとガス拡散層の電気伝導度が低
下して電池の出力特性の低下を招く。
【００５９】本発明の請求項９記載の固体高分子型燃料
電池スタックは、酸化剤ガス供給側がこのスタックの冷
却水供給側に位置するようにしたので、酸化剤ガスの温
度上昇を抑えることができ、酸化剤ガス中へ水が放散さ
れにくくなるために、酸化剤ガスの供給側付近における
高分子固体電解質膜の乾燥が防止され、出力特性を向上
できるという顕著な効果を奏する。
電池スタックは、酸化剤ガス供給側がこのスタックの冷
却水供給側に位置するようにしたので、酸化剤ガスの温
度上昇を抑えることができ、酸化剤ガス中へ水が放散さ
れにくくなるために、酸化剤ガスの供給側付近における
高分子固体電解質膜の乾燥が防止され、出力特性を向上
できるという顕著な効果を奏する。
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池の単セルの基本
構成を示す分解断面図である。
構成を示す分解断面図である。
【図２】図１に示した単セルへ供給される酸化剤ガス、
燃料ガスおよび冷却水のフローを模式的に示す説明図で
ある。
燃料ガスおよび冷却水のフローを模式的に示す説明図で
ある。
【図３】図２に示した単セルの酸化剤ガス供給口に近い
部分（カーボン粉末の比表面積が小さい側）と酸化剤ガ
ス排出口に近い部分（カーボン粉末の比表面積が大きい
側）を模式的に示す説明図である。
部分（カーボン粉末の比表面積が小さい側）と酸化剤ガ
ス排出口に近い部分（カーボン粉末の比表面積が大きい
側）を模式的に示す説明図である。
【図４】平均セル電圧（ｍＶ）と電流密度（Ａｍｐ／ｃ
ｍ2 ）の関係を示すグラフである。
ｍ2 ）の関係を示すグラフである。
【図５】平均セル電圧（ｍＶ）と空気加湿温度（℃）の
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図６】本発明の他の固体高分子型燃料電池の単セルへ
供給される酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水のフロー
を模式的に示す説明図である。
供給される酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水のフロー
を模式的に示す説明図である。
【図７】図６に示した単セルの酸化剤ガス供給口に近い
部分（撥水材の含有量が高い側）と酸化剤ガス排出口に
近い部分（撥水材の含有量が低い側）を模式的に示す説
明図である。
部分（撥水材の含有量が高い側）と酸化剤ガス排出口に
近い部分（撥水材の含有量が低い側）を模式的に示す説
明図である。
【図８】平均セル電圧（ｍＶ）と電流密度（Ａｍｐ／ｃ
ｍ2 ）の関係を示すグラフである。
ｍ2 ）の関係を示すグラフである。
【図９】平均セル電圧（ｍＶ）と空気加湿温度（℃）の
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図１０】従来の固体高分子型燃料電池の単セルの基本
構成を示す分解断面図である。
構成を示す分解断面図である。
【図１１】図１０に示した単セルを複数積層した固体高
分子型燃料電池スタックの基本構成を示す断面図であ
る。
分子型燃料電池スタックの基本構成を示す断面図であ
る。
【図１２】図１０に示した単セルを構成するセパレータ
のガス流路の構成例を示す平面図である。
のガス流路の構成例を示す平面図である。
【図１３】図１０に示した単セルへ供給されるガスのフ
ローを模式的に示す説明図である。
ローを模式的に示す説明図である。
１ 固体高分子電解質膜 ２ カソード側触媒層 ３ アノード側触媒層 ４ カソード側ガス拡散層 ５ アノード側ガス拡散層 ６ カソード ７ アノード ８ ガス流路 ９ 冷却水流路 １０ セパレータ １１ 単セル １９ ガス供給口 ２０ ガス供給側マニホールド ２１ 排出側マニホールド ２２ ガス排出口 ２３ ガス供給連通口 ２４ ガス排出連通口 ２５ 酸化剤ガス供給口に近い部分 ２６ 酸化剤ガス排出口に近い部分 ２７ 酸化剤ガス流れ ２８ 燃料ガス流れ ２９ ガス拡散層 ３０ 混合物層
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｍ 8/24 Ｈ０１Ｍ 8/24 Ｅ (56)参考文献 特開2001−6708（ＪＰ，Ａ) 特開2001−102059（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−67225（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−189004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−225768（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 H01M 4/86 - 4/98
Claims (9)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜の両面にアノードお
よびカソードを配置し、前記カソードが固体高分子電解
質膜側に設けた触媒層、導電性多孔材からなるガス拡散
層およびこれらの間に配置されるカーボン材料を主成分
とする撥水性混合物層からなる単セルを備えた固体高分
子型燃料電池において、前記カソードの酸化剤ガス供給
口に近い部分における前記混合物層中のカーボン材料の
比表面積が、酸化剤ガス排出口に近い部分の前記混合物
層中のカーボン材料の比表面積より小さいことを特徴と
する固体高分子型燃料電池。 - 【請求項２】 固体高分子電解質膜の両面にアノードお
よびカソードを配置し、前記カソードが固体高分子電解
質膜側に設けた触媒層、導電性多孔材からなるガス拡散
層およびこれらの間に配置されるカーボン材料を主成分
とする撥水性混合物層からなる単セルを備えた固体高分
子型燃料電池において、前記混合物層の酸化剤ガス供給
口に近い部分が、酸化剤ガス排出口に近い部分よりも高
い撥水性を有することを特徴とする固体高分子型燃料電
池。 - 【請求項３】 固体高分子電解質膜の両面にアノードお
よびカソードを配置し、前記カソードが固体高分子電解
質膜側に設けた触媒層、導電性多孔材からなるガス拡散
層およびこれらの間に配置されるカーボン材料を主成分
とする撥水性混合物層からなる単セルを備えた固体高分
子型燃料電池において、前記カソードの酸化剤ガス供給
口に近い部分における前記混合物層中のカーボン材料の
比表面積が、酸化剤ガス排出口に近い部分の前記混合物
層中のカーボン材料の比表面積より小さく、かつ比表面
積が小さいカーボン材料を有する混合物層側の撥水性
が、比表面積が大きいカーボン材料を有する混合物層側
の撥水性よりも高いことを特徴とする固体高分子型燃料
電池。 - 【請求項４】 前記混合物層中において最も撥水性が高
い部分の撥水材の含有量が６０質量％以下であることを
特徴とする請求項２あるいは請求項３記載の固体高分子
型燃料電池。 - 【請求項５】 前記カソードの酸化剤ガス供給口に近い
部分における前記混合物層中のカーボン材料の比表面積
が、カーボン担体に担持した触媒から形成されるカソー
ド触媒層の前記カーボン担体の比表面積より小さいこと
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の
固体高分子型燃料電池。 - 【請求項６】 前記カソードの酸化剤ガス排出口に近い
部分における前記混合物層中のカーボン材料の比表面積
が、カーボン担体に担持した触媒から形成されるカソー
ド触媒層の前記カーボン担体の比表面積より大きいこと
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の
固体高分子型燃料電池。 - 【請求項７】 前記カソードを構成する導電性多孔材か
らなるガス拡散層の酸化剤ガス供給口に近い部分が、酸
化剤ガス排出口に近い部分よりも低い撥水性を有するこ
とを特徴とする請求項２から請求項６のいずれかに記載
の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項８】 前記ガス拡散層中において最も撥水性が
高い部分の撥水材の含有量が６０質量％以下であること
を特徴とする請求項７記載の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項９】 請求項１から請求項３のいずれかに記載
の単セルを複数枚積層して形成される固体高分子型燃料
電池スタックであって、酸化剤ガス供給側がこのスタッ
クの冷却水供給側に位置することを特徴とする固体高分
子型燃料電池スタック。
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