碳片、氣體擴散電極基材和燃料電池的制作方法

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本發明涉及適合用于燃料電池，特別是固體高分子型燃料電池的碳片，還涉及包含微孔層的氣體擴散電極基材以及包含該氣體擴散電極基材的燃料電池。

背景技術：

將含氫的燃料氣體供給到陽極，將含氧的氧化氣體供給到陰極，通過在兩極發生的電化學反應得到電動勢的固體高分子型燃料電池一般是依次層疊隔板、氣體擴散電極基材、催化劑層、電解質膜、催化劑層、氣體擴散電極基材及隔板而構成的。對上述的氣體擴散電極基材要求用于將由隔板供給的氣體向催化劑層擴散的高氣體擴散性、用于將伴隨電化學反應產生的水向隔板排出的高排水性以及用于將產生的電流取出的高導電性，因此廣泛使用以由碳纖維等構成的碳片為基材并在其表面形成微孔層的氣體擴散電極基材。

然而，作為這樣的氣體擴散電極基材的課題，已知有使固體高分子型燃料電池在低于70℃的較低溫度且高電流密度區域工作時，大量生成的液體的水堵塞氣體擴散電極基材，使氣體的供給不足，結果發電性能降低這樣的課題(以下，有時記載為溢流(flooding)。)。因此，對氣體擴散電極基材要求更高的排水性。而且，為了解決該課題做了很多努力。

例如，為了提高氣體擴散性和排水性，提出了通過層疊多個使用了平均粒徑不同的導電性粒子的層而使多孔度在表面和背面得到控制的燃料電池用氣體擴散電極基材(參照專利文獻1)；通過混合纖維長度不同的碳纖維而使細孔徑在表面和背面得到控制的燃料電池用氣體擴散電極基材(參照專利文獻2)。

另外，提出了在面垂直方向連續減少粘合材料的附著量的氣體擴散電極基材的制作方法(參照專利文獻3)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開2004－233537號公報

專利文獻2:日本特開2010－102879號公報

專利文獻3:日本特開2013－145640號公報

技術實現要素：

然而，在專利文獻1、專利文獻2記載的發明中，由于個別地制作控制多孔度、細孔徑的各層，層疊多個，所以碳片整體變厚。其結果，氣體擴散性和排水性不充分，無法充分抑制溢流，因此發電性能依然不充分。

另外，在專利文獻3記載的發明中，由于從一面涂布成為粘合材料的樹脂組合物，所以粘合材料的偏差大，為了保證整體的粘合會使一面的粘合材料量變多。其結果，氣體擴散性反而變差，無法充分抑制溢流，所以發電性能依然不充分。

因此，鑒于上述現有技術的背景，本發明的目的在于提供一種碳片，其在氣體擴散電極基材中，通過大幅提高氣體擴散性和排水性，從而使耐溢流性優異，即便在較低溫度且高電流密度區域工作時，也能夠表現出高發電性能，進而適用于機械特性、導電性和導熱性優異的氣體擴散電極基材。

另外，本發明的另一個目的在于穩定地生產用現有的方法難以制作的具有充分的氣體擴散性和排水性的薄碳片以及氣體擴散電極基材。

此外，本發明的又一個目的在于提供使用上述碳片作為基材而形成的氣體擴散電極基材以及包含該氣體擴散電極基材的燃料電池。

為了解決上述的課題，本發明具有以下的構成。

本發明的碳片的第一實施方式是一種碳片，其特征在于，是含有碳纖維和粘合材料的多孔碳片，在測定表面的深度分布，將一個表面的測定面積中深度為20μm以下的部分的面積比例設為表層面積率X，將另一個表面的測定面積中深度為20μm以下的部分的面積比例設為表層面積率Y時，上述表層面積率X比上述表層面積率Y大，其差為3％～12％。

根據本發明的碳片的第一實施方式的優選方式，表層面積率X為13％～17％，表層面積率Y為9％～13％。

根據本發明的碳片的第一實施方式的優選方式，將上述表層面積率X的表面設為面X1，將上述表層面積率Y的表面設為面Y1時，上述面X1的表面粗糙度比上述面Y1的表面粗糙度小，其差為1μm～4μm。

根據本發明的碳片的第一實施方式的優選方式，將上述表層面積率X的表面設為面X1時，上述面X1的表面粗糙度為16μm以下。

本發明的碳片的第二實施方式是一種碳片，其特征在于，是含有碳纖維和粘合材料的多孔碳片，將由碳纖維和粘合材料對表面的被覆率大的一側的表面設為面X2，將由碳纖維和粘合材料對表面的被覆率小的一側的表面設為面Y2時，上述面X2和上述面Y2的上述被覆率的差為5％～20％。

根據本發明的碳片的第二實施方式的優選方式，上述面X2的被覆率為70％～90％，上述面Y2的被覆率為50％～75％。

根據本發明的碳片的第一實施方式或第二實施方式的優選方式，上述的碳片含有防水材料，在從離一個表面最近的具有50％平均氟強度的面到離另一個表面最近的具有50％平均氟強度的面的區間，針對將上述區間在上述碳片的面垂直方向進行3等分而得的層，在離一個表面近的層和離另一個表面近的層中，若將層的平均氟強度較大的層設為層A，將層的平均氟強度較小的層設為層B，并將層A與層B之間的層設為層C，則層的平均氟強度是按層A、層B、層C的順序變小。

根據本發明的碳片的第一實施方式或第二實施方式的優選方式，上述防水材料的熔點為200℃～320℃。

根據本發明的碳片的第一實施方式或第二實施方式的優選方式，上述面Y1或上述面Y2的表面的水的滑落角(sliding angle)為40度以下。

根據本發明的碳片的第一實施方式或第二實施方式的優選方式，將在1～100μm的范圍具有直徑的細孔的容積之和設為100％時，在50～100μm的范圍具有直徑的細孔的容積之和為17～50％，由堆積密度(ρ_b)和真密度(ρ_t)算出的空隙率((ρ_t－ρ_b)/ρ_t)為75～87％。

根據本發明的碳片的第一實施方式或第二實施方式的優選方式，在1～100μm的細孔的直徑范圍具有最大容積的細孔的直徑(峰值直徑)在30～50μm的范圍內。

本發明的碳片的第三實施方式是一種碳片，其特征在于，在將具有直徑在1～100μm的范圍的細孔的容積之和設為100％時，具有直徑在50～100μm的范圍的細孔的容積之和為17～50％，由堆積密度(ρ_b)和真密度(ρ_t)算出的空隙率((ρ_t－ρ_b)/ρ_t)為75～87％。

根據本發明的碳片的第三實施方式的優選方式，在1～100μm的細孔的直徑范圍具有最大容積的細孔的直徑(峰值直徑)在30～50μm的范圍內。

根據本發明，能夠得到以往制作困難的耐溢流性優異的較薄的碳片。本發明的碳片能夠提高特別是低溫下的發電性能，適用于氣體擴散電極基材。

附圖說明

圖1表示測定深度分布時，相對于深度，具有該深度的部分的面積所占的比例的曲線(profile)的示意圖。

圖2是用于說明本發明的碳片的構成的截面示意圖。

圖3是用于表示本發明的碳片的氟強度的求出方法的示意圖。

具體實施方式

本發明的碳片的第一實施方式是一種碳片，是含有碳纖維和粘合材料的多孔碳片，在測定表面的深度分布，將一個表面的測定面積中深度為20μm以下的部分的面積比例設為表層面積率X，將另一個表面的測定面積中深度為20μm以下的部分的面積比例設為表層面積率Y時，上述的表層面積率X比上述的表層面積率Y大，其差為3％～12％。

本發明中，“表面的測定面積中深度為20μm以下的部分的面積”如下定義：測定表面的深度分布，從該最外表面將離該最外表面側近的具有深度的部分(離最外表面側近的淺的部分)的面積累積起來，求出測定范圍整體中到該累積面積成為2％為止的深度，以該深度為基準，求出從該基準到20μm深度為止的部分的面積的和，將該面積作為“表面的測定面積中深度為20μm以下的部分的面積”。并且，將“表面的測定面積中深度為20μm以下的部分的面積”在測定面積中所占的比率作為表層面積率。

由此，表層面積率如下定義：測定表面的深度分布，從該最外表面將離該最外表面側近的具有深度的部分(離最外表面側近的淺的部分)的面積率累積起來，求出測定范圍整體中到該累積面積率為2％為止的深度，以該深度為基準，將從該基準到20μm深度為止的部分累積而得的面積率。而且在本發明中，其特征在于一個表面的表層面積率與另一個表面的表層面積率不同。

圖1中示出測定深度分布時，相對于深度的具有該深度的部分所占面積的比例(面積率)的曲線的示意圖。深度的面積率曲線(1)是測定范圍整體中的具有該深度的部分的面積所占的比例(面積率)，總測定面積率(4)是測定范圍的深度全部區域中面積率的合計，為100％。而且，將離最外表面近的淺的部分的面積率累積起來，將累積面積率為2％的部分作為除外面積率(2)。將該除外面積率(2)所含的最右端的點(深度)定義為累積面積率為2％的深度(5)，將該點作為深度的基準(0μm)，將位于從該基準(0μm)到20μm深度的面垂直方向的范圍的部分的面積率累積起來，將該累積的面積率定義為表層面積率(3)。

本發明的碳片的第二實施方式是一種碳片，是含有碳纖維和粘合材料的多孔碳片，將由碳纖維和粘合材料對表面的被覆率大的一側的表面設為面X2，將由碳纖維和粘合材料對表面的被覆率小的一側的表面設為面Y2時，上述面X2與上述面Y2的上述被覆率的差為5％～20％。

本發明的碳片的優選方式是碳片含有防水材料，在從離一個表面最近的具有50％平均氟強度的面到離另一個表面最近的具有50％平均氟強度的面的區間，針對將上述區間在上述碳片的面垂直方向進行3等分而得的層，在離一個表面近的層和離另一個表面近的層中，若將層的平均氟強度較大的層設為層A，將較小的層設為層B，并將層A與層B之間的層設為層C，則層的平均氟強度按層A、層B、層C的順序變小。

這里50％平均氟強度是指沿著從碳片的一個表面向另一個表面的碳片的面垂直方向的直線測定的氟強度的平均值的50％的值。另外，“離一個表面最近的具有50％平均氟強度的面”包括在上述的測定中碳片的面垂直方向的直線上的離一個表面最近的顯示50％平均氟強度的點的集合，表示與碳片的表面大致平行的假想面，無需在碳片內實際成為連續面。“層的平均氟強度按層A、層B、層C的順序變小”是指各層的平均氟強度為層A＞層B＞層C的關系。

以下，利用附圖對本發明中的碳片和氣體擴散電極基材的構成進行說明。圖2是用于例示說明本發明的碳片的第一實施方式、第二實施方式和本發明的碳片的優選方式的截面示意圖。

在圖2中，通過測定表面的深度分布來決定從一個表面(面X1或者面X2(7))在面垂直方向累積面積率為2％的深度(基準深度)(9)。將該累積面積率為2％的深度(基準深度)(9)作為基準，可以求出距該基準深度20μm的深度(10)。同樣，在相反的表面也能夠求出累積面積率為2％的深度(基準深度)(9)，而求出距該基準深度20μm的深度(10)。

接下來在本發明的優選方式中，在從離一個表面(面X1或者面X2(7))最近的具有50％平均氟強度的面(面AA(12))到離另一個表面(面Y1或者面Y2(8))最近的具有50％平均氟強度的面(面BB(13))為止的區間(17)，針對將上述區間在上述碳片的面垂直方向進行3等分而得的層，在離一個表面(面X1或者面X2(7))近的層和離另一個表面(面Y1或者面Y2(8))近的層中，若將層的平均氟強度最大的層設為層A(14)，將離另一個表面(面Y1或者面Y2(8))近的、層的平均氟強度小于層A(14)的層設為層B(16)，將層A(14)與層B(16)之間的層設為層C(15)，則層的平均氟強度優選按層A(14)、層B(16)、層C(15)的順序變小。

這樣，本發明的碳片(6)的優選方式是由層A(14)、層B(16)、層C(15)及低于50％平均氟強度的層(10)構成。本發明中可以通過在該面X1或者面X2(7)設置微孔層而得到氣體擴散電極基材。

本發明的碳片的第三實施方式是一種碳片，是含有碳纖維和粘合材料的多孔碳片，在將具有直徑在1～100μm的范圍的細孔的容積之和設為100％時，具有直徑在50～100μm的范圍的細孔的容積之和為17～50％，由堆積密度(ρb)和真密度(ρt)算出的空隙率((ρt－ρb)/ρt)為75～87％。

[碳片]

本發明的碳片可以通過含有后述的碳纖維的多孔體的制作、樹脂組合物的浸滲、根據需要進行的貼合和熱處理、碳化以及根據需要進行的防水加工的工序來制作。本發明的碳片是指含有碳纖維和粘合材料的多孔物體，也可以根據需要進行防水加工。

另外本發明中，粘合材料表示碳片中的碳纖維以外的成分。因此，粘合材料含有作為發揮使碳纖維彼此結合的作用的材料的樹脂組合物的碳化物。另外，本發明的碳片使用防水材料時，防水材料包含在粘合材料中。

而且本發明的碳片最重要的是多孔。通過使碳片成為多孔的，能夠兼具優異的氣體擴散性和排水性。為了使碳片成為多孔的，優選使用多孔體作為用于制造碳片的材料。

＜含有碳纖維的多孔體的制作＞

對用于制造多孔碳片的多孔體進行說明。本發明的多孔碳片優選具有用于將由隔板供給的氣體向催化劑擴散的高氣體擴散性、用于將伴隨電化學反應而生成的水向隔板排出的高排水性以及用于將產生的電流取出的高導電性。因此為了得到多孔碳片，優選使用具有導電性的多孔體。更具體而言，為了得到多孔碳片而使用的多孔體的優選方式是例如使用碳纖維抄紙體、碳纖維織物以及氈型碳纖維無紡布等含有碳纖維的多孔體。其中，將多孔體制成多孔碳片時，從吸收電解質膜在面垂直方向的尺寸變化的特性，即“彈性”優異的角度考慮，優選使用碳纖維抄紙體作為多孔體。以下，以碳纖維抄紙體為代表例進行說明。

本發明中，用粘合材料將碳纖維抄紙體結合而成的基材如下所述也可以通過使樹脂浸滲到碳纖維抄紙體中并碳化而得到。

作為本發明的碳片及用于得到該碳片的多孔體中的碳纖維，可舉出聚丙烯腈(PAN)系、瀝青系以及人造絲系等碳纖維。其中，從機械強度優異的角度考慮，優選使用PAN系碳纖維和瀝青系碳纖維。

本發明的碳片及用于得到該碳片的多孔體中的碳纖維的單纖維的平均直徑優選為3～20μm的范圍內，更優選為5～10μm的范圍內。如果單纖維的平均直徑為3μm以上，則細孔徑更大，排水性提高，能夠抑制溢流。另一方面，如果單纖維的平均直徑為20μm以下，則水蒸氣擴散變少，結果在80℃以上的較高溫度工作時，電解質膜干燥，質子傳導性降低，結果能夠抑制發電性能降低的問題(以下，記載為干涸(dry up))。

這里，碳纖維中的單纖維的平均直徑是通過如下方式求出的，用掃描式電子顯微鏡等顯微鏡，將碳纖維放大至1000倍進行照片拍攝，隨機挑選不同的30根單纖維并測量其直徑，求出其平均值。作為掃描式電子顯微鏡，可以使用日立制作所株式會社制S－4800或者其同等品。

本發明中使用的碳纖維的單纖維的平均長度優選為3～20mm的范圍內，更優選為5～15mm的范圍內。如果平均長度為3mm以上，則碳片的機械強度、導電性以及導熱性變得優異。另一方面，如果單纖維的平均長度為20mm以下，則抄紙時碳纖維的分散性優異，得到均質的碳片。具有這樣的單纖維的平均長度的碳纖維是通過將連續的碳纖維剪切成所需長度的方法等而得到的。

這里，碳纖維的單纖維的平均長度是通過如下方式求出的，用掃描式電子顯微鏡等顯微鏡，將碳纖維放大至50倍進行照片拍攝，隨機挑選不同的30根單纖維并測量其長度，求出其平均值。作為掃描式電子顯微鏡，可以使用日立制作所株式會社制S－4800或者其同等品。

碳纖維中的單纖維的平均直徑、平均長度通常是針對作為原料的碳纖維，通過直接觀察該碳纖維而測定的，但也可以觀察碳片來測定。

作為用于得到碳片而使用的多孔體的一個方式的、通過抄紙形成的碳纖維抄紙體，從制成碳片時各向同性地保持面內的導電性和導熱性這樣的目的考慮，優選碳纖維是在二維平面內隨機分散的片狀。得到碳纖維抄紙體時的碳纖維的抄紙可以僅進行一次，也可以多次層疊來進行。本發明中，為了穩定地制作不僅生產率提高而且容易得到高發電性能的厚度的薄碳片，優選僅以一次進行抄紙。

就碳纖維的單纖維的平均直徑而言，對于由碳片的一個表面求出的碳纖維的單纖維的平均直徑和由另一個表面求出的碳纖維的單纖維的平均直徑，其比率優選為0.5～1。此外，平均直徑相同時比率為1，平均直徑不同時，比率為“小的平均直徑/大的平均直徑”。另外，對于由一個表面求出的碳纖維的單纖維的平均長度和由另一個表面求出的碳纖維的單纖維的平均長度，其差優選為0mm～10mm。由此，在使纖維分散時能夠均勻分散，在進行抄紙時能夠降低密度、厚度的偏差。因此，在使用含有本發明的碳片的氣體擴散電極基材的燃料電池中催化劑層與氣體擴散電極基材的密合性良好，發電性能良好。應予說明，本發明中將單纖維的平均直徑低于1μm的纖維視為粘合材料。

本發明中，對于碳纖維抄紙體而言，碳纖維的單位面積質量優選在10～50g/m²的范圍內，更優選為15～35g/m²的范圍內，進一步優選為20～30g/m²的范圍內。如果碳纖維抄紙體中的碳纖維的單位面積質量為10g/m²以上，則由碳纖維抄紙體得到的碳片的機械強度優異。另外，如果碳纖維抄紙體中的碳纖維的單位面積質量為50g/m²以下，則由碳纖維抄紙體得到的碳片的面內方向的氣體擴散性和排水性優異。通過貼合多片抄紙體而制成碳纖維抄紙體時，貼合后的碳纖維抄紙體的碳纖維的單位面積質量優選在上述的范圍內。

這里，碳片中的碳纖維的單位面積質量是通過如下方式求出的，即，將切成10cm四方形的碳纖維抄紙體在氮氣氛下，在溫度450℃的電爐內保持15分鐘，除去有機物，將得到的殘渣的質量除以碳纖維抄紙體的面積(0.01m²)而求出。

＜樹脂組合物的浸滲＞

得到本發明的碳片時，使成為粘合材料的樹脂組合物浸滲在碳纖維抄紙體等含有碳纖維的多孔體等中。

本發明中，碳片中的粘合材料是指碳片中的碳纖維以外的成分，主要發揮使碳纖維彼此粘合的作用。作為發揮使碳纖維彼此粘合的作用的材料，可舉出浸滲在多孔體中的樹脂組合物或其碳化物。應予說明，以下，有時將使成為粘合材料的樹脂組合物浸滲在含有碳纖維的多孔體中的物體記載為“預備浸滲體”。

作為使成為粘合材料的樹脂組合物浸滲在含有碳纖維的多孔體中的方法，采用將多孔體浸漬在添加了溶劑的樹脂組合物中的方法，將添加了溶劑的樹脂組合物涂布于多孔體的方法，以及在剝離用膜上形成由樹脂組合物構成的層，并將由上述樹脂組合物構成的層轉印到多孔體的方法等。其中，從生產率優異的角度考慮，特別優選使用將多孔體浸漬在添加了溶劑的樹脂組合物中的方法。通過使樹脂組合物附著于預備浸滲體整體，從而能夠使粘合材料附著于得到的碳片的整體，因此能夠進一步提高碳片的強度。

在本發明的碳片的第一實施方式或者第二實施方式中，相對于碳片的一個表面的表層面積率或者被覆率，另一個表面的表層面積率或者被覆率不同(詳細內容在后面敘述)。這可以通過在碳片中將成為粘合材料的樹脂組合物浸滲于多孔體時，使樹脂組合物的附著量大多分布在一個表面來獲得。即通過在碳片中使粘合材料的量大多分布在一個表面來獲得。更詳細而言，通過浸漬等使樹脂組合物整體均勻地浸滲在含有碳纖維的抄紙體等多孔體中后，干燥前從一面除去過量附著的樹脂組合物，從而能夠將得到的碳片的一個表面和另一個表面的表層面積率或者被覆率控制成不同的值。

作為一個例子，將碳纖維抄紙體浸漬在含有樹脂組合物的溶液中得到預備浸滲體后，干燥前從一個表面吸取含有樹脂組合物的溶液，或者在碳纖維抄紙體的僅一個表面按壓擠壓輥(squeeze roller)，由此使碳纖維抄紙體的一個表面(成為碳片時是后述的面Y1或者面Y2側的表面)附近的樹脂組合物的附著量相對于另一個表面(成為碳片時是后述的面X1或者面X2側的表面)附近的樹脂組合物的附著量減少。采用該方法，能夠使樹脂組合物附著于碳纖維抄紙體整體，因此結果是粘合材料存在于得到的碳片的整體，還能夠保持機械強度。

另外，作為另一個例子，也可以通過將碳纖維抄紙體浸漬在含有樹脂組合物的溶液中得到預備浸滲體后，僅在該碳纖維抄紙體的一個表面追加，通過噴霧機或凹版輥等涂布樹脂組合物，也能夠將碳片的一個表面和另一個表面的表層面積率或者被覆率控制成不同的值。另外，也可以在使碳纖維抄紙體浸漬于含有樹脂組合物的溶液中后，干燥時，利用施加于樹脂組合物的重力、來自一面的熱風干燥使樹脂組合物多半附著于一面，也能夠將碳片的一個表面和另一個表面的表層面積率或者被覆率控制成不同的值。

另外，將2片碳纖維抄紙體在彼此的成為面Y1或者面Y2的面重合的狀態下浸漬于含有樹脂組合物的溶液中，使2片碳纖維抄紙體在重疊的狀態下干燥，干燥后剝離，由此也能夠使附著于面Y1或者面Y2側的粘合材料比面X1或者面X2側的少。

本發明的碳片的第三實施方式與第一實施方式和第二實施方式同樣可以通過僅在碳纖維抄紙體的一個表面追加而涂布樹脂組合物的方法來制成。另外，通過使含有在400℃以上的高溫消失的粒子的樹脂組合物浸滲在碳纖維抄紙體的至少一面中，并在后述的碳化工序中使粒子消失，也能夠控制在碳片內部形成的細孔的大小。此時，可以僅從一面浸滲消失的粒子，另外，也可以通過涂布成圖案狀從而不均勻地形成具有大的細孔的部分。

本發明中，制作預備浸滲體時使用的樹脂組合物是根據需要向樹脂成分中添加溶劑等而成的。這里，樹脂成分包括熱固性樹脂、熱塑性樹脂等樹脂，并且，根據需要含有碳粉末、表面活性劑等添加物。

上述樹脂組合物所含的樹脂成分的碳化收率優選為40質量％以上。如果碳化收率為40質量％以上，則碳片的機械特性、導電性和導熱性容易變得優異。樹脂組合物所含的樹脂成分的碳化收率沒有特別上限，通常為60質量％左右。

作為構成上述樹脂組合物中的樹脂成分的樹脂，可舉出酚醛樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂以及呋喃樹脂等熱固性樹脂等。其中，從碳化收率高的角度考慮，優選使用酚醛樹脂。

另外，對于上述樹脂組合物中的樹脂成分，出于提高碳片的機械特性、導電性和導熱性的目的，可以使用碳粉末作為根據需要添加的添加物。這里，作為碳粉末，可以使用爐法炭黑、乙炔黑、燈黑和熱裂法炭黑等炭黑，鱗片狀石墨、鱗狀石墨、土狀石墨、人造石墨、膨脹石墨以及薄片石墨等石墨，碳納米管、碳納米纖維、碳纖維的磨碎纖維等。

上述樹脂組合物可以直接使用上述的樹脂成分，根據需要，出于提高向碳纖維抄紙體等多孔體中的浸滲性的目的，也可含有各種溶劑。這里，作為溶劑，可以使用甲醇、乙醇以及異丙醇等。

上述樹脂組合物在25℃、0.1MPa的狀態下優選為液態。如果樹脂組合物為液態則向碳纖維抄紙體等多孔體中的浸滲性優異，得到的碳片的機械特性、導電性以及導熱性優異。

浸滲時，相對于預備浸滲體中的碳纖維100質量份，優選以樹脂成分成為30～400質量份的方式浸滲上述樹脂組合物，更優選以成為50～300質量份的方式浸滲。如果相對于預備浸滲體中的碳纖維100質量份的、樹脂成分的浸滲量為30質量份以上，更優選為50質量份以上，則碳片的機械特性、導電性以及導熱性優異。另一方面，如果相對于預備浸滲體中的碳纖維100質量份的、樹脂成分的浸滲量為400質量份以下，更優選為300質量份以下，則碳片在面內方向的氣體擴散性和面垂直方向的氣體擴散性優異。

＜貼合和熱處理＞

本發明中，將樹脂組合物浸滲在碳纖維抄紙體等多孔體中而形成預備浸滲體之后，在進行碳化之前，可以在貼合預備浸滲體后對預備浸滲體進行熱處理。

本發明中，出于使碳片成為規定厚度的目的，可以貼合多片預備浸滲體。此時，可以貼合多片具有相同性狀的預備浸滲體，也可以貼合多片具有不同性狀的預備浸滲體。具體而言，也可以貼合碳纖維直徑、碳纖維長度、得到預備浸滲體時使用的碳纖維抄紙體等多孔體的碳纖維的單位面積質量以及樹脂成分的浸滲量等不同的多個預備浸滲體。

另一方面，有時因貼合會在面垂直方向形成不連續的面，產生內部空隙，因此本發明中優選不貼合碳纖維抄紙體等多孔體而僅使用一片，對其進行熱處理。

另外，出于將預備浸滲體中的樹脂組合物增粘和部分交聯的目的，可以對預備浸滲體進行熱處理。作為熱處理的方法，可以使用吹送熱風的方法，夾在壓制裝置等的加熱板中進行加熱的方法，以及夾在連續帶中進行加熱的方法等。

＜碳化＞

本發明中，將樹脂組合物浸滲在碳纖維抄紙體等多孔體中制成預備浸滲體后，為了將樹脂成分碳化，在非活性氣氛下進行煅燒。該煅燒可以使用分批式的加熱爐，也可以使用連續式的加熱爐。另外，非活性氣氛可以通過使爐內流通氮氣、氬氣等非活性氣體以獲得。

本發明中，煅燒的最高溫度優選為1300～3000℃的范圍內，更優選為1700～3000℃的范圍內，進一步優選為1900～3000℃的范圍內。如果最高溫度為1300℃以上，則預備浸滲體中的樹脂成分的碳化進行，碳片的導電性和導熱性優異。另一方面，如果最高溫度為3000℃以下，則加熱爐的運轉成本低。

本發明中，有時將樹脂組合物浸滲于碳纖維抄紙體等多孔體后進行碳化而得的物質記載為“碳纖維煅燒體”。即碳片是指碳纖維煅燒體，實施防水加工前的碳纖維煅燒體和實施防水加工后的碳纖維煅燒體均屬于碳片。

＜防水加工＞

本發明中，出于提高排水性的目的，優選的方式是對碳纖維煅燒體實施防水加工。也就是說本發明的碳片優選含有防水材料。防水加工可以通過對碳纖維煅燒體涂布防水材料并進行熱處理而進行。應予說明，使用防水材料進行防水加工時，上述防水材料作為粘合材料包含在碳片中。

這里，作為防水材料，從耐腐蝕性優異的角度考慮，優選使用氟系的聚合物。作為氟系的聚合物，可舉出聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯－六氟丙烯共聚物(FEP)以及四氟乙烯－全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)等。

本發明的碳片的第一實施方式或者第二實施方式中，上述的面Y1或者面Y2的水的滑落角優選為40度以下。通過在本發明的碳片的面X1側或者面X2側形成微孔層，能夠制成本發明的氣體擴散電極基材。使用該氣體擴散電極基材作為燃料電池時，碳片的面Y1或者面Y2成為隔板側，通過使面Y1或者面Y2的水的滑落角成為40度以下，能夠得到從碳片向隔板的良好的排水性。這里，面Y1或者面Y2的水的滑落角是指從碳片的面Y1或者面Y2側測定得到的滑落角。面Y1或者面Y2的滑落角越低越好，以1度能夠得到最好的排水性。

作為將面Y1或者面Y2的水的滑落角控制在40度以下的方法，可舉出實施防水加工的方法。由于在防水加工工序中的熱處理時，防水材料熔融變成低粘度，所以能夠使防水材料均勻地附著在碳片內的碳纖維的表面，能夠使水的滑落角成為40度以下，能夠提高碳片的防水性。

同樣，在本發明的碳片的第三實施方式中，碳片的一個面的水的滑落角也優選為40度以下，也優選該面為形成微孔層的面的相反面。

另一方面，通過在煅燒過的碳片的表面薄薄地附著防水材料，能夠使其與隔板的導電性變得良好。為了薄薄地附著防水材料，優選使防水加工中使用的防水材料的熔點為200℃～320℃。作為滿足這點的防水材料的種類，可舉出FEP或者PFA。通過使防水材料的熔點為320℃以下，從而在防水加工工序中的熱處理時，防水材料容易熔融，防水材料能夠均勻地擴展在碳片內的碳纖維表面，能夠得到防水性高的碳片，能夠提高耐溢流性。另外，通過使防水材料的熔點為200℃以上，從而在防水加工工序中的熱處理時，防水材料不易熱分解，能夠得到防水性高的碳片。通過使用這些材料，能夠顯著地提高具有本發明的結構的碳片的排水性，能夠減少在實施過防水加工的碳片內部的水的積存，因此能夠大大地改善氣體的擴散性。

防水材料的附著量相對于碳纖維煅燒體100質量份優選為1～50質量份，更優選為2～40質量份。如果防水材料的附著量為1質量份以上，則碳片的排水性優異。另一方面，如果附著量為50質量份以下，則碳片的導電性優異。

本發明中，碳纖維煅燒體相當于“碳片”。如上所述，碳纖維煅燒體根據需要可以被實施防水加工，本發明中，實施過防水加工的碳纖維煅燒體也相當于“碳片”。不實施防水加工的碳纖維煅燒體當然也相當于“碳片”。

[碳片的特征]

以下對通過如上的工序得到的本發明的碳片的特征進行說明。

本發明中，碳片的密度優選為0.20～0.40g/cm³的范圍內，更優選為0.22～0.35g/cm³的范圍內，進一步優選為0.24～0.30g/cm³的范圍內。如果密度為0.20g/cm³以上，則水蒸氣擴散性小，能夠抑制干涸。另外，能夠提高碳片的機械強度，充分支撐電解質膜和催化劑層。而且，導電性高，發電性能提高。另一方面，如果密度為0.40g/cm³以下，則排水性提高，能夠抑制溢流。

具有這樣的密度的碳片如在后述的碳片的制法中說明的那樣，是通過控制碳纖維的單位面積質量、相對于碳纖維的樹脂成分的配合量以及碳片的厚度而得到的。這里，碳片的密度是將利用電子天平稱量的碳片的單位面積質量(每單位面積的質量)除以按表面壓力0.15MPa加壓時的碳片的厚度而求得的。

本發明中，未必需要像現有技術那樣層疊多片預備浸滲體。因此，本發明中，容易減小碳片的厚度。

另外，本發明的碳片的厚度優選為50～230μm，更優選為70～180μm，進一步優選為90～130μm。通過使碳片的厚度為230μm以下，更優選為180μm以下，進一步優選為130μm以下，從而氣體的擴散性容易變大，另外生成水也容易被排出去。并且，燃料電池整體的尺寸也容易變小。另一方面，通過使碳片的厚度為50μm以上，更優選為70μm以上，進一步優選為90μm以上，從而碳片內部的面內方向的氣體擴散高效進行，容易提高發電性能。

應予說明，本發明的碳片的厚度用以下的方法求出。即，將碳片和氣體擴散電極基材載置于平滑的平臺上，在施加壓力0.15MPa的狀態下測定從有測定物的情況到無測定物的情況的高度差。在不同的部位進行10個位置的取樣，將高度差的測定值平均而得的數值設為厚度。

如上所述，在本發明的碳片的第一實施方式中，優選的方式是一個表面的表層面積率與另一個表面的表層面積率不同。

表層面積率是利用形狀解析激光顯微鏡得到碳片的表面的深度分布而求得的。首先，對隨機挑選的碳片分別以沒有浮起的方式將5mm見方的范圍固定于平臺，使用激光顯微鏡測定隨機挑選的部分的表面的深度分布。

然后對得到的數據進行平面自動傾斜校正后，算出表面的深度分布。然后制作圖1所示的相對于深度的、具有該深度的部分的面積所占的比例(面積率)的曲線。然后將離最外表面近的淺的部分的面積率累積起來，將該累積面積率為2％的部分作為除外面積率。進一步以累積面積率為2％的深度為基準，求出從作為該基準的深度到20μm的深度為止的累積面積率。從而，如此求得的累積面積率為表層面積率。應予說明，表層面積率是如此進行而求出10點的值的平均值。

表層面積率在物理來講表示存在于表層的物質的面積率，如果碳纖維、粘合材料多半存在于表面的較淺的部分則表層面積率大。該表層面積率可以通過如下方式來控制，即，在制作預備浸滲體時通過使樹脂組合物多半附著于表面附近從而使粘合材料多半附著于碳片的表面附近。

測定使用激光顯微鏡(Keyence公司VK-X100)，使用10倍物鏡。以縱向5列、橫向4行進行測定，將結果的圖像連接得到5mm見方的范圍的表面的深度分布數據。

對于燃料電池而言，抑制溢流是一個課題，所謂溢流是指在低于70℃的較低溫度且高電流密度區域中工作時，氣體擴散電極基材因大量生成的液體的水而堵塞，導致氣體的供給不足，結果發電性能降低。

在本發明的碳片的第一實施方式中，通過使表層面積率Y比表層面積率X小，從而使得碳片內的液體的水從表層面積率大的面X1側向開口大且表層面積率Y小的面Y1側移動，由此能夠使液體的水高效地從碳片排向隔板。由此，不僅排水性提高，而且碳片內部不會被水堵塞，氣體擴散性也提高。因此，即便是在產生大量的液體的水的高電流密度區域的發電也能夠抑制溢流。

這樣，優選碳片的兩面的表層面積率存在一定的差，面X1與面Y1的表層面積率的差優選為3％以上。另一方面，如果表層面積率的差過大，則粘合材料的分布偏差過大，機械強度容易不足。因此，表層面積率的差優選為12％以下。此外，如果考慮有效的排水性與氣體擴散性的平衡，更優選為4.0％～9.6％，進一步優選為4.7％～7.0％。

另外，對于面X1，為了利用表層面積率控制水蒸氣的擴散，表層面積率X優選為13％以上，為了確保燃料氣體、氧化氣體的擴散優選為17％以下。此外，如果考慮與機械強度的平衡，則優選為14.8％～16.0％。

另外，對于面Y1，為了保證機械強度，表層面積率Y優選為9％以上，另一方面，為了有效地排出液體的水，表層面積率Y優選為13％以下。如果考慮氣體擴散性，更優選為9.1％～10.3％。

另外，將表層面積率X的表面設為面X1，將表層面積率Y的表面設為面Y1時，優選面X1的表面粗糙度小于面Y1的表面粗糙度。如果面X1的表面粗糙度小于面Y1的表面粗糙度，則含填料涂布液向碳片內部的滲入減少，能夠提高氣體擴散電極基材的氣體擴散性。優選面X1與面Y1的表面粗糙度存在一定的差，該差優選為1μm～4μm。應予說明，面X1的表面粗糙度是指從碳片的面X1側測定的表面粗糙度，面Y1的表面粗糙度是指從碳片的面Y1側測定的表面粗糙度。同樣，在本發明的碳片的第二實施方式或者第三實施方式中，優選一個面與另一個面的表面粗糙度存在一定的差，該差優選為1μm～4μm。

這里，面X1的表面粗糙度優選為16μm以下，更優選為11μm～16μm，進一步優選為13μm～15μm。另一方面，面Y1的表面粗糙度優選為12μm～20μm，進一步優選為14μm～19μm。通過使碳片的面X1的表面粗糙度為16μm以下，使面Y1的表面粗糙度為12μm～20μm，從而含填料涂布液向碳片內部的滲入減少，能夠提高氣體擴散電極基材的氣體擴散性。另外，能夠得到表面粗糙度小的微孔層。同樣，在本發明的碳片的第二實施方式或者第三實施方式中，表面粗糙度較小的面的表面粗糙度優選為16μm以下，更優選為11μm～16μm，進一步優選為13μm～15μm。另一方面，表面粗糙度較大的面的表面粗糙度優選為12μm～20μm，進一步優選為14μm～19μm。

在本發明的碳片的第二實施方式中，重要的是上述的面X2和面Y2的一個表面的由碳纖維和粘合材料對表面的被覆率與另一個表面的由碳纖維和粘合材料對表面的被覆率不同。

被覆率可以利用表面整體(將空隙部分與存在碳纖維和粘合材料的部分算在一起的整體)中的表面被碳纖維和粘合材料覆蓋的部分的比例來表示。該被覆率可以通過對利用掃描式電子顯微鏡觀察碳片的表面得到的圖像進行數值處理而求得。也就是說，可以將表面的空隙部分與存在碳纖維和粘合材料的部分分離，由其面積比率獲得。

首先，使用掃描式電子顯微鏡(日立制作所制S4800)，將碳片的表面放大到50倍，利用自帶的自動調整功能調整明暗的對比度進行圖像拍攝。接下來，使用作為圖像處理程序的“J－trim”，按亮度將得到的圖像在明亮度的最大和最小之間劃分成256階段，將從最小到70階段的部分作為閾值進行二值化。全部的面積中，將經二值化的明亮側的面積所占的比例設為被覆率[％]。在本發明的碳片的第二實施方式中，將被覆率大的一側的表面設為面X2，將小的一側的表面設為面Y2。

在本發明的碳片的第二實施方式中，通過使面Y2的被覆率比面X2的被覆率小，從而碳片內的液體的水從被覆率大的面X側向開口大且被覆率小的面Y2側移動，由此能夠使液體的水高效地從碳片排向隔板。由此，不僅排水性提高，而且碳片內部不會被水堵塞，氣體擴散性也提高。因此，即便在產生大量的液體的水的高電流密度區域的發電也能夠抑制溢流。這樣，為了積極地活用被覆率的結構，優選使碳片的兩面的被覆率存在一定的差，面X2與面Y2的被覆率差為5％以上是重要的。另一方面，如果被覆率的差過大，則層內的粘合材料的分布偏差過大，機械強度容易不足。因此，被覆率的差為20％以下是重要的。并且，如果考慮有效的排水性與氣體擴散性的平衡，優選為6.5％～15.0％，更優選為7.5％～12.0％。

另外，對于面X2，為了利用被覆率控制水蒸氣的擴散，面X2的被覆率優選為70％以上，為了確保燃料氣體、氧氣擴散，優選為90％以下。另外，如果考慮有效的排水性與氣體擴散性的平衡，優選為75.0％～81.4％。

另外，對于面Y2，為了通過粘合來保證強度，面Y2的被覆率優選為50％以上，另一方面，為了有效排出液體的水，被覆率優選為75％以下。另外如果考慮有效的排水性與氣體擴散性的平衡，優選為68.0％～75.0％。

本發明的碳片含有防水材料，對于上述的層A、B、C，層的平均氟強度優選按層A、層B、層C的順序變小。

由于層C的平均氟強度小于層A的平均氟強度，所以由發電產生的生成水迅速從層A向層C移動。另外，由于層B的平均氟強度大于層C，所以生成水不易滯留在層B的與隔板凸條部相接的部分，抑制溢流。另外，在隔板流路內流動的生成水不易返回碳片。由此，通過以平均氟強度按層A、層B、層C的順序變小的方式配置氟強度，與層A＞層C＞層B的情況相比較，能夠提高耐溢流性。

對于這樣的用于提高耐溢流性的層的平均氟強度，將層B的平均氟強度設為1時，優選層A的平均氟強度為1.30～9.00的范圍內，層C的平均氟強度為0.10～0.90的范圍內。

另外，將層B的平均氟強度設為1時，層C的平均氟強度更優選為0.30～0.80，進一步優選為0.50～0.70。通過使將層B的平均氟強度設為1時的層C的平均氟強度為0.90以下，更優選為0.80以下，進一步優選為0.70以下，從而容易顯著提高生成水的排水性，發電性能容易提高。另外，通過使相對于層B的平均氟強度的層C的平均氟強度為0.10以上，更優選為0.30以上，進一步優選為0.50以上，從而層C具有一定以上的防水性，生成水不易滯留在層C，抑制溢流。

另外，將層B的平均氟強度設為1時，層A的平均氟強度更優選為1.40～8.00，進一步優選為1.50～7.00。通過使相對于層B的平均氟強度的層A的平均氟強度為1.30以上，更優選為1.40以上，進一步優選為1.50以上，從而生成水容易從層A向層B側排出。另外，通過使將層B的平均氟強度設為1時的層A的平均氟強度為9.00以下，更優選為8.00以下，進一步優選為7.00以下，從而層B具有一定以上的防水性，生成水不易滯留在層B的與隔板凸條部相接的部分，抑制溢流。

層的平均氟強度按層A、層B、層C的順序變小的本發明的碳片是通過在面垂直方向控制構成碳片的碳纖維的纖維直徑、密度以及粘合材料的分布而得到的，更優選的方式是控制粘合材料的分布。

碳片的氟強度可以使用掃描式電子顯微鏡(SEM)－能量分散型X射線分析(EDX)裝置來測定。應予說明，無法獲得經防水加工的碳片等的情況下，可以使用氣體擴散電極基材中的碳片或者膜電極接合體中的碳片的厚度方向的截面觀察用樣品求出氟強度。

對于燃料電池而言，抑制溢流是一個課題，所謂溢流是指在低于70℃的較低溫度且高電流密度區域中工作時，氣體擴散電極基材因大量生成的液體的水而堵塞，氣體的供給不足，結果發電性能降低。

本發明的碳片的第一實施方式或者第二實施方式中，在將具有直徑在1～100μm的范圍的細孔的容積之和設為100％時，具有直徑在50～100μm的范圍的細孔的容積之和為17～50％，由堆積密度(ρb)和真密度(ρt)算出的空隙率((ρt－ρb)/ρt)優選為75～87％。另外，本發明的碳片的第一實施方式或者第二實施方式中，在1～100μm的細孔的直徑的范圍，具有最大容積的細孔的直徑(峰值直徑)更優選在30～50μm的范圍內。這里，以下有時將具有直徑在1～100μm的范圍的細孔的容積之和設為100％時的、具有直徑在50～100μm的范圍的細孔的容積之和記載為直徑50～100μm的細孔容積比例。關于本發明的碳片的第一實施方式或者第二實施方式中的直徑50～100μm的細孔容積比例、空隙率以及峰值直徑的更優選的范圍等，與在后述的第三實施方式記載的優選范圍等相同。

本發明的碳片的第三實施方式是一種碳片，其特征在于，是含有碳纖維和粘合材料的多孔碳片，將具有直徑在1～100μm的范圍的細孔的容積之和設為100％時，具有直徑在50～100μm的范圍的細孔的容積之和為17～50％，由堆積密度(ρb)和真密度(ρt)算出的空隙率((ρt－ρb)/ρt)為75～87％。直徑50～100μm的細孔容積比例優選為25～35％。另外，空隙率((ρ_t－ρ_b)/ρ_t)優選為77～85％。

具有直徑在50～100μm的范圍的細孔對發電時的水、水蒸氣的控制具有重要的作用。另外，直徑50～100μm的細孔容積比例與質地不均等碳片的均勻性也有關。如果碳片的直徑50～100μm的細孔容積比例為17％以上，則排水性提高，能夠抑制溢流。另外，如果碳片的直徑50～100μm的細孔容積比例為50％以下，則水蒸氣擴散性小，能夠抑制干涸，并且能夠無質地不均等均勻地制作由抄紙等構成的碳片，因此能夠提高拉伸等機械特性。

此外，如果碳片的空隙率為75％以上，則排水性提高，能夠抑制溢流。而且，由于能夠使碳片柔軟，所以在通過工序時碳片沒有彎折、出現皺褶之類的不良情況而容易進行加工。另外，由于可以采用使用直徑小的輥的工序，所以也容易進行加工機器的省空間、低成本化。另外，如果碳片的空隙率為87％以下，則能夠抑制干涸。并且，由于能夠無質地不均等均勻地制作由抄紙等構成的碳片，所以能夠提高拉伸等力學強度。由此，通過工序時的片不會發生斷裂，容易穩定地加工。

通過使碳片的直徑50～100μm的細孔容積比例為17～50％，使空隙率為75～87％，能夠抑制溢流和干涸，能夠提高低溫和高溫的發電性能，并且還能夠實現穩定的工序通過性。

另外，本發明的碳片的第三實施方式中，在1～100μm的細孔的直徑范圍具有最大容積的細孔的直徑(峰值直徑)優選在30～50μm的范圍內，更優選在35～45μm的范圍內。如果碳片的峰值直徑為30～50μm的范圍，則能夠更有效地抑制溢流、干涸。

在30～50μm的范圍內具有峰值直徑的碳片通過控制碳片的單位面積質量和厚度、粘合材料對碳纖維的附著量、碳片的表面和背面的被覆率而得到。

這里，碳片的細孔徑分布(表示相對于細孔的直徑的細孔容積的分布)是利用壓汞法得到的。從碳片切取3片約12mm×20mm見方的試樣片，精確稱量后，以不重疊的方式放入測定用電池單元，在減壓下注入汞。然后，在以下所示的條件下測定。

·測定壓力范圍：開始測定時的壓力6kPa(細孔徑400μm)～測定結束時的壓力414MPa(細孔徑30nm)

·測定電池單元模式：上述壓力范圍的升壓過程

·電池單元容積：5cm³

·汞的表面張力：485dyn/cm

·汞的接觸角：130°

作為測定裝置，可以使用島津制作所制Auto Pore 9520或者其等同品。利用由此得到的細孔徑分布求出具有直徑在1～100μm的范圍的細孔的容積之和及具有直徑在50～100μm的范圍的細孔的容積之和，算出直徑50～100μm的細孔容積比例。

另外，在1～100μm的細孔的直徑的范圍具有最大容積的細孔的直徑(峰值直徑)也由該細孔徑分布求出。

另外，空隙率由用以下方法測定的堆積密度ρ_b(g/cm³)和真密度ρ_t(g/cm³)算出。首先，堆積密度ρ_b是按照下述式由碳片的厚度t_b(cm)和質量M_b(g/100cm²)算出的，其中，碳片的厚度t_b(cm)是在以表面壓力0.15MPa加壓的狀態下使用千分尺求得的，質量M_b(g/100cm²)是從碳片切取10cm見方的正方形而測得的。

ρ_b(g/cm³)＝(M_b/t_b)/100

接下來，真密度ρ_t是按照下述式由用比重瓶法測定的真實的容積V_t(cm³)和測定中使用的試樣的質量M_t(g)算出的。

ρ_b(g/cm³)＝M_t/V_t

作為真實的容積V_t(cm³)的測定裝置，可以使用Quantachrome制的比重瓶、MicroUltrapyc 1200e或者其等同品。應予說明，測定時，以相對于電池單元容積的真實的容積V_t為10％以上的方式將試樣填充于電池單元內。

另外，碳片的堆積密度ρ_b優選為0.2～0.4g/cm³的范圍內，更優選為0.22～0.35g/cm³的范圍內。如果堆積密度ρ_b為0.2g/cm³以上，則水蒸氣擴散性小，能夠抑制干涸。另外，碳片的機械特性提高，能夠充分支撐電解質膜和催化劑層。而且，導電性高，在高溫和低溫下發電性均能提高。另一方面，如果堆積密度ρ_b為0.4g/cm³以下，則排水性提高，能夠抑制溢流。

應予說明，還可以從氣體擴散電極基材分離碳片后測定碳片的表層面積率、被覆率、直徑50～100μm的細孔容積比例、空隙率、峰值直徑。例如可以將氣體擴散電極基材在大氣中以600℃加熱30分鐘，使氣體擴散電極基材中的微孔層所含的樹脂組合物氧化分解后，在乙醇等溶劑中進行超聲波處理，由此除去微孔層的殘渣，取出碳片。

[氣體擴散電極基材]

接下來，對本發明的氣體擴散電極基材進行說明。

本發明的氣體擴散電極基材可以通過在上述碳片上形成后述的微孔層來制作。

＜微孔層的形成＞

接下來，對作為本發明的構成要素之一的微孔層進行說明。

本發明的碳片可以通過在一個表面上形成微孔層而作為氣體擴散電極基材使用。而且，對于本發明的氣體擴散電極基材而言，在采用碳片的第一實施方式或者第二實施方式時，在碳片的面X1或者面X2側形成微孔層。在采用碳片的第三實施方式時，可以在碳片的任一面形成微孔層，但使用通過使一面的細孔較小的方法制成的碳片時，優選在細孔較小的面形成微孔層。

微孔層可以通過僅涂布1次來形成，也可以通過涂布多次來形成。由此，能夠大幅減少表面的缺陷，能夠提高耐久性。

微孔層的單位面積質量優選為10～35g/m²的范圍內，更優選為30g/m²以下，進一步優選為25g/m²以下。另外，單位面積質量更優選為14g/m²以上，進一步優選為16g/m²以上。

如果微孔層的單位面積質量為10g/m²以上，則利用微孔層能夠覆蓋碳片的一個表面，進一步促進生成水的反向擴散，能夠進一步抑制電解質膜的干燥。另外，如果微孔層的單位面積質量為35g/m²以下，則排水性進一步提高，能夠進一步抑制溢流。

本發明中，微孔層優選含有填料。作為填料，優選碳粉末。作為碳粉末，可舉出爐法炭黑、乙炔黑、燈黑及熱裂法炭黑等炭黑，鱗片狀石墨、鱗狀石墨、土狀石墨、人造石墨、膨脹石墨及薄片石墨等石墨，碳納米管、碳納米纖維、碳纖維的磨碎纖維等。其中，作為屬于填料的碳粉末，更優選使用炭黑，從雜質少的角度考慮，最優選使用乙炔黑。

本發明中，從提高導電性和排水性的觀點考慮，微孔層也可以使用含有線狀碳和防水材料的多孔體。

本發明中，微孔層含有碳粉末，該碳粉末為線狀碳，通過使該線狀碳的長寬比為30～5000，能夠適當地抑制作為微孔層的前體的含填料涂布液向碳片中的滲入，能夠改善面內方向的氣體擴散性和排水性，因此能夠抑制溢流，此外，由于能夠在碳片的表面形成具有充分的厚度的微孔層，促進生成水的反向擴散，所以能夠干涸。

本發明中，從促進排水的觀點考慮，優選的方式是微孔層含有防水材料。其中，從使耐腐蝕性優異的角度考慮，作為防水材料，優選使用氟系的聚合物。作為氟系的聚合物，可舉出聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯－六氟丙烯共聚物(FEP)、以及四氟乙烯－全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)等。

含填料涂布液可以含有水、有機溶劑等分散介質，也可以含有表面活性劑等分散助劑。作為分散介質，優選水，分散助劑優選使用非離子性的表面活性劑。另外，也可以含有如上所述的各種碳粉末等填料、防水材料。

微孔層可以通過將含有上述填料的含填料涂布液涂布在碳片的一面而形成。

含填料涂布液向碳片的涂覆可以使用市售的各種涂布裝置來進行。作為涂布方式，可以采用絲網印刷、旋轉絲網印刷、噴霧機噴霧、凹版印刷(intaglio printing)、凹版印花(gravure printing)、模涂機涂布、棒涂布以及刮刀涂布等涂布方式。上述例示的涂布方法只是例示，不必限定于此。

在將含填料涂布液涂布于碳片后，優選在80～180℃的溫度將涂布液干燥。即，將涂布物投入設定在80～180℃溫度的干燥器，在5～30分鐘的范圍干燥。干燥風量可以適當地決定，急劇的干燥有時誘發表面的微小裂紋。在將涂布物干燥后，優選投入馬弗爐、煅燒爐或者高溫型的干燥機，優選在300～380℃的溫度下加熱5～20分鐘使防水材料熔融，作成碳粉末等填料彼此的粘結劑而形成微孔層。

[膜電極接合體]

本發明中，可以將上述的氣體擴散電極基材與兩面具有催化劑層的固體高分子電解質膜的至少一面接合，形成膜電極接合體。此時，通過在催化劑層側配置氣體擴散電極基材的微孔層，更容易引起生成水的反向擴散，而且催化劑層與氣體擴散電極基材的接觸面積增大，能夠降低接觸電阻。

[燃料電池]

本發明的燃料電池含有本發明的氣體擴散電極基材，也就是說在上述的膜電極接合體的兩側具有隔板。即，通過在上述的膜電極接合體的兩側配置隔板而構成燃料電池。通常，通過層疊多個介由墊片用隔板夾持在這樣的膜電極接合體的兩側這樣的結構而構成固體高分子型燃料電池。催化劑層由含有固體高分子電解質和擔載有催化劑的碳的層構成。作為催化劑，通常使用鉑。對于向陽極側供給含一氧化碳的改性氣體的燃料電池而言，作為陽極側的催化劑，優選使用鉑和釕。固體高分子電解質優選使用質子傳導性、耐氧化性及耐熱性高的全氟磺酸系的高分子材料。這樣的燃料電池單元、燃料電池的構成本身是眾所周知的。

實施例

接下來，利用實施例對本發明的碳片和氣體擴散電極基材進行具體說明。以下示出實施例中使用的材料、碳片以及氣體擴散電極基材的制作方法和燃料電池的電池性能評價方法。

＜碳片的制作＞

·厚度220μm的碳片的制作

·將東麗株式會社制聚丙烯腈系碳纖維“Torayca”(注冊商標)T300(平均碳纖維直徑：7μm)切成平均長度12mm，并使其分散于水中，利用濕式抄紙法進行連續抄紙。進一步將作為粘結劑的聚乙烯醇的10質量％水溶液涂布于該抄紙并使其干燥，制作碳纖維單位面積質量為44.0g/m²的抄紙體。聚乙烯醇的附著量相對于碳纖維抄紙體100質量份為22質量份。

接下來，使用甲階型酚醛樹脂與酚醛清漆型酚醛樹脂以1：1的質量比混合成的樹脂組合物作為熱固性樹脂，使用磷片狀石墨(平均粒徑5μm)作為碳粉末，使用甲醇作為溶劑，按照熱固性樹脂/碳粉末/溶劑＝10質量份/5質量份/85質量份的配合比將它們混合，并使用超聲波分散裝置進行1分鐘攪拌，得到均勻分散的樹脂組合物的浸滲液。

接下來，將切成15cm×12.5cm的碳纖維抄紙體水平浸漬在充滿于鋁制方形平底盤中的樹脂組合物后，用水平配置的2根輥夾持擠擰。此時，樹脂組合物在碳纖維抄紙體上的附著量通過改變水平配置的2根輥間的間隙來調整。另外，2根輥中的一根輥是具有能夠用刮刀除去多余樹脂的結構的平滑金屬輥，另一根輥使用帶凹凸的凹版輥這種構成的輥。將碳纖維抄紙體的一個表面側用金屬輥、另一個表面側用凹版輥夾持，擠擰樹脂組合物的浸滲液，由此使碳纖維抄紙體的一個表面與另一個表面的樹脂成分的附著量形成差異。浸滲后，在100℃的溫度加熱5分鐘使其干燥，制作預備浸滲體。接下來，一邊用平板壓力機加壓，一邊在180℃的溫度進行5分鐘熱處理。加壓時在平板壓力機配置間隔件，調整上下壓力機面板的間隔。

在加熱爐中，將對該預備浸滲體進行熱處理而得的基材導入保持在氮氣氣氛中最高溫度為2400℃的加熱爐，得到由碳纖維煅燒體構成的厚度為220μm的碳片。

·厚度150μm的碳片的制作

使碳纖維的單位面積質量為30.0g/m²，并在利用平板壓力機的熱處理中調整上下壓力機面板的間隔，除此之外，根據上述的厚度220μm的碳片的制作中記載的方法，制作厚度為150μm的碳片。

·厚度100μm的碳片的制作

使碳纖維的單位面積質量為22.0g/m²，并在利用平板壓力機的熱處理中調整上下壓力機面板的間隔，除此之外，根據上述的厚度220μm的碳片的制作中記載的方法，制作厚度為100μm的碳片。

＜防水加工＞

將上述制作的碳片浸漬在作為防水材料的PTFE樹脂(“Polyflon”(注冊商標)PTFE DISPERSION D－1E(DAIKIN INDUSTRIES株式會社制))的水分散液或者FEP樹脂(“Neoflon”(注冊商標)FEP DISPERSION ND－110(DAIKIN INDUSTRIES株式會社制)的水分散液中，使防水材料浸滲于碳纖維煅燒體中。其后，在溫度為100℃的干燥機爐內加熱5分鐘進行干燥，制作經防水加工的碳片。應予說明，干燥時，垂直配置碳片，每隔1分鐘改變上下方向。另外，將防水材料的水分散液以干燥后相對于碳片95質量份防水材料被賦予5質量份的方式稀釋成適當的濃度而使用。

＜氣體擴散電極基材的制作＞

[材料]

·碳粉末A：乙炔黑“Denka Black”(注冊商標)(電化學工業株式會社制)

·碳粉末B：線狀碳：氣相生長碳纖維“VGCF”(注冊商標)(昭和電工株式會社制)長寬比70

·材料C：防水材料PTFE樹脂(使用含有60質量份PTFE樹脂的水分散液，“Polyflon”(注冊商標)PTFE DISPERSION D－1E(DAIKIN INDUSTRIES株式會社制)

·材料D：表面活性劑“TRITON”(注冊商標)X－100(Nacalai Tesque株式會社制)。

使用分散機將上述各材料混合，制作含填料涂布液。使用狹縫式模涂機將該含填料涂布液呈面狀涂布在經防水加工的碳片的一個表面上后，在120℃的溫度加熱10分鐘，在380℃的溫度加熱10分鐘。由此，在經防水加工的碳片上形成微孔層，制作氣體擴散電極基材。這里使用的含填料涂布液中使用了碳粉末、防水材料、表面活性劑以及純化水，使用了表所示的、以成為用質量份記載的含填料涂布液的組成的方式調整了配合量的組成。表所示的材料C(PTFE樹脂)的配合量不是PTFE樹脂的水分散液的配合量，而表示PTFE樹脂本身的配合量。

＜固體高分子型燃料電池的發電性能評價＞

依次加入擔載有鉑的碳(田中貴金屬工業株式會社制，鉑擔載量：50質量％)1.00g、純化水1.00g、“Nafion”(注冊商標)溶液(Aldrich公司制“Nafion”(注冊商標)5.0質量％)8.00g和異丙醇(Nacalai Tesque公司制)18.00g，制作催化劑溶液。

接下來，用噴霧機將催化劑溶液涂布在剪切成5cm×5cm的“Nafuron”(注冊商標)PTFE帶“TOMBO”(注冊商標)No.9001(Nichias株式會社制)上，在常溫下干燥，制作鉑量為0.3mg/cm²的帶催化劑層的PTFE片。接著，將剪切成8cm×8cm的固體高分子電解質膜“Nafion”(注冊商標)NRE－211CS(DuPont公司制)用2片帶催化劑層的PTFE片夾持，一邊用平板壓力機加壓至5MPa，一邊在130℃的溫度下壓制5分鐘，將催化劑層轉印到固體高分子電解質膜。壓制后，剝離PTFE片，制作帶催化劑層的固體高分子電解質膜。

接下來，將帶催化劑層的固體高分子電解質膜用剪切成5cm×5cm的2片氣體擴散電極基材夾持，一邊用平板壓力機加壓至3MPa一邊在130℃的溫度下壓制5分鐘，制作膜電極接合體。氣體擴散電極基材以具有微孔層的面與催化劑層側相接的方式配置。

將得到的膜電極接合體組裝到燃料電池評價用單電池單元中，測定電流密度變化時的電壓。這里，作為隔板，使用槽寬度、槽深度、凸條寬度均為1.0mm的一條流路的蜿蜒形隔板。另外，向陽極側供給無加壓的氫，向陰極側供給無加壓的空氣，進行評價。

為了確認耐溢流性，將氫和空氣均用設定在40℃的溫度的加濕罐進行加濕。此時的濕度為100％。另外，氫和空氣中的氧的利用率分別為70mol％、40mol％。測定電流密度為1.5A/cm²的輸出電壓，用作耐溢流性的指標。接下來，為了確認耐干涸性，將氫和空氣均用設定在80℃的溫度的加濕罐進行加濕。此時的濕度為42％。另外，氫和空氣中的氧的利用率分別為80mol％、67mol％，測定電流密度為1.5A/cm²的輸出電壓，用作耐干涸性的指標。

＜單位面積質量的測定＞

碳片和氣體擴散電極基材的單位面積質量是用剪切成10cm四方形的樣品的質量除以樣品的面積(0.01m²)而求得的。

＜厚度的測定＞

將碳片和氣體擴散電極基材載置于平滑的平臺上，在施加壓力0.15MPa的狀態下測定從有測定物的情況到無測定物的情況的高度差。在不同的部位進行10處取樣，將高度差的測定值平均，將所得的值作為厚度。

＜碳纖維的單纖維的平均直徑的測定＞

碳纖維的單纖維的平均直徑(碳纖維直徑)是通過如下方式求得的，即，用掃描式電子顯微鏡等顯微鏡，將碳片的一個表面的碳纖維放大到1000倍進行照片拍攝，隨機選出不同的30根單纖維測量其直徑，求其平均值。另外，碳片的另一個表面的碳纖維的單纖維也同樣求得。作為掃描式電子顯微鏡，可以使用日立制作所株式會社制S－4800或者其等同品。表中示出由碳片的面X1或面X2和面Y1或面Y2求出的平均直徑。

這里，表中的“碳纖維直徑(面X1/面Y1)”表示從面X1側求得的碳纖維的單纖維的平均直徑和從面Y1側求得的碳纖維的單纖維的平均直徑。

＜防水材料的熔點的測定＞

本發明中，防水材料的熔點通過差示掃描量熱測定來進行。裝置使用Seiko Instruments株式會社(SII公司)制DSC6220，在氮氣中以升溫速度2℃/分鐘使溫度從30℃變化至400℃的溫度，觀察此時的吸熱發熱峰，將在150℃以上的溫度下的吸熱峰作為防水材料的熔點。

＜表面粗糙度的測定＞

碳片的表面粗糙度使用激光顯微鏡進行測定。測定裝置使用VK－X100(Keyence株式會社制)，用10倍的物鏡掃描5mm見方的范圍進行測定，求出在5mm見方的算術平均粗糙度(Ra)。測定位置取10個位置，將算術平均粗糙度的平均值作為表面粗糙度。這里，將從碳片的面X1側測定而得的結果作為面X1的表面粗糙度，將從碳片的面Y1側測定而得的結果作為面Y1的表面粗糙度。

＜滑落角的測定＞

碳片的滑落角是利用使用了自動接觸角測量儀的滑落法求出的。作為裝置，使用協和界面科學株式會社制的自動接觸角測量儀DM－501。以經防水加工的碳片的面Y為上側(測定側)固定于裝置工作臺，使10μL的離子交換水液滴滴落在經防水加工的碳片，待機1秒后，使裝置工作臺和經防水加工的碳片傾斜，將液滴在經防水加工的碳片表面開始滑落時的裝置工作臺的傾斜角度作為滑落角。

＜氟強度的測定＞

如下求出碳片的氟強度。以下，利用圖3進行說明。首先，將碳片(6)的一個表面暫定為面X1或者面X2(7)，將另一個表面暫定為面Y1或者面Y2(8)后，利用鋒利的刀具隨機制作出50個碳片(6)的面垂直方向截面觀察用樣品。對于上述50個碳片(6)的截面，使用掃描式電子顯微鏡(SEM)－能量分散型X射線分析(EDX)裝置，在碳片(6)的面垂直方向進行線掃描，求出氟強度(氟的信號強度)的分布(18)。氟強度的測定在加速電壓7kV、放大倍率300倍、線寬度20μm的條件下進行。求出沿著從碳片(6)的一個表面向另一個表面的碳片(6)的面垂直方向的直線測定的氟強度的平均值(19)的50％的值(20)，在從離暫定的面X1或者面X2(7)最近的具有50％平均氟強度的面(面AA(12))到離暫定的面Y1或者面Y2(8)最近的具有50％平均氟強度的面(面BB(13))為止的區間(17)，將上述碳片(6)在面垂直方向進行3等分，對于所得的層，將包含面AA(12)的層暫定為層A(14)，將包含面BB(13)的層暫定為層B(16)，將夾在層A(14)與層B(16)之間的中央的層作為層C(15)。

算出上述50個碳片的各個層A中的氟強度的平均值，得到50個“層A中的氟強度的平均值”。將得到的50個“層A中的氟強度的平均值”的平均值作為層A的平均氟強度。層B、層C也用相同的方法算出平均氟強度。在暫定的層A、層B中，將平均氟強度較大的層作為層A，將較小的層作為層B，將碳片的層A側的表面作為面X1或者面X2，將層B側的表面作為面Y1或者面Y2。

應予說明，由于無法得到碳片單一個體等原因而無法求出碳片中的氟強度時，可以使用氣體擴散電極基材中的碳片或者膜電極接合體中的碳片的厚度方向的截面觀察用樣品，利用上述的方法求出氟強度。

另外，例如防水加工是格子狀的內側部分或點狀等不連續的面狀進行的情況下，由于在上述的方法中取隨機制作的50個樣品的平均值所以也包含不連續的部分使其平均化，因此也能夠求出氟強度。

作為掃描式電子顯微鏡，使用日立制作所株式會社制S－3500N，作為能量分散型X射線分析裝置，使用堀場制作所株式會社EX－370。

(實施例1)

根據在上述的＜碳片的制作＞、＜防水加工＞以及＜氣體擴散電極基材的制作＞中記載的方法，得到使用了表層面積率在表面和背面不同的由厚度220μm所構成的多孔碳片的氣體擴散電極基材。對該氣體擴散電極基材的發電性能進行評價，結果耐溢流性是輸出電壓為0.4V以上，耐干涸性為0.35V以上，均極好。將結果示于表1。

(實施例2)

根據在上述的＜碳片的制作＞、＜防水加工＞以及＜氣體擴散電極基材的制作＞中記載的方法，得到使用了表層面積率在表面和背面不同的由厚度150μm所構成的多孔碳片的氣體擴散電極基材。對該氣體擴散電極基材的發電性能進行評價，結果耐溢流性是輸出電壓為0.4V以上，耐干涸性為0.35V以上，均極好。將結果示于表1。

(實施例3)

根據在上述的＜碳片的制作＞、＜防水加工＞以及＜氣體擴散電極基材的制作＞中記載的方法，得到使用了表層面積率在表面和背面不同的由厚度100μm所構成的多孔碳片的氣體擴散電極基材。對該氣體擴散電極基材的發電性能進行評價，結果耐溢流性是輸出電壓為0.4V以上，極好，耐干涸性雖未達到0.35V但為0.3V以上，也是較好的結果。將結果示于表1。

(實施例4)

根據在上述的＜碳片的制作＞、＜防水加工＞以及＜氣體擴散電極基材的制作＞中記載的方法，得到使用了表層面積率在表面和背面不同的由厚度150μm所構成的多孔碳片的氣體擴散電極基材。此時，在與面Y1或者面Y2相接的輥上安裝刮刀，由此減少在面Y1或者面Y2附著的樹脂組合物，除去大量面Y1或者面Y2的粘合材料，使在面X1或者面X2和面Y1或者面Y2的結合樹脂量的差相對于實施例2有較大變化。對該氣體擴散電極基材的發電性能進行評價，結果耐溢流性是輸出電壓為0.45V以上，耐干涸性為0.35V以上，均極好。有大幅度的提高，認為這是由于表層面積率差大，排水性得到改善。將結果示于表1。

(實施例5)

根據在上述的＜碳片的制作＞、＜防水加工＞以及＜氣體擴散電極基材的制作＞中記載的方法，得到表1所示的使用了表層面積率在表面和背面不同的由厚度150μm所構成的多孔碳片的氣體擴散電極基材。此時，通過使夾持的2根輥間的間隙比實施例2大從而使得面X和面Y的粘合材料量均比實施例2多。耐溢流性是輸出電壓為0.4V以上，耐干涸性為0.35V以上，均極好。將結果示于表1。

(實施例6)

根據在上述的＜碳片的制作＞、＜防水加工＞以及＜氣體擴散電極基材的制作＞中記載的方法，使樹脂組合物量比實施例4多，除此之外，與實施例4同樣地制作。得到表層面積率在表面和背面不同的由厚度150μm所構成的多孔碳片，進而得到氣體擴散電極基材。耐溢流性是輸出電壓為0.35V以上，良好。另外，耐干涸性為0.35V以上，極好。將結果示于表1

(實施例7)

根據在上述的＜碳片的制作＞、＜防水加工＞以及＜氣體擴散電極基材的制作＞中記載的方法，將碳片的防水加工變更成四氟乙烯－六氟丙烯共聚物(FEP)，除此之外，與實施例2同樣地制作。其結果，得到表層面積率在表面和背面不同的由厚度150μm所構成的多孔碳片，進而得到氣體擴散電極基材。耐溢流性是輸出電壓為0.45V以上，耐干涸性為0.35V以上，均極好。由低熔點的FEP形成的防水使碳片被均勻防水，滑落角也顯示25度，遠遠低于40度，能夠確認防水性大幅度提高。因此，因本發明的表面和背面的表層面積率差與防水性的提高所帶來的排水性提高的協同效果，能夠確認耐溢流性大幅度提高。將結果示于表1。

(實施例8)

在表2所示的構成中，用于形成微孔層的含填料涂布液的組成不同，除此之外，與實施例2同樣地得到碳片和氣體擴散電極基材。對該氣體擴散電極基材的發電性能進行評價，結果耐溢流性是輸出電壓遠高于0.4V，耐干涸性為0.35V以上，均極好。認為這是由于微孔層使用了高長寬比的填料而成為高空隙的微孔層，從而提高了氣體的擴散性。由此因微孔層的高空隙率化所帶來的氣體擴散性提高與本發明的排水性提高的協同效果能夠確認耐溢流性大幅度提高。將結果示于表2。

(實施例9)

在200℃的溫度對聚丙烯腈的長纖維進行10分鐘的耐火焰處理，通過水刺處理制作無紡布，進行輥壓制。導入到2000℃溫度的加熱爐，得到厚度150μm的由無紡布的碳纖維煅燒體構成的碳片。作為粘合材料兼防水材料，制作使作為固體成分的碳粉末A與材料C的PTFE樹脂以成為固體成分的質量比1：1的方式分散于分散劑和水而得的浸滲液。在該浸滲液中浸滲耐火焰處理無紡布后，夾持于隔著一定間隙水平配置的2根輥(2根輥中的一根輥是具有刮刀的平滑金屬輥，另一根輥是帶凹凸的凹版輥)中進行擠擰使其浸滲，調整表面和背面的附著量。其后，在加熱爐內在380℃的溫度進行10分鐘的加熱。其結果，得到以固體成分量計為5質量％的由粘合材料兼防水材料結合的經防水加工的碳片。根據在上述的＜氣體擴散電極基材的制作＞中記載的方法，對于粘合材料多的面X與實施例2同樣地制作。得到表2所示的使用了表層面積率在表面和背面不同的由厚度150μm所構成的多孔碳片的氣體擴散電極基材。耐溢流性是輸出電壓為0.4V以上，耐干涸性為0.35V以上，均極好。將結果示于表2。

(比較例1)

在上述的＜碳片的制作＞、＜防水加工＞以及＜氣體擴散電極基材的制作＞記載的方法中，將浸滲有樹脂組合物的碳纖維抄紙體從兩面用相同形狀的輥夾持并擠擰液體，使粘合材料附著，進行防水加工。除此以外，與實施例2同樣地制作。其結果，如表2所示，通過兩面都附著接近的粘合材料量，得到表面的表層面積率為5％以下的差的值。得到使用了由厚度150μm所構成的多孔碳片的氣體擴散電極基材。耐溢流性是輸出電壓低于0.35V，耐干涸性遠低于0.3V，均是不充分的性能。將結果示于表2。

(比較例2)

在上述的＜碳片的制作＞、＜防水加工＞以及＜氣體擴散電極基材的制作＞記載的方法中，使樹脂組合物浸滲于碳纖維抄紙體時，通過凹版涂布使樹脂組合物從一面附著，除此之外，與實施例2同樣地制作。其結果，如表2所示，表面的表層面積率成為13％以上的差。得到使用了由厚度150μm所構成的多孔碳片的氣體擴散電極基材。耐溢流性是輸出電壓低于0.35V，耐干涸性也遠低于0.3V，均是不充分的性能。將結果示于表2。

(比較例3)

在上述的＜碳片的制作＞中，用與比較例1相同的方法使樹脂組合物浸滲于與實施例3相同的碳纖維抄紙體而制作預備浸滲體。另一方面，使用平均直徑為3μm、平均長度為2mm的碳纖維，除此之外，用與實施例3相同的方法得到碳纖維抄紙體，用與比較例1相同的方法使樹脂組合物浸滲制作預備浸滲體。將這2片預備浸滲體重疊并進行加熱加壓而層疊。其他的方法是與實施例3相同的方法，得到由厚度250μm所構成的多孔碳片，進而得到氣體擴散電極基材。對該氣體擴散電極基材的發電性能進行評價，結果耐溢流性是輸出電壓遠低于0.35V，耐干涸性也遠低于0.3V，均是不充分的性能。這是由于進行了層疊方式使碳片變厚，使氣體擴散性和排水性不足。將結果示于表2。

應予說明，想要嘗試使用比上述碳片薄的碳片制作氣體擴散電極基材，但碳片的強度不夠而無法穩定地制作。

符號說明

1：深度的面積率曲線

2：除外面積率

3：表層面積率

4：總測定面積率

5：累積面積率為2％的深度

6：碳片

7：面X1或者面X2

8：面Y1或者面Y2

9：累積面積率為2％的深度(基準深度)

10：距基準深度20μm的深度