JP2009009716A - 燃料電池およびそのガスシール方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シール性能を確保ないしはさらに向上させうる燃料電池およびそのガスシール方法を提供する。
【解決手段】電解質膜３１と、該電解質膜３１の両面に形成された電極３２，３３と、該電極３２，３３を構成する層であって電解質膜３１に供給される反応ガスを拡散させる拡散層３２ｂ，３３ｂと、該拡散層３２ｂ，３３ｂに反応ガスを供給するセパレータ２０と、を有する燃料電池に対し、拡散層３２ｂ，３３ｂのうち外周寄りの部分を加圧して圧密化し、反応ガスのシールとして機能させる。膜−電極−拡散層接合体３０の圧密化された部分の膜厚が、当該燃料電池の発電時に加わる面圧が膜−電極−拡散層接合体３０のうち発電に対応しないシール部分に加わるのを抑制しうる程度に薄く形成されていることが好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池およびそのガスシール方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池の内部構造の改良に関する。

一般に、燃料電池（例えば固体高分子型燃料電池）は電解質膜およびその両面に配した一対の電極からなる接合体（例えばＭＥＡ）と、該接合体を挟持する一対のセパレータとで構成されている。また、このようなセルが複数積層されていわゆる燃料電池スタックが形成されている。

従来、このような燃料電池において、接合体とセパレータとの間やセパレータとセパレータとの間にはガスケット等のシール部材が設けられている。具体例を挙げると、シール部材は、接合体の周縁部とセパレータのうちガス流路の周囲の部分との間に介在するように設けられ、あるいは、セパレータにおける冷却水流路の周囲の部分とこれに隣接するセパレータにおける冷却水流路の周囲の部分との間に介在するように設けられ、これらの間をシールしている（例えば特許文献１，２参照）。
特開２００４−０３９３８５号公報 ＷＯ２００２／０８９２４０号公報

しかしながら、既存の例えばＯ（オー）リングやガスケットといったシール部材によっては隙間が完全に埋まらずシール性能が十分とはいえない場合がある。

そこで、本発明は、シール性能を確保ないしはさらに向上させうる燃料電池およびそのガスシール方法を提供することを目的とする。

上述のように、Ｏリングなどのシール部材では十分なシール性能が確保できないことがある。このことについて鋭意検討した本発明者は以下のごとき知見を得た。すなわち、例えば電極（多孔体、拡散層）の脇（つまりは縁の周囲の部分）に隙間があると、本来ならばこれら多孔体や拡散層を通って発電反応に使われるはずのガスの一部が流れやすい隙間に流出してしまい（いわば脇流れ、バイパス）、その分だけ発電に使われないことから発電性能が低下する。この場合、僅かな隙間でもシール性能が不十分となるおそれがある。

また、上述した多孔体や拡散層の端（脇、または縁）は揃わずに段差を含んでいる場合があり、こうした場合、極小ながらも隙間が生じることになり、しかも隙間のサイズにばらつきがあるため、既存のＯリングやシールでは隙間を埋め切れず十分なシール性能が得られない可能性がある。

加えて、シールする際に当該シールと溝等との間に境界が発生して当該部分に隙間が生じることがある。また、多孔体や拡散層の周囲をシールするための機構やスペースが別途必要になる。

これらのことに着目してさらに検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。本発明はかかる知見に基づくもので、電解質膜と、該電解質膜の両面に形成された電極と、該電極を構成する層であって電解質膜に供給される反応ガスを拡散させる拡散層と、該拡散層に反応ガスを供給するセパレータと、を有する燃料電池において、拡散層のうち外周寄りの部分が加圧されて圧密化され、反応ガスのシールとして機能していることを特徴としている。

また、本発明にかかる燃料電池のガスシール法は、電解質膜と、該電解質膜の両面に形成された電極と、該電極を構成する層であって電解質膜に供給される反応ガスを拡散させる拡散層と、該拡散層に反応ガスを供給するセパレータと、を有する燃料電池に対し、拡散層のうち外周寄りの部分を加圧して圧密化し、反応ガスのシールとして機能させるというものである。

このように、本発明においては、燃料電池の電極において拡散層の端を加圧して圧密化し、これによって反応ガスをシールするという点で特徴的である。こうした場合、当該部分を圧密化してガス通過性や拡散性を低下させ、例えばシール部材のような境界がない状態（いわば境界レスの状態）で反応ガスをシールすることが可能となる。この点、そもそも、従来の燃料電池においてはシール部を圧縮処理するものはあっても、ガスシールを目的として拡散層の端（例えばＭＥＧＡの端）を圧密化しているものはないが、本発明においては当該被圧縮部のみでシールすることが可能である。しかも、こうした場合には、発電時の面圧確保や組付け時の位置決め精度向上のため、当該被圧縮部（加圧されて圧密化した部分）と発電反応部（反応ガスの化学反応により発電する部分）との厚さの違いを利用することも可能である。

上述の燃料電池において、電解質膜と電極とが膜−電極接合体（ＭＥＡ）を形成していてもよいし、あるいは電解質膜、電極および拡散層が膜−電極−拡散層接合体（ＭＥＧＡ）を形成していてもよい。また、膜−電極接合体の圧密化された部分の膜厚が、当該燃料電池の発電時に加わる面圧が膜−電極接合体のうち発電に対応しないシール部分に加わるのを抑制しうる程度に薄く形成されていることが好ましい。同様に、膜−電極−拡散層接合体の圧密化された部分の膜厚が、当該燃料電池の発電時に加わる面圧が膜−電極−拡散層接合体のうち発電に対応しないシール部分に加わるのを抑制しうる程度に薄く形成されていることも好ましい。

本発明によれば、シール部材によることなくシール性能の確保ないしは向上を図ることができる。しかも、被圧縮部と発電反応部の厚さの違いを利用して発電時の面圧確保や組付け時の位置決め精度向上を図ることも可能である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１〜図３に本発明の実施形態を示す。本発明にかかる燃料電池１は、電解質膜３１と、該電解質膜３１の両面に形成された電極（ガス拡散電極）３２，３３と、該電極３２，３３を構成する層であって電解質膜３１に供給される反応ガスを拡散させるガス拡散層３２ｂ，３３ｂと、該ガス拡散層３２ｂ，３３ｂに反応ガスを供給するセパレータ２０と、を有するものであり、さらに本実施形態においては、ガス拡散層３２ｂ，３３ｂのうち外周寄りの部分が加圧されて圧密化され、反応ガスのシールとして機能するようになっている（図３等参照）。

以下に説明する実施形態においては、まず、燃料電池１を構成するセル（発電セル）２および複数のセル２が積層されてなる燃料電池スタックの概略構成について説明し、その後、圧密化されたガス拡散層３２ｂ，３３ｂ等の構造について説明することとする。

図１に本実施形態における燃料電池１のセル２の概略構成を示す。図示するように構成されるセル２は、順次積層されてセル積層体３を構成している（図２参照）。また、このセル積層体３等で構成される燃料電池スタックは、例えばスタック両端を一対のエンドプレート７で挟まれ、さらにこれらエンドプレート７どうしを繋ぐようにテンションプレート８からなる拘束部材が配置された状態で積層方向への荷重がかけられて締結されている（図２参照）。

なお、このような燃料電池スタック等で構成される燃料電池１は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムにおいて利用可能なものであるがこれに限られることはなく、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の発電システムにおいても利用することが可能である。

セル２に含まれる電解質としては、膜−電極接合体（ＭＥＡ；Membrane Electrode Assembly）あるいは膜−電極−拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode ＆ Gas Diffusion Layer Assembly）を用いることができる。例えば本実施形態では、膜−電極−拡散層接合体（以下、ＭＥＧＡともいう）３０を用いている（図１等参照）。

セル２は、ＭＥＧＡ３０、該ＭＥＧＡ３０を挟持する一対のセパレータ２０（図１等においてはそれぞれ符号２０ａ，２０ｂで示している）等で構成されている（図１参照）。ＭＥＧＡ３０および各セパレータ２０ａ，２０ｂはおよそ矩形の板状に形成されている。また、ＭＥＧＡ３０はその外形が各セパレータ２０ａ，２０ｂの外形よりも小さくなるように形成されている。

ＭＥＧＡ３０は、高分子材料のイオン交換膜からなる高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ともいう）３１と、電解質膜３１を両面から挟んだ一対の電極（アノード側拡散電極およびカソード側拡散電極）３２，３３とで構成されている（図１参照）。電解質膜３１は、各電極３２，３３よりも大きく形成されている。この電解質膜３１には、その周縁部３４を残した状態で各電極３２，３３が例えばホットプレス法により接合されている。

ＭＥＧＡ３０を構成する電極３２，３３は、その表面に付着された白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材（拡散層３２ｂ，３３ｂ）で構成されている。一方の電極（アノード）３２には燃料ガス（反応ガス）としての水素ガス、他方の電極（カソード）３３には空気や酸化剤などの酸化ガス（反応ガス）が供給され、これら２種類の反応ガスによりＭＥＧＡ３０内で電気化学反応が生じてセル２の起電力が得られるようになっている。

セパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）はガス不透過性の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属（メタル）が挙げられる。本実施形態のセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）の基材は板状のメタルで形成されているものであり（メタルセパレータ）、この基材の電極３２，３３側の面には耐食性に優れた膜（例えば金メッキで形成された皮膜）が形成されている。

また、セパレータ２０ａ，２０ｂの両面には、複数の凹部によって構成される溝状の流路が形成されている。これら流路は、例えば板状のメタルによって基材が形成されている本実施形態のセパレータ２０ａ，２０ｂの場合であればプレス成形によって形成することができる。このようにして形成される溝状の流路は、酸化ガスのガス流路３５や水素ガスのガス流路３６、あるいは冷却水流路３７を構成している。より具体的に説明すると、セパレータ２０ａの電極３２側となる内側の面には水素ガスのガス流路３６が形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３７が形成されている（図１参照）。同様に、セパレータ２０ｂの電極３３側となる内側の面には酸化ガスのガス流路３５が形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３７が形成されている（図１参照）。例えば本実施形態の場合、隣接する２つのセル２，２に関し、一方のセル２のセパレータ２０ａの外面と、これに隣接するセル２のセパレータ２０ｂの外面とを付き合わせた場合に両者の冷却水流路３７が一体となり断面が例えば矩形あるいはハニカム形の流路が形成される構造となっている。

さらに、上述したように各セパレータ２０ａ，２０ｂは、少なくとも流体の流路をなすための凹凸形状が表面と裏面とで反転した関係になっている。より具体的に説明すると、セパレータ２０ａにおいては、水素ガスのガス流路３６を形成する凸形状（凸リブ）の裏面が冷却水流路３７を形成する凹形状（凹溝）であり、ガス流路３６を形成する凹形状（凹溝）の裏面が冷却水流路３７を形成する凸形状（凸リブ）である。さらに、セパレータ２０ｂにおいては、酸化ガスのガス流路３５を形成する凸形状（凸リブ）の裏面が冷却水流路３７を形成する凹形状（凹溝）であり、ガス流路３５を形成する凹形状（凹溝）の裏面が冷却水流路３７を形成する凸形状（凸リブ）である。

また、セパレータ２０ａ，２０ｂの長手方向の端部付近（本実施形態の場合であれば、図１中向かって左側に示す一端部の近傍）には、酸化ガスの入口側のマニホールド１５ａ、水素ガスの出口側のマニホールド１６ｂ、および冷却水の入口側のマニホールド１７ａが形成されている。例えば本実施形態の場合、これらマニホールド１５ａ，１６ｂ，１７ａは各セパレータ２０ａ，２０ｂに設けられた略矩形ないしは台形、あるいは両端が半円形状の長細矩形の透孔によって形成されている（図１等参照）。さらに、セパレータ２０ａ，２０ｂのうち反対側の端部には、酸化ガスの出口側のマニホールド１５ｂ、水素ガスの入口側のマニホールド１６ａ、および冷却水の出口側のマニホールド１７ｂが形成されている。本実施形態の場合、これらマニホールド１５ｂ，１６ａ，１７ｂも略矩形ないしは台形、あるいは両端が半円形状の長細矩形の透孔によって形成されている（図１参照）。

上述のような各マニホールドのうち、セパレータ２０ａにおける水素ガス用の入口側マニホールド１６ａと出口側マニホールド１６ｂは、セパレータ２０ａに形成されている入口側の連絡通路６１および出口側の連絡通路６２を介してそれぞれが水素ガスのガス流路３６に連通している。同様に、セパレータ２０ｂにおける酸化ガス用の入口側マニホールド１５ａと出口側マニホールド１５ｂは、セパレータ２０ｂに形成されている入口側の連絡通路６３および出口側の連絡通路６４を介してそれぞれが酸化ガスのガス流路３５に連通している（図１参照）。さらに、各セパレータ２０ａ，２０ｂにおける冷却水の入口側マニホールド１７ａと出口側マニホールド１７ｂは、各セパレータ２０ａ，２０ｂに形成されている入口側の連絡通路６５および出口側の連絡通路６６を介してそれぞれが冷却水流路３７に連通している。ここまで説明したような各セパレータ２０ａ，２０ｂの構成により、セル２には、酸化ガス、水素ガスおよび冷却水が供給されるようになっている。ここで具体例を挙げておくと、セル２が積層された場合、例えば水素ガスは、セパレータ２０ａの入口側マニホールド１６ａから連絡通路６１を通り抜けてガス流路３６に流入し、ＭＥＧＡ３０の発電に供された後、連絡通路６２を通り抜けて出口側マニホールド１６ｂに流出することになる。

なお、本実施形態においては、冷却水の入口側マニホールド１７ａと出口側マニホールド１７ｂとをそれぞれセパレータ２０の冷却水流れ方向両側の一方寄りおよび他方寄りに配置している（図１、図３参照）。すなわち、本実施形態においては冷却水の入口側マニホールド１７ａと出口側マニホールド１７ｂをセパレータ２０の対角線上に配置することとし、これによってセパレータ２０に対し冷却水が全面的に行き渡りやすくなるようにしている。

第１シール部材１３ａ、第２シール部材１３ｂは必要に応じて設けられる（図１参照）。セパレータ２０ａ，２０ｂ間に設けられる場合、これら第１シール部材１３ａ、第２シール部材１３ｂは、例えば、ともに複数の部材（例えば独立した小型の４つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体）で形成される（図１参照）。これらのうち、第１シール部材１３ａはＭＥＧＡ３０とセパレータ２０ａとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜３１の周縁部３４と、セパレータ２０ａのうちガス流路３６の周囲の部分との間に介在するように設けられる。また、第２シール部材１３ｂは、ＭＥＧＡ３０とセパレータ２０ｂとの間に設けられるもので、より詳細には、その一部が、電解質膜３１の周縁部３４と、セパレータ２０ｂのうちガス流路３５の周囲の部分との間に介在するように設けられる。

さらに、隣接するセル２，２のセパレータ２０ｂとセパレータ２０ａとの間には、複数の部材（例えば独立した小型の４つの矩形枠体と、流体流路を形成するための大きな枠体）で形成された第３シール部材１３ｃが設けられている（図１参照）。この第３シール部材１３ｃは、セパレータ２０ｂにおける冷却水流路３７の周囲の部分と、セパレータ２０ａにおける冷却水流路３７の周囲の部分との間に介在するように設けられてこれらの間をシールする部材である。

なお、第１〜第３シール部材１３ａ〜１３ｃとしては、隣接する部材との物理的な密着により流体を封止する弾性体（ガスケット）や、隣接する部材との化学的な結合により接着する接着剤などを用いることができる。例えば本実施形態では各シール部材１３ａ〜１３ｃとして弾性によって物理的にシールする部材を採用しているが、この代わりに上述した接着剤のような化学結合によってシールする部材を採用することもできる。

枠状部材４０は、ＭＥＧＡ３０とともにセパレータ２０ａ，２０ｂ間に挟持される例えば樹脂からなる部材（以下、樹脂フレームともいう）である。例えば本実施形態では、薄い枠形状の樹脂フレーム４０をセパレータ２０ａ，２０ｂ間に介在させ、当該樹脂フレーム４０によってＭＥＧＡ３０の少なくとも一部、例えば周縁部３４に沿った部分を表側と裏側から挟持するようにしている。このように設けられる樹脂フレーム４０は、締結力を支持するセパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）間のスペーサとしての機能、絶縁部材としての機能、セパレータ２０（２０ａ，２０ｂ）の剛性を補強する補強部材としての機能を発揮する。

続いて、燃料電池１の構成について簡単に説明する（図２参照）。本実施形態における燃料電池１は、複数のセル２を積層してなるセル積層体３を備え、当該セル積層体３の両端に位置するセル（端セル）２，２の外側に順次、断熱セル４、出力端子５ａ付のターミナルプレート５、インシュレータ（絶縁プレート）６およびエンドプレート７をさらに備えた構成となっている。セル積層体３に対しては、両エンドプレート７をつなぐように架け渡されたテンションプレート８によって積層方向への所定の圧縮力が加えられている。さらに、セル積層体３の一端側のエンドプレート７とインシュレータ６との間にはプレッシャプレート９とばね機構９ａとが設けられており、セル２に作用する荷重の変動が吸収されるようになっている。

断熱セル４は例えば２枚のセパレータとシール部材とで断熱層が形成されているもので、発電に伴い生じる熱が大気等に放熱されるのを抑える役割を果たす。すなわち、一般に、セル積層体３の端部は大気との熱交換により温度が低くなりやすいことから、当該セル積層体３の端部に断熱層を形成することによって熱交換（放熱）を抑えることが行われている。このような断熱層としては、例えば、セル２におけるものと同様の一対のセパレータに、膜−電極アッセンブリの代わりとして導電板などの断熱部材１０を挟み込んだ構成のものがある。この場合に用いられる断熱部材１０は断熱性に優れるほど好適であり、具体的には例えば導電性多孔質シートなどが用いられる。また、このような断熱部材１０の周囲をシール部材で封止することによって空気層が形成される。

ターミナルプレート５は集電板として機能する部材であり、例えば鉄、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属で板状に形成されている。ターミナルプレート５のうち断熱セル４側の表面には、めっき処理等の表面処理が施されており、かかる表面処理により断熱セル４との接触抵抗が確保されている。めっきとしては、金、銀、アルミ、ニッケル、亜鉛、すず等を挙げることができ、例えば本実施形態では導電性、加工性および低廉性を勘案してすずめっき処理を施している。

インシュレータ６は、ターミナルプレート５とエンドプレート７等とを電気的に絶縁する機能を果たす部材である。このような機能を果たすため、かかるインシュレータ６は例えばポリカーボネートなどの樹脂材料により板状に形成されている。

エンドプレート７は、ターミナルプレート５と同様、各種金属（鉄、ステンレス、銅、アルミニウム等）で板状に形成されている。例えば本実施形態では銅を用いてこのエンドプレート７を形成しているがこれは一例に過ぎず、他の金属で形成されていても構わない。

テンションプレート８は両エンドプレート７，７間を架け渡すようにして設けられているもので、例えば一対がセル積層体３の両側に対向するように配置される（図２参照）。テンションプレート８は、各エンドプレート７，７にボルト等で固定され、単セル２の積層方向に所定の締結力（圧縮力）を作用させた状態を維持する。このテンションプレート８の内側面（セル積層体３を向く面）には漏電やスパークが生じるのを防止すべく絶縁膜が形成されている。絶縁膜は、具体的には例えば当該テンションプレート８の内側面に貼り付けられた絶縁テープ、あるいは当該面を覆うように塗布された樹脂コーティングなどによって形成されている。

続いて、燃料電池１における圧密化されたガス拡散層３２ｂ，３３ｂ等の構造について説明する（図３等参照）。

上述したように、本実施形態の燃料電池１は、ＭＥＧＡ３０のガス拡散層３２ｂ，３３ｂのうち外周寄りの部分が加圧されて圧密化され、反応ガスのシールとして機能する構造となっている（図３等参照）。すなわち、本実施形態では、燃料電池１の電極３２，３３において拡散層３２ｂ，３３ｂの外周寄りの端部分を加圧し圧密化することでガスをシールする。こうした場合、圧密化した当該部分のガス通過性や拡散性を低下させ、シール（例えばシール部材１３ａ，１３ｂ）のような境界がないいわば境界レスの状態で反応ガスをシールすることが可能となる。

この場合、圧密化するための圧縮処理としては、例えばロール接合などローラの段差を利用して行うものや、ブラスト処理を利用したもの等がある。また、これらのごとき圧縮処理は、ＭＥＧＡ３０の接合時に同時に実施することが好ましい。

このように、本実施形態では、ガスシールを目的としてガス拡散層３２ｂ，３３ｂを圧密化するための圧縮処理を行い、当該被圧縮部のみで反応ガスをシールすることを可能としている。これによれば、シール部材によることなくシール性能の確保ないしは向上を図ることができる。このような本実施形態における燃料電池１の作用効果を、従前の構造の燃料電池との比較で説明すると以下のとおりである（図４、図５参照。

すなわち、例えば触媒層３２ａ，３３ａ、ガスを通す拡散層３２ｂ，３３ｂ、ガスを通す多孔体３２ｃ，３３ｃを含む電極３２，３３の脇に隙間がある場合（図４に示すように外周部分が圧密化されておらず外部に開放した状態になっている場合）、本来ならば拡散層３２ｂ，３３ｂや多孔体３２ｃ，３３ｃを通過して化学反応（つまり発電）に使われるはずの反応ガスが、より流れやすい隙間に流出してしまうことがある（図４中の矢印参照）。そうすると、燃料電池１の発電反応部（図５中において符号Ｒで示す）を回避するような反応ガスのいわば脇流れが生じ（図５中の破線矢印参照）、バイパスする分だけ発電に使用されず発電性能が低下してしまう。一般に、このような事態は隙間が僅かであっても生じうる。

しかも、拡散層３２ｂ，３３ｂや多孔体３２ｃ，３３ｃの端（縁の部分）においては位置が揃わずに細かな段差が生じている場合もある（図４参照）。こうした場合、極小であっても隙間が存在し、尚かつ各隙間のサイズにばらつきもあるため、既存のシール部材（Ｏリング、ガスケットなど）では隙間が埋まらず十分なシール性が得られないこともある。

この点、ここまで説明したように、本実施形態の燃料電池１はシール部材によることなくシール性能の確保ないしは向上を図ることができる。このため、シール部材を設けるための機構やスペースを別途必要としないという利点もある。

しかも、圧密化された被圧縮部と発電反応部Ｒの厚さの違いを利用して発電時の面圧確保や組付け時の位置決め精度向上を図ることも可能である。すなわち、ＭＥＧＡ３０のうち圧密化された部分の膜厚を薄くすることで、当該ＭＥＧＡ（ないしはＭＥＡ）に発電時に加える面圧がシール部分（被圧縮部）に加わるのを抑制することができる。つまり、発電反応部Ｒに対する面圧がシール圧の影響で管理し難くなることを回避しうるという点で有利になる。この点からすれば、ＭＥＧＡ（膜−電極−拡散層接合体）３０の圧密化された部分の膜厚は、当該燃料電池１の発電時に加わる面圧がＭＥＧＡ３０のうち発電に対応しないシール部分（被圧縮部）に加わるのを抑制しうる程度に薄く形成されていることが好ましい。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態ではＭＥＧＡ（膜−電極−拡散層接合体）３０が用いられている場合を例示して説明したが、これがＭＥＡ（膜−電極接合体）であっても同様の作用効果を実現しうる。

また、図１においてはシール部材１３ａ，１３ｂを想像線で示すこととしたが（図１参照）、上述した燃料電池１の作用効果からすればこれらシール部材１３ａ，１３ｂが設けられていなくてもシール性能を確保することができることはいうまでもない。

本実施形態における燃料電池のセルの構造例を示す分解斜視図である。 燃料電池の構造例を示す側面図である。 本発明の概念を示す燃料電池のセルの側面図である。 本発明にかかる燃料電池の作用効果を比較により示すための従前構造の燃料電池の部分側面図である。 燃料電池の発電反応部をバイパスするガスの脇流れの様子を示す概略図である。

符号の説明

１…燃料電池、３０…ＭＥＧＡ（膜−電極−拡散層接合体）、３１…高分子電解質膜（電解質膜）、３２…アノード側拡散電極（電極）、３３…カソード側拡散電極（電極）、３２ｂ…ガス拡散層（拡散層）、３３ｂ…ガス拡散層（拡散層）

Claims (6)

1. 電解質膜と、該電解質膜の両面に形成された電極と、該電極を構成する層であって前記電解質膜に供給される反応ガスを拡散させる拡散層と、該拡散層に前記反応ガスを供給するセパレータと、を有する燃料電池において、
   前記拡散層のうち外周寄りの部分が加圧されて圧密化され、前記反応ガスのシールとして機能していることを特徴とする燃料電池。
2. 前記電解質膜と前記電極とが膜−電極接合体を形成している請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記電解質膜、前記電極および前記拡散層が膜−電極−拡散層接合体を形成している請求項１に記載の燃料電池。
4. 前記膜−電極接合体の圧密化された部分の膜厚が、当該燃料電池の発電時に加わる面圧が前記膜−電極接合体のうち発電に対応しないシール部分に加わるのを抑制しうる程度に薄く形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
5. 前記膜−電極−拡散層接合体の圧密化された部分の膜厚が、当該燃料電池の発電時に加わる面圧が前記膜−電極−拡散層接合体のうち発電に対応しないシール部分に加わるのを抑制しうる程度に薄く形成されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
6. 電解質膜と、該電解質膜の両面に形成された電極と、該電極を構成する層であって前記電解質膜に供給される反応ガスを拡散させる拡散層と、該拡散層に前記反応ガスを供給するセパレータと、を有する燃料電池に対し、前記拡散層のうち外周寄りの部分を加圧して圧密化し、前記反応ガスのシールとして機能させることを特徴とする燃料電池のガスシール方法。

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