JP2012221666A

JP2012221666A - 高分子電解質形燃料電池

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Publication number: JP2012221666A
Application number: JP2011084911A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Sugawara; 靖菅原; Masaki Yamauchi; 将樹山内; Shinsuke Takeguchi; 伸介竹口; Takehiro Okanishi; 岳太岡西; Yoichiro Tsuji; 庸一郎辻
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】ロールトゥロールプロセスにより作成された膜触媒層接合体を用いても十分な耐久性を発揮できる燃料電池を提供する。
【解決手段】環状で略矩形状であり、第１ガス拡散層５の周縁の外側に位置し、かつ高分子電解質膜１の周縁部にある第１触媒層２と第１セパレータ７との間に位置する第１ガスケット部９ａと、環状で略矩形状であり、高分子電解質膜１の周縁の外側に位置し、かつ第１セパレータ７と第２セパレータ８との間に位置する第２ガスケット部９ｂと、を含むシール構造９と、少なくとも、第１触媒層２と、第２触媒層３と、高分子電解質膜１と、シール構造９と、により規定された隙間１０と、隙間１０を冷却する隙間冷却機構１１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、高分子電解質形燃料電池に関する。

高分子電解質形燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸化ガスとを白金などの触媒層を有するガス拡散電極に供給し、電気化学的に反応させて電気と熱とを発生させる。この高分子電解質形燃料電池は、一般的に、水素イオンを輸送する高分子電解質膜の両面に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を触媒と水素イオン伝導性高分子電解質とを混合した一対の触媒層が形成されている。この高分子電解質膜及び触媒層が一体化したものを膜触媒層接合体と呼ぶ。さらに、この触媒層の外側に、ガス通気性及び電子伝導性を併せ持つ、一対のガス拡散層が形成されている。このガス拡散層としては、例えば、撥水処理を施したカーボンペーパーが用いられる。この触媒層とガス拡散層とを合わせてガス拡散電極と呼ぶ。このガス拡散電極及び高分子電解質膜を一体化したものを膜電極接合体（ＭＥＡ：membrane-electrode assembly）と呼ぶ。

ところで、膜電極接合体の製造に際し、量産性の観点からロールトゥロールプロセス(roll to roll process)により触媒層を電解質膜の両面あるいは片面にコートした膜触媒層接合体（Catalyst Coated Membrane）を作成することが試みられている。

すなわち、ロールトゥロールプロセスとは、電解質膜単体あるいは補強用の基材フィルムとラミネートされた電解質膜のロールから電解質膜を別ロールに巻き取りながら、連続的に電解質膜上に触媒層を形成していくプロセスである。触媒層の形成プロセスとして、例えば、基材シート上に触媒層が形成された長尺の触媒転写シートを、ロールから引き出されて移動している長尺の電解質膜に加熱圧着した後、触媒転写シートから基材シートを剥離することにより当該電解質膜上に連続的に触媒層を転写するプロセスが知られている（例えば特許文献１参照）。また、スプレー塗工、ダイ塗工、スクリーン印刷などの塗工工程、塗工膜を加熱したローラーに圧着したり、熱風を送風したりして乾燥する乾燥工程、触媒層を形成した電解質膜を別ロールに巻き取る巻き取り工程により電解質膜上に触媒層を形成するプロセスが知られている。これらのプロセスでは、各工程が連続的に進行することにより長尺の膜触媒層接合体を高い生産性をもって安価に製作することができる。ところで、後者のプロセスでは、長尺の膜触媒層接合体を安価に製作するためには作業能率に最も大きく影響する塗工工程の処理速度が非常に重要であり、間欠的な塗工方法であるスクリーン印刷よりロールの巻き取り方向に対して非塗工部を作らずに連続的に塗工するスプレー塗工やダイ塗工が生産性向上に適している。また、触媒形成材料の歩留まりの観点からは間欠的に塗工する方が望ましいが、電解質膜の進行方向に対して塗工面の始端と終端を直線状に揃えて塗工することは非常に困難であることから、やはり連続塗工により長尺の膜触媒層接合体を製作することが一般的である。従って、両側に帯状の余白を残して触媒層が形成された長尺の膜触媒層接合体を幅方向に切断して、当該余白を発電部周辺のガスシールをする領域として含む片状の膜触媒層接合体（以下、単に膜触媒層接合体という）を当該長尺の膜触媒層接合体から切り出し、その膜触媒層接合体を燃料電池に組み込むことが一般的である。

特開２０１０−１８２５６３号公報

しかしながら、ロールトゥロールプロセスにより作成された長尺の膜触媒層接合体から切り出した膜触媒層接合体を用いた燃料電池システムは、耐久性が十分でないという課題があった。

本発明の目的は、上記課題を解決するものであり、ロールトゥロールプロセスにより作成された膜触媒層接合体を用いても十分な耐久性を発揮できる高分子電解質形燃料電池を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある形態(aspect)に係る高分子電解質形燃料電池は、一対の第１主面及び第２主面を有する略矩形状の高分子電解質膜と、略矩形状であり、前記第１主面と対向し、かつ、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記高分子電解質膜の少なくとも１辺の周縁部を覆うように延びる第１触媒層と、略矩形状であり、前記第２主面と対向し、かつ、前記厚み方向から見て前記少なくとも１辺の周縁部を覆うように延びる第２触媒層と、略矩形状であり、前記厚み方向と垂直な方向から見て前記第１触媒層を挟んで前記高分子電解質膜と反対側に、かつ、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記第１触媒層の周縁部より内方を覆うように延びる第１ガス拡散層と、略矩形状であり、前記垂直な方向から見て前記第２触媒層を挟んで前記高分子電解質膜と反対側に、かつ、前記厚み方向から見て前記第２触媒層の周縁部より内方を覆うように延びる第２ガス拡散層と、略矩形状であり、前記垂直な方向から見て前記第１ガス拡散層を挟んで前記高分子電解質膜と反対側に、かつ、前記厚み方向から見てその周縁部が前記高分子電解質膜の周縁の外側に位置するように配置された第１セパレータと、略矩形状であり、前記垂直な方向から見て前記第２ガス拡散層を挟んで前記高分子電解質膜と反対側に、かつ、前記厚み方向から見てその周縁部が前記高分子電解質膜の周縁の外側に位置するように配置された第２セパレータと、環状で略矩形状であり、前記厚み方向から見て前記第１ガス拡散層の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記高分子電解質膜の周縁部又は前記高分子電解質膜の周縁部にある第１触媒層と前記第１セパレータとの間に位置する第１ガスケット部と、環状で略矩形状であり、前記厚み方向から見て前記高分子電解質膜の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間に位置する第２ガスケット部と、を含むシール構造と、少なくとも、前記第１触媒層と、前記第２触媒層と、前記高分子電解質膜と、前記シール構造と、により規定された隙間と、前記隙間を冷却する隙間冷却機構と、を備える。

前記シール構造は、さらに、環状で略矩形状であり、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記第２ガス拡散層の周縁の外側に位置し、かつ前記高分子電解質膜の周縁部又は前記高分子電解質膜の周縁部に位置する第２触媒層と前記第２セパレータとの間に位置する第３ガスケット部を含み、前記隙間は、前記第１及び第２触媒層と、前記高分子電解質膜と、前記シール構造又は前記シール構造並びに前記第１及び第２セパレータと、により規定されてもよい。

前記隙間冷却機構は、前記第１セパレータ及び第２セパレータの少なくとも一方に、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記隙間に重なるように形成された冷却流体流路により構成されてもよい。

前記隙間冷却機構は、前記隙間の熱を、前記高分子電解質形燃料電池を通って当該高分子電解質形燃料電池の外部に導き出して放熱する放熱機構により構成されてもよい。

前記放熱機構は、前記隙間に設けられ当該隙間の熱を受け取る冷却板と、前記冷却板から前記第１セパレータ又は第２セパレータを通って前記高分子電解質形燃料電池の外部まで延びるように形成され、当該冷却板の熱を伝導する熱伝導部材と、前記熱伝導部材に接続されて前記高分子電解質形燃料電池の外部に設けられ、前記熱伝導部材から伝達される熱を放熱する放熱フィンと、を備えてもよい。

前記放熱機構は、前記隙間に設けられ当該隙間の熱を受け取る冷却板と、前記冷却板から前記シール構造の第２ガスケット部を通って前記高分子電解質形燃料電池の外部まで延びるように形成され、当該冷却板の熱を伝導する熱伝導部材と、前記熱伝導部材に接続されて前記高分子電解質形燃料電池の外部に設けられ、前記熱伝導部材から伝達される熱を放熱する放熱フィンと、を備えてもよい。

前記隙間冷却機構は、前記第１セパレータ及び第２セパレータの少なくとも一方に形成された冷却流体流路と前記隙間とを連通する連通路により構成されてもよい。

前記第１触媒層及び第２触媒層は、前記高分子電解質膜の４辺又は互いに対向する２辺の周縁部を覆うように延びていてもよい。

前記シール構造は、環状で略矩形状であり、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記第１ガス拡散層の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記高分子電解質膜の周縁部又は前記高分子電解質膜の周縁部にある第１触媒層と前記第１セパレータとの間に位置する前記第１ガスケット部としての第１ガスケットと、環状で略矩形状であり、前記厚み方向から見て前記高分子電解質膜の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間に位置する前記第２ガスケット部としての第２ガスケットと、を備え、前記隙間は、少なくとも、前記第１触媒層と、前記第２触媒層と、前記高分子電解質膜と、前記第１ガスケットと、前記第１セパレータと、前記第２ガスケットと、前記第２セパレータと、により規定されてもよい。

前記シール構造は、さらに、環状で略矩形状であり、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記第２ガス拡散層の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記高分子電解質膜の周縁部又は前記高分子電解質膜の周縁部に位置する第２触媒層と前記第２セパレータとの間に位置する前記第３ガスケット部としての第３ガスケットを備えて構成され、前記隙間は、前記第１触媒層と、前記第２触媒層と、前記高分子電解質膜と、前記第１ガスケットと、前記第１セパレータと、前記第２ガスケットと、前記第２セパレータと、前記第３ガスケットと、により規定されてもよい。

前記シール構造は、環状で略矩形状であり、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記第１ガス拡散層の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記高分子電解質膜の周縁部又は前記高分子電解質膜の周縁部にある第１触媒層と前記第１セパレータとの間に位置する前記第１ガスケット部と、環状で略矩形状であり、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記高分子電解質膜の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間に位置する前記第２ガスケット部と、前記第１ガスケット部と前記第２ガスケット部とを接続する第１接続部と、を含む１つの枠状ガスケットにより構成され、前記隙間は、少なくとも、前記第１触媒層と、前記第２触媒層と、前記高分子電解質膜と、前記枠状ガスケットと、により規定されてもよい。

前記枠状ガスケットは、さらに、環状で略矩形状であり、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記第２ガス拡散層の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記高分子電解質膜の周縁部又は前記高分子電解質膜の周縁部に位置する第２触媒層と前記第２セパレータとの間に位置する前記第３ガスケット部と前記第３ガスケット部と前記第２ガスケット部とを接続する第２接続部と、を含み、前記隙間は、前記第１触媒層と、前記第２触媒層と、前記高分子電解質膜と、前記枠状ガスケットと、により規定されてもよい。

本発明は以上のように構成され、ロールトゥロールプロセスにより作成された膜触媒層接合体を用いても、十分な耐久性を発揮できる高分子電解質形燃料電池を提供できるという効果を奏する。

図１は実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図２は、図１の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの正面図である。図３は、図１の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの背面図である。図４は実施の形態１の変形例１に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図５は、図４の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの正面図である。図６は本発明の実施の形態２に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図７は実施の形態２の変形例２に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図８は実施の形態２の変形例３に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図９は実施の形態２の変形例４に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図１０は本発明の実施の形態３に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図１１は、図１０の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの正面図である。図１２は、図１０の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの背面図である。図１３は実施の形態３の変形例５に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図１４は実施の形態３のその他の変形例に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図１５は実施の形態３のその他の変形例に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図１６は本発明の実施の形態４に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図１７は、図１６の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの正面図である。図１８は、図１７の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの背面図である。図１９は膜触媒層接合体における触媒層の形成態様を示す平面図である。図２０は膜触媒層接合体の高分子電解質膜の余白を有する辺における触媒層の端の態様を示す平面図である。図２１（ａ），（ｂ）は、ロールトゥロールプロセスにより製造された長尺の膜触媒層接合体からの片状の膜触媒層接合体の切り出し態様を模式的に示す斜視図である。図２２は、本発明の燃料電池を開発する途上で作成された試作品の燃料電池の構成を示す要部概略断面図である。図２３は試作品及び比較品の耐久試験結果を示すグラフである。図２４は比較品の燃料電池の要部概略断面図である。図２５（ａ），（ｂ），（ｃ）は比較実験の条件、結果等を示す表１乃至表３である。

（本発明の基礎となった知見）
図２２は、本発明の燃料電池を開発する途上で作成された試作品の燃料電池の構成を示す要部概略断面図である。

図２２に示すように、連続塗工プロセスにより作成された長尺の膜触媒層接合体から切り出した形状の膜触媒層接合体４を、その両側よりガスの拡散機能及び集電機能を有する第１ガス拡散層５及び第２ガス拡散層６で挟持し、さらにその両側より反応ガス流路を有する面をそれぞれガス拡散層側に向けた第１セパレータ７及び第２セパレータ８で挟持して単セルを構成し、この単セルの両側を、順に配置された一対の集電板、一対の絶縁板、及び一対の端板（いずれも図示せず）により挟持し、適宜な圧力で締結して単電池とした。一対のガス拡散層５，６は、厚み方向から見たサイズが、膜触媒層接合体４より小さく調整されており、膜触媒層接合体４を一対のガス拡散層５，６で挟持すると当該一対のガス拡散層５，６の外周から膜触媒層接合体４の周縁部が露出する状態になる。上記単電池では、反応ガス流路から単電池外へのガス漏洩を防止するために一対の内側ガスケット６１が膜触媒層接合体４の周縁部の両側に配置され、また高分子電解質膜１の端面からの水分蒸発を防止するために一対のセパレータ７，８の周縁部間に外側ガスケット６２が配置されている。

このような構成とすることで、ロールトゥロールプロセスにより作成された膜触媒層接合体４を用いた燃料電池を実現することができる。このように高い生産性を持ったプロセスによる安価に製作された膜触媒層接合体４を用いることにより、品質の安定した低コストの燃料電池を生産することが可能となる。

しかしながら、既述の通り、膜触媒層接合体４を用いた燃料電池は性能が十分ではなかった。

図２３は、第１予備実験において、２種類の電池Ａ、電池Ｂを図２５（ａ）の表１に示す試験条件で運転した耐久試験結果を示す。

第１予備実験の実験方法を以下に示す。

電池Ａは、電解質膜の周縁部まで触媒層を有する膜触媒層接合体４を用いた単電池であり、図２２の試作品に相当する。高分子電解質膜の材料としてはPET基材にラミネートされた厚み５０μm、幅１００ｍｍのロール状の高分子電解質膜（Nafion［登録商標］ NRE-212）を用いた。触媒層の材料としては田中貴金属株式会社製の触媒TEC10E50Eとデュポン社製Nafion（登録商標）10 wt. % dispersionをカーボン／イオノマー比率が１．０、固形分比18ｗｔ％となるように超音波攪拌・混合したインクを作成したものを、図２１のようにダイ塗工にて触媒層の幅が９０ｍｍとなり、Pt量が０．６ｍｇ／ｃｍ^２となるように、ロールから引き出された高分子電解質膜に連続的に塗工した。塗工後、片面に触媒が塗工された高分子電解質膜（CCM：Catalyst Coated Membrane）は乾燥炉にて速やかに乾燥された。その後、塗工裏面のPET基材がデラミネートされ（delaminated）、乾燥した塗工面側にPET基材をラミネートし（laminated）、巻き取られた（rolled up）。次に同じインクを用いて未塗工面に対しても触媒層の幅が９０ｍｍ、Pt量が０．６ｍｇ／ｃｍ^２となるように、連続的に塗工し、乾燥させた。

次に両面に触媒層が塗工されたＣＣＭの触媒層の中心部を、図、２１（ａ）に示すように、６５ｍｍ×６５ｍｍの抜き型で打ち抜くことで、触媒層が高分子電解質膜の端部まで覆う態様の膜触媒層接合体を構成した。

ガス拡散層５、６は、東レ株式会社製カーボンペーパーTGP-H-120（厚み３６０μｍ）に対し、乾燥後のPTFE重量比率が20wt%となるように、ダイキン工業株式会社製ポリフロン PTFE D-1Eを含浸した後、乾燥させ、更に焼成することにより撥水化処理を行い、６０ｍｍ×６０ｍｍの抜き型でうちぬいて製造した。内側ガスケット６１の材料としてはフッ素ゴムで成形試作した中央に矩形の穴が形成された矩形のシール材（幅２ｍｍ、内側サイズ６０ｍｍ×６０ｍｍ、外側サイズ６４ｍｍ×６４ｍｍ、厚み450μｍ）を用い、外側ガスケット６２の材料としてはフッ素樹脂で成形試作した中央に矩形の穴が形成された矩形のシール材（幅２ｍｍ、内側サイズ６７ｍｍ×６７ｍｍ、外側サイズ７１ｍｍ×７１ｍｍ、厚み０．９ｍｍ）を用いた。セパレータ７，８の材料としてはグラシィカーボン材（１２０ｍｍ×１２０ｍｍ、厚み５ｍｍ）を用い、ガス流路の幅は1ｍｍ、深さは1ｍｍとし、発電領域であるガス拡散層に当接する領域（６０ｍｍ×６０ｍｍ）に５本流路でサーペンタイン流路を切削加工した。電池Ａは、膜触媒層接合体４を一対の内側ガスケット６１が挟持するように構成した。

電池Ｂは電池Ａとの比較用に作成された比較品の燃料電池であり、その要部概略断面を図２４に示す。電池Ｂは高分子電解質膜１の周縁部にまで触媒層を有しておらず、膜触媒層接合体４の周縁部は高分子電解質膜１が露出している点以外は、電池Ａと同様の構成（材料、大きさ、形状など）とした。具体的にはロール状の高分子電解質膜の一方の面に対し６０ｍｍ×６０ｍｍの矩形の開口部を有するＰＥＴ基材マスキングシートをラミネートしてから触媒層を塗工することで、６０ｍｍ×６０ｍｍの矩形の触媒層を製造した。その後、反対側の面にも、膜を挟んで上記触媒層と対向するように触媒層を塗工し、乾燥させた。得られたＣＣＭを、矩形触媒層を中心にして６５ｍｍ×６５ｍｍの抜き型で打ち抜いた後、マスキングシートを取り除くことで、触媒層が高分子電解質膜の周縁部を覆わない態様の膜触媒層接合体を構成した。そして当該膜触媒層接合体の周縁部において高分子電解質膜１が露出している部分を、一対の内側ガスケット６１で挟持した。ガス拡散層５、６と内側ガスケット６１と外側ガスケット６２とについては、その形状および材料は、電池Ａと同様とした。

実験では、１０個のセルを積み重ねてスタックとし、表１の条件下で発電を行って電圧の低下を観測した。また、スタックの両極から排出される排ガス中の水分を採取し、イオンクロマトグラフィという方法および装置（DIONEX社製ICS-90）を使って、フッ素イオン溶出速度（Fluoline Release Rate：FRR、[μg/cm²/day]）を測定した。

高分子電解質膜１の劣化指標である排出ガス中のフッ素イオン溶出速度は、電池Ｂでは０．１μg/cm²/dayであるのに対し、電池Ａでは初期から２０μg/cm²/dayと電池Ａの約２００倍となり、その後、加速的に増加した。電池Ｂは、１３００ｈを超えても電圧低下が起こらなかったのに対し、電池Ａは、約１０００ｈで高分子電解質膜１に貫通孔が発生し、発電不能となった。

本発明者らはこのように電池Ａの性能が十分でない理由を検討した結果、以下の知見を得た。

すなわち、試作品のように構成された燃料電池では、触媒層の上から押圧している内側ガスケット６１は反応ガス流路から触媒層２，３を通じた反応ガスの漏洩（以下、触媒層を経由した反応ガスのリークには、触媒層の内部を経由した反応ガスのリークと、触媒層とガスケットとの界面を経由した反応ガスのリークの両方を含むものとする）を完全には防止できておらず、一対の触媒層２，３から漏洩した反応ガスが膜触媒層接合体４の端部と、一対の内側ガスケット６１と、外側ガスケット６２と、第１セパレータ７と、第２セパレータ８とで規定される空間を通じてＣ字状にリークして互いに混合する（以下、「Ｃリーク」という）ことを見出した。これが、本発明を想到する契機となった知見である。

図２５（ｂ）の表２は、第２予備実験において、カソード出口におけるＮ_２中へのＨ_２リーク量をガスクロマトグラフで測定した結果である。

第２予備実験の実験方法を以下に示す。

単電池Ａでは、その周縁部まで触媒層２，３を有する膜触媒層接合体４を用いた。単電池Ｂでは、高分子電解質膜１に、開口したマスキングシートを予め貼り付け、触媒層の塗工後にマスキングシートを除去することによりガス拡散層５，６と同じサイズの部分だけ触媒層２，３を有し、周縁部は電解質膜が露出した膜触媒層接合体４を用いた。それぞれの部材の材料や大きさ、形状などは、第１予備実験と同様であるので詳細な説明を省略する。

得られた単電池Ａ、Ｂのそれぞれについて、図２５（ｃ）の表３に示すガスリーク試験条件でのカソード出口におけるＮ_２中へのＨ_２リーク量をガスクロマトグラフ（島津製作所製ＧＣ−８Ａ）で測定した。実際にはカソードとアノードとにそれぞれ加湿したN₂及びH₂を等量ずつ流通させ、カソードに流通しているN₂中のH₂濃度をガスクロマトグラフィを用いて測定することで、高分子電解質膜１を介してアノードからカソードへ透過したH₂量を計測した。

高分子電解質膜１は元々Ｈ_２を微量透過する性質を有するが、周縁部まで触媒層２，３を有する膜触媒層接合体４を用いた単電池ＡのＨ_２透過量が、単電池ＢのＨ_２透過量の約２倍と大きかった。

内側ガスケット６１により挟まれた触媒層２，３を通じたガス漏洩によるCリークは、触媒層２，３における通常の発電反応を阻害し、過酸化水素を生成し、かつ電解質を劣化するラジカルを生成する反応を加速する。これにより高分子電解質膜１及び触媒層２，３中の電解質の劣化分解を加速するという問題を起こす。その結果として、燃料電池の発電性能の低下及び耐久性の低下をもたらすと考えられる。なお、触媒層の表面が凹凸に富むことは、特開2004-134392などの文献で公知である。反応ガスのリーク経路としては、触媒層とガスケットとの界面が主要な役割を果たしていると考えられる。

本発明者らは、ロールトゥロールプロセスにより作成された膜触媒層接合体４を用いた燃料電池において、膜触媒層接合体４の周縁部と、内側ガスケット６１と外側ガスケット６２とで規定形成される空間に例えば水などの液体を充填することで、「Ｃリーク」を防止できると考え、本発明を想到した。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。以下では全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付してその重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
［構成］
図１は実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図２は、図１の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの正面図である。図３は、図１の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの背面図である。図１は、図２及び図３におけるI−I断面を示す。なお、これらの図は模式図であるので、高分子電解質形燃料電池の断面図（図１）とセパレータの正面図（図２）及び背面図（図３）とは、流路の位置、形状等が一致していない。これは、他の実施の形態及び変形例においても同様である。また、高分子電解質形燃料電池１００の基本的な構成は周知であるので、以下では本発明と関連する構成を説明し、それ以外の説明は省略する。また、以下では、必要がない限り、アノード及びカソードに関連する要素について、アノード側であるかカソード側であるかを区別しないで説明する。

図１乃至図３に示すように、本実施形態１の高分子電解質形燃料電池１００は、高分子電解質膜１と、第１触媒層２と、第２触媒層３と、第１ガス拡散層５と、第２ガス拡散層６と、第１セパレータ７、第２セパレータ８と、シール構造９と、隙間１０と、隙間１０を冷却する隙間冷却機構と、を備える。図１は、高分子電解質形燃料電池１００の要部としての単セルを示している。高分子電解質形燃料電池１００は、例えば、この単セル又は複数の単セルが積層されたセル積層体の両側（両端）に、順に、一対の集電板、一対の絶縁板、及び一対の端板（いずれも図示せず）が配置され、これらを適宜な圧力で締結部材（図示せず）により締結して構成されている。

高分子電解質膜１は、一対の第１主面１ａ及び第２主面１ｂを有する略矩形状に形成されている。本発明において、「略矩形状」における「矩形」は、長方形及び正方形を含む。高分子電解質膜１は、水素イオン伝導性を有する高分子膜である。高分子電解質膜１の材料は、水素イオンを選択的に移動させるものであれば特に限定されない。高分子電解質膜１として、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸からなるフッ素系高分子電解質膜（例えば、米国DuPont社製のNafion（登録商標）、旭化成（株）製のAciplex（登録商標）、旭硝子（株）製のFlemion（登録商標）など）又は各種炭化水素系電解質膜を使用できる。

第１触媒層２及び第２触媒層３は、それぞれ略矩形状であり、互いに高分子電解質膜１を挟んで対向し、かつ高分子電解質膜１の少なくとも１辺の周縁部を覆うように延びている。高分子電解質膜１上への第１触媒層２及び第２触媒層３の形成態様については後で詳述する。第１触媒層２は、高分子電解質膜１の第１主面１ａの外側に（第１主面１ａに対向するように）配置され、第２触媒層３は、高分子電解質膜１の第２主面１ｂの外側に（第２主面１ｂに対向するように）配置されている。第１触媒層２及び第２触媒層３の一方がアノード触媒層であり、他方がカソード触媒層である。なおここで、「外側」とは、高分子電解質膜１がなす平面を中心として、高分子電解質膜１の厚み方向に沿って、高分子電解質膜１から遠ざかる２つの方向をいう。

第１触媒層２及び第２触媒層３は、水素又は酸素の酸化還元反応に対する触媒を含む層である。第１触媒層２及び第２触媒層３は、導電性を有し、かつ水素及び酸素の酸化還元反応に対する触媒能を有するものであれば特に限定されない。第１触媒層２及び第２触媒層３は、例えば白金族金属触媒を担持したカーボン粉末とプロトン導電性を有する高分子材料とを主成分とした多孔質な部材から構成される。第１触媒層２及び第２触媒層３に用いるプロトン導電性高分子材料は、高分子電解質膜１と同じ種類であっても、異なる種類であってもよい。高分子電解質膜１、第１触媒層２、及び第２触媒層３が膜触媒層接合体４を構成する。

第１ガス拡散層５は、略矩形状であり、高分子電解質膜１の厚み方向から見て第１触媒層２の周縁部より内方を覆って延びるように、第１触媒層２の外側（高分子電解質膜１の厚み方向に垂直な方向から見て第１触媒層２を挟んで高分子電解質膜１と反対側）に配置されている。第２ガス拡散層６は、略矩形状であり、かつ高分子電解質膜１の厚み方向から見て第２触媒層３の周縁部より内方を覆って延びるように第２触媒層３の外側（高分子電解質膜１の厚み方向に垂直な方向から見て第２触媒層３を挟んで高分子電解質膜１と反対側）に配置されている。

第１ガス拡散層５は、第１触媒層２がアノード触媒層である場合にはアノードガス拡散層であり、第１触媒層２がカソード触媒層である場合にはカソードガス拡散層である。第２ガス拡散層６は、第２触媒層３がカソード触媒層である場合にはカソードガス拡散層であり、第２触媒層３がアノード触媒層である場合にはアノードガス拡散層である。そして、アノード触媒層とアノードガス拡散層とがアノード（アノードガス拡散電極）を構成し、カソード触媒層とカソードガス拡散層とがカソード（カソードガス拡散電極）を構成する。また、膜触媒層接合体４、第１ガス拡散層５、及び第２ガス拡散層６が膜電極接合体（ＭＥＡ）を構成する。

第１ガス拡散層５及び第２ガス拡散層６は、導電性を有する多孔質の板状の部材である。ガス拡散層５，６の材料は、導電性を有し、かつ反応ガスが拡散できるものであれば特に限定されない。

ガス拡散層５，６には、ガス透過性を持たせるために、カーボン微粉末、造孔材、カーボンペーパー、又はカーボンクロスなどを用いて作製された多孔質構造を有する導電性基材を用いることができる。また、ガス拡散層５，６に排水性を持たせるために、フッ素樹脂を代表とする撥水性高分子などをガス拡散層５，６の中に分散させてもよい。さらに、ガス拡散層５，６に電子伝導性を持たせるために、カーボン繊維、金属繊維、又はカーボン微粉末などの電子伝導性材料でガス拡散層５，６を構成してもよい。また、ガス拡散層５，６の触媒層と接する面には、撥水性高分子とカーボン粉末とで構成される撥水カーボン層を設けてもよい。

ガス拡散層５，６は、例えば、基材として炭素繊維を用いず、導電性粒子と高分子樹脂とを主成分として構成された多孔質部材を用いてもよい。

導電性粒子の材料としては、例えば、グラファイト、カーボンブラック、活性炭等のカーボン材料が挙げられる。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック（ＡＢ）、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、バルカン等が挙げられ、これらの材料を単独で使用してもよく、また、複数の材料を組み合わせて使用してもよい。また、上記カーボン材料の原料形態としては、粉末状、繊維状、粒状等のいずれの形状でもよい。

また、高分子樹脂としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等が挙げられ、耐熱性、撥水性、耐薬品性の観点からＰＴＦＥが好ましい。ＰＴＦＥの原料としては、ディスパージョン及び粉末状の形状があげられるが、ディスパージョンが、作業性の点から好ましい。なお、高分子樹脂は、導電性粒子同士を結着するバインダとしての機能を有する。また、高分子樹脂は、撥水性を有するため、燃料電池の内部にて水を系内に閉じ込める機能（保水性）も有する。

また、ガス拡散層５，６には、導電性粒子及び高分子樹脂以外に、カソードガス拡散層の製造時に使用する界面活性剤及び分散溶媒などが微量含まれていてもよい。分散溶媒としては、例えば、水、メタノール及びエタノール等のアルコール類、エチレングリコール等のグリコール類が挙げられる。界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等のノニオン系、アルキルアミンオキシド等の両性イオン系が挙げられる。製造時に使用する分散溶媒の量及び界面活性剤の量は、導電性粒子の種類、高分子樹脂の種類、それらの配合比率などに応じて適宜設定すればよい。一般的には、分散溶媒量、界面活性剤量が多いほど、高分子樹脂（フッ素樹脂）と導電性粒子（カーボン）が均一分散しやすいが、流動性が高くなり、シート化が難しくなる傾向がある。なお、カソードガス拡散層には、導電性粒子と高分子樹脂と界面活性剤と分散溶媒以外の材料（例えば、短繊維の炭素繊維など）が含まれていてもよい。

第１ガス拡散層５と第２ガス拡散層６とは、互いに同じ構成のガス拡散層を用いても、異なる構成のガス拡散層を用いてもよい。

基材として炭素繊維を用いないガス拡散層は、高分子樹脂と導電性粒子とを含む混合物を混練して、押出し、圧延してから、焼成することにより製造する。具体的には、導電性粒子であるカーボンと分散溶媒、界面活性剤を攪拌混錬機に投入後、混錬して粉砕及び造粒して、カーボンを分散溶媒中に分散させる。ついで、高分子樹脂であるフッ素樹脂をさらに攪拌混錬機に投下して、攪拌及び混錬して、カーボンとフッ素樹脂を分散する。得られた混錬物を圧延してシートを形成し、焼成して分散溶媒及び界面活性剤を除去することでカソードガス拡散層を構成するシートが製造される。そして、このようにして製造されたシートの主面に、適宜な方法（例えば、プレス機等を用いた成型、切削機等を用いた切削）により、酸化剤ガス（一方の反応ガス）流路となる溝を形成して、カソードガス拡散層が得られる。なお、界面活性剤は、導電性粒子の材料（カーボン材料）、分散溶媒の種類により適宜選択でき、また、界面活性剤を使用しなくてもよい。

第１セパレータ７及び第２セパレータ８は、それぞれ略矩形状であり、互いに高分子電解質膜１を挟んで対向し、かつ高分子電解質膜１の厚み方向から見て、その周縁部が高分子電解質膜１の周縁の外側に位置するように設けられている。第１セパレータ７は第１ガス拡散層５の外側（高分子電解質膜１の厚み方向に垂直な方向から見て第１ガス拡散層５を挟んで高分子電解質膜１と反対側）に配置され、第２セパレータ８は、第２ガス拡散層６の外側（高分子電解質膜１の厚み方向に垂直な方向から見て第１ガス拡散層５を挟んで高分子電解質膜１と反対側）に配置されている。

第１セパレータ７及び第２セパレータ８は、膜電極接合体を機械的に固定するとともに、隣接する膜電極接合体同士を互いに電気的に直列に接続するための板状の導電性の部材である。

セパレータ７，８の一対の主面のうち、膜電極接合体と接触する面（正面：以下、電極面ともいう）には、反応ガスの流路１２Ａ，１２Ｂが形成されている。これにより、電極面に反応ガスを供給し、反応により生じた水や余剰ガスを運び去ることができる。なお、反応ガスの流路は、セパレータ７，８とは別個の部材に設けられてもよい。この場合には、セパレータ７，８には反応ガスの流路１２Ａ，１２Ｂは設けられない。

セパレータ７，８の一対の主面のうち、電極面と反対の面（背面：以下冷却面ともいう）には、水や不凍液などの冷却流体の流路１３Ａ，１３Ｂが形成されている。これにより、膜電極接合体で発電が起こる時に発生する熱を除去できる。なお、冷却流体の流路１３Ａ，１３Ｂは、セパレータ７，８とは別個の部材に設けられてもよい。この場合には、セパレータ７，８には冷却流体の流路１３Ａ，１３Ｂは設けられない。セパレータ７，８の周縁部には、２つのマニホールド孔組が形成されている。一方のマニホールド孔組は、反応ガスを供給又は排出する２つの反応ガスマニホールド孔２１Ａ，２２Ａと、冷却流体を供給又は排出する１つの冷却流体マニホールド孔２３Ａとで構成されている。他方のマニホールド孔組は、反応ガスを供給又は排出する２つの反応ガスマニホールド孔２１Ｂ，２２Ｂと、冷却流体を供給又は排出する１つの冷却流体マニホールド孔２３Ｂとで構成されている。

一対の反応ガスマニホールド孔２１Ａ，２１Ｂは、一方の反応ガス（燃料ガス又は酸化剤ガス）用であり、一方が供給用で他方が排出用である。これらを接続するように一方の反応ガスの流路１２Ａ，１２Ｂが第１セパレータ７及び第２セパレータ８のうちの一方の電極面に形成される。一対の反応ガスマニホールド孔２２Ａ，２２Ｂは、他方の反応ガス（酸化剤ガス又は燃料ガス）用であり、一方が供給用で他方が排出用である。これらを接続するように他方の反応ガスの流路１２Ａ，１２Ｂが第１セパレータ７及び第２セパレータ８のうちの他方の電極面に形成される。

一対の冷却流体マニホールド孔２３Ａ，２３Ｂは、一方が供給用で他方が排出用である。これらを接続するように冷却流体の流路１３Ａ，１３Ｂが、必要に応じて第１セパレータ７及び／又は第２セパレータ８の冷却面に形成される。

膜触媒層接合体４の高分子電解質膜１には、第１セパレータ７及び第２セパレータ８の６つのマニホールド孔２１Ａ、２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂに対応する孔（図示せず）がそれぞれ形成されていて、これらがそれぞれ繋がって６つのマニホールド（内部マニホールド）が構成されている。これらの６つのマニホールドにおいて、一方の反応ガス供給用マニホールドに一方の反応ガスが供給され、一方の反応ガス排出用マニホールドから一方の反応ガスが排出され、他方の反応ガス供給用マニホールドに他方の反応ガスが供給され、他方の反応ガス排出用マニホールドから他方の反応ガスが排出され、冷却流体供給用マニホールドに冷却流体が供給され、冷却流体排出用マニホールドから冷却流体が排出される。６つのマニホールド孔２１Ａ、２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂの配置は任意である。

セパレータ７，８は、カーボンを含む材質や金属を含む材質で構成される。セパレータ７，８がカーボンを含む材質で構成される場合、セパレータ７，８は、カーボン粉末と樹脂バインダとを混合した原料粉を金型に供給し、金型に供給された原料粉に圧力と熱を加えることによって形成できる。

セパレータ７，８が金属を含む材質で構成される場合、セパレータ７，８は、金属プレートからなるものであってもよい。セパレータ７，８は、チタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施したものを使用することができる。

なお、第１セパレータ７の冷却面には、冷却流体の外部へのリーク並びに一対の反応ガスの相互間及び外部へリークを防止するためのシール部材１４が配設されている。

シール構造９は、第１ガスケット部９ａと第２ガスケット部９ｂとを含む。第１ガスケット部９ａは、環状で略矩形状であり（特に図２参照）、高分子電解質膜１の厚み方向から見て第１ガス拡散層５の周縁の外側に位置し、かつ、高分子電解質膜１の厚み方向と垂直な方向から見て高分子電解質膜１の周縁部又は高分子電解質膜１の周縁部にある第１触媒層２と第１セパレータ７との間に位置している。これについては、後で詳しく説明する。図１は、第１ガスケット部９ａが、高分子電解質膜１の周縁部にある第１触媒層２と第１セパレータ７との間に位置している形態を示している。第２ガスケット部９ｂは、環状で略矩形状であり（特に図２参照）、高分子電解質膜１の厚み方向から見て高分子電解質膜１の周縁の外側に位置し、かつ、高分子電解質膜１の厚み方向と垂直な方向から見て第１セパレータ７と第２セパレータ８との間に位置している。

第１ガスケット部９ａ及び第２ガスケット部９ｂは、それぞれを挟む部材間の隙間をシールする機能を有し、当該機能を発揮するための適度の弾性と剛性とを備える。

シール構造９は、第１ガスケット部９ａと第２ガスケット部９ｂとが互いに分離した別個の部材である形態に構成されてもよく、第１ガスケット部９ａと第２ガスケット部９ｂとが単一の部材における互いに繋がった２つの部分である形態に構成されてもよい。

以下では、シール構造９は、第１ガスケット部９ａと第２ガスケット部９ｂとが単一の部材における互いに繋がった２つの部分である形態に構成されている例を示す。具体的には、シール構造９は、第１ガスケット部９ａと、第２ガスケット部９ｂと、第１ガスケット部９ａと第２ガスケット部９ｂとを接続する第１接続部９ｃと、を含む１つの枠状ガスケットにより構成されている。この枠状ガスケット（９）は、全体として、中央部に開口を有し、当該開口の縁部（９ａ，９ｃ）が段状に薄い矩形の平板形状に形成されている。中央部の開口に第１セパレータ７の反応ガスの流路が位置し、周縁部に第１セパレータ７の各マニホールド孔２１Ａ−２３Ｂに対応する孔が形成されている。この枠状ガスケット（９）の第１ガスケット部９ａにより、一対の反応ガスの相互間がシールされる。また、枠状ガスケットの第２ガスケット部９ｂにより、第１ガス拡散層５から外部への反応ガスのリークが防止される。

枠状ガスケット（９）は、例えばフッ素ゴム、ポリイソブレン、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、熱可塑性エラストマー、液晶ポリマー、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、テレフタルアミド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリサルホン樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂、及びポリエチレンテレフタレート樹脂などが上げられる。これらを単体、又は２種以上の複合体として用いてもよい。

隙間１０は、意図的に形成されたものと、意図せずに形成されたものとの双方を含む。換言すると、隙間１０は、設計に従って形成されたものと、設計上存在しないが、高分子電解質形燃料電池１００の製造過程で形成されたものとの双方を含む。隙間１０は、微小であってもよい。また、隙間１０は、閉空間であることが好ましい。但し、隙間１０は、そこでガス中の水分が冷却されて液状化し、それが貯留されるように形成されておれば、必ずしも閉空間である必要はない。換言すると、隙間１０は、部分的に開放されていても、そこでガス中の水分が冷却されて液状化し、それが貯留される程度に閉じていればよい。また、隙間１０は、典型的には高分子電解質膜１の全外周（４辺）の周囲に形成されるが、高分子電解質膜１の外周の一部の周囲に形成されてもよい。隙間１０が存在しなければ、そもそも「Ｃリーク」は発生しないからである。

本実施の形態１では、隙間１０は、少なくとも、第１触媒層２及び第２触媒層３と、高分子電解質膜１と、シール構造９と、により規定(define)されている。ここでは、シール構造９が枠状ガスケットで構成されているので、隙間１０は、少なくとも第１触媒層２及び第２触媒層３と、高分子電解質膜１と、シール構造（枠状ガスケット）９と、により規定され、より詳しくは、第１触媒層２及び第２触媒層３と、高分子電解質膜１と、シール構造９と、第２ガス拡散層６と、第２セパレータ８とにより規定されている。

隙間冷却機構は、隙間１０を冷却する機能を有する。隙間冷却機構は、ここでは、第１セパレータ７及び第２セパレータ８の少なくとも一方に、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、隙間１０に重なるように形成された隙間冷却用流体流路１１により構成される。隙間冷却用流体流路１１は、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、全部が隙間１０に重なることが好ましいが、一部が隙間１０に重なっている形態であってもよい。

隙間冷却用流体流路１１は、ここでは、例えば、第１セパレータ７及び第２セパレータ８のそれぞれの冷却面に形成されている。図３において、破線は発電部の範囲（ここではガス拡散層５，６の範囲）を示している。この破線の範囲内に位置する流路が、発電部を冷却するための通常の冷却流体の流路１３Ａである。隙間冷却用流体流路１１は、この通常の冷却流体の流路１３Ａの外側に位置し、かつ両端が一対の冷却流体マニホールド孔２３Ａ，２３Ｂに接続されるように形成されている。第２セパレータ８においても、隙間冷却用流体流路１１が同様に形成されている。これにより、隙間冷却用流体流路１１を流通する冷却流体によって隙間１０が冷却される。

＜触媒層の形成態様＞
図１９は膜触媒層接合体４における触媒層の形成態様を示す平面図である。図１９において、外側の矩形の破線はシール構造９の第２ガスケット部９ｂの内縁（内周）を示し、内側の矩形の破線はシール構造９の第１ガスケット部９ａの内縁（内周）を示す。

図１９に示すように、膜触媒層接合体４において、第１触媒層２及び第２触媒層３は、例えば、高分子電解質膜１の４辺のうち、一方の対向する２辺４１，４１の周縁部（ここでは周縁の末端）を覆うように（高分子電解質膜１の厚み方向から見て端が重なるように）延びている。高分子電解質膜１の他方の対向する２辺においては、第１触媒層２及び第２触媒層３は、当該２辺の周縁部に余白４３を残すように設けられている。

このような膜触媒層接合体４に対し、シール構造９（枠状ガスケット）の第２ガスケット部９ｂは、高分子電解質膜１の周囲に位置する。一方、シール構造９（枠状ガスケット）の第１ガスケット部９ａは、高分子電解質膜１の上記一方の対向する２辺４１，４１においては、第１触媒層２上に位置し、高分子電解質膜１の上記他方の対向する２辺においては、高分子電解質膜１の周縁部の余白（高分子電解質膜１そのもの）４３上に位置する。上述の「第１ガスケット部９ａは、・・・高分子電解質膜１の周縁部又は高分子電解質膜１の周縁部にある第１触媒層２と第１セパレータ７との間に位置している。」とはこのことを意味する。これにより、高分子電解質膜１の上記他方の対向する２辺においては、（本発明の基礎となった知見）で述べたように、「Ｃリーク」は発生しない。高分子電解質膜１の上記一方の対向する２辺においては、後述するように隙間冷却機構（ここでは隙間冷却用流体流路１１）により「Ｃリーク」が防止される。

図２０は膜触媒層接合体４の高分子電解質膜１の余白４３を有する辺における第１触媒層２及び第２触媒層３の端の態様を示す平面図である。図２０に示すように、第１触媒層２及び第２触媒層３の端は高分子電解質膜１の厚み方向から見て、必ずしも一直線ではなく、波打つように（凹凸状に）形成されている。一般的には、図１９に示すように、この波打っている第１触媒層２及び第２触媒層３の端との間に間隔を置いてシール構造９の第１ガスケット部９ａが配置される。この場合には「Ｃリーク」は生じない。しかし、図２０に示すように、この波打っている第１触媒層２及び第２触媒層３の端の上に部分的に位置するようにシール構造９の第１ガスケット部９ａが配置される場合には「Ｃリーク」が生じる。それ故、このような場合には、膜触媒層接合体４の高分子電解質膜１に余白４３を有する辺に対しても隙間冷却機構を設けることが好ましい。

＜膜触媒層接合体４の切り出し態様＞
図２１（ａ），（ｂ）は、ロールトゥロールプロセスにより製造された長尺の膜触媒層接合体からの片状の膜触媒層接合体４の切り出し態様を模式的に示す斜視図である。

図２１（ａ），（ｂ）に示すように、一般的に、ロールトゥロールプロセスにより製造された長尺の膜触媒層接合体４２は、その両面において、両側に帯状の余白４３を残すように触媒層４４が形成され、ロール形状に巻き取られる。そして、このロール形状の長尺の膜触媒層接合体４２から、略矩形の片状の膜触媒層接合体４が切り出される。この切り出し工程では、図２１（ａ）に示すように、長尺の膜触媒層接合体４２の触媒層４４のみを打ち抜いて当該触媒層４４のみを含むように膜触媒層接合体４を切り出してもよく、図２１（ｂ）に示すように、長尺の膜触媒層接合体４２を幅方向に切断して、触媒層４４と余白４３とを含むように、膜触媒層接合体４を切り出してもよい。前者の場合には、膜触媒層接合体４において、第１触媒層２及び第２触媒層３が、高分子電解質膜１の厚み方向から見て高分子電解質膜１の４辺の周縁部を覆うように延びている。従って、高分子電解質膜１の４辺に対応するように隙間冷却機構を設ける必要がある。一方、後者の場合には、膜触媒層接合体４において、第１触媒層２及び第２触媒層３が、高分子電解質膜１の厚み方向から見て高分子電解質膜１の対向する２辺の周縁部を覆うように延びている。従って、高分子電解質膜１の当該２辺に対応するように隙間冷却機構を設ける必要がある。なお、本実施の形態１は、第１触媒層２及び第２触媒層３が高分子電解質膜１の厚み方向から見て高分子電解質膜１の１辺の周縁部を覆うように延びている膜触媒層接合体４にも適用でき、かつロールトゥロールプロセスを用いないで製造された膜触媒層接合体４にも適用できることは言うまでもない。

［動作］
次に、以上のように構成された高分子電解質形燃料電池１００の動作を説明する。高分子電解質形燃料電池１００は、発電運転時において、外部から一対の反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）が供給され、各セルの発電部（アノード及びカソード）において電力及び熱が発生する。一方、外部から冷却流体が供給され、各セルの発電部が所定の運転温度（例えば８０℃）に維持される。これにより、隙間１０に、ほぼ高分子電解質形燃料電池１００の運転温度であって水分を含んだ露点の高い反応ガスが第１触媒層２及び第２触媒層３の端から流入し、当該隙間１０において、隙間冷却機構としての隙間冷却用流体流路１１を流通する冷却流体により第１セパレータ７等を介して冷却されて液状化し、当該隙間１０に貯留（充填）される。ここで、隙間１０の近傍は、発電部と異なり、熱が発生しないので、隙間冷却用流体流路１１を流通する冷却流体により冷却されて、発電部より低い温度になる。このため、第１触媒層２及び第２触媒層３を通じて（主として触媒層とシール構造との界面を通じて）隙間１０に流入する反応ガスが液状化されるのである。そして、空気中における気体分子の拡散係数は約0.6×10⁵ｃｍ²/sであるのに対して、水中における気体分子の拡散係数は約2.0×10¹⁰ｃｍ²/sであり、気体分子は水中の方が約10⁵倍拡散しにくい。そのため「Cリーク」の経路となる隙間１０に水が充填（貯留）されることで、ほぼ「Cリーク」が防止される。

次に、本実施の形態１の変形例を説明する。なお、便宜上、全ての実施の形態の変形例に共通の通し番号を付す。

［変形例１］
図４は実施の形態１の変形例１に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図５は、図４の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの正面図である。図４は、図５におけるIV−IV断面を示す。本変形例１の高分子電解質形燃料電池１００は、下記の構成以外は実施の形態１の高分子電解質形燃料電池１００と同様に構成されている。

図４及び図５に示すように、本変形例１では、シール構造９は、第１ガスケット部９ａと第２ガスケット部９ｂとが互いに分離した別個の部材である形態に構成されている。換言すると、本変形例１では、シール構造９は、環状で略矩形状であり、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、第１ガス拡散層５の周縁の外側に位置し、かつ高分子電解質膜１の周縁部又は高分子電解質膜１の周縁部にある第１触媒層２と第１セパレータ７との間に位置する第１ガスケット部９ａとしての第１ガスケットと、環状で略矩形状であり、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、高分子電解質膜１の周縁の外側に位置し、かつ第１セパレータ７と第２セパレータ８との間に位置する第２ガスケット部９ｂとしての第２ガスケットと、を備えている。具体的には、第１ガスケット（９ａ）は、その開口に第１セパレータ７の反応ガスの流路が位置するように設けられる。第２ガスケット（９ｂ）は、第１ガスケット（９ａ）を囲むとともに、第１セパレータ７の各マニホールド孔２１Ａ−２３Ｂを囲むように設けられる。

また、隙間１０は、少なくとも、第１触媒層２及び第２触媒層３と、高分子電解質膜１と、第１ガスケット（９ａ）と、第１セパレータ７と、第２ガスケット（９ｂ）と、により規定されており、より詳しくは、隙間１０は、第１触媒層２及び第２触媒層３と、高分子電解質膜１と、第１ガスケット（９ａ）と、第１セパレータ７と、第２ガスケット（９ｂ）と、第２セパレータ８と、第２ガス拡散層６と、により規定されている。

本変形例１も、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。

（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。本実施の形態２の高分子電解質形燃料電池１００は、下記の構成以外は実施の形態１の高分子電解質形燃料電池１００と同様に構成されている。

図６に示すように、本実施の形態２では、シール構造９は、さらに第３ガスケット部９ｄを含む。第３ガスケット部９ｄは、環状で略矩形状であり、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、第２ガス拡散層６の周縁の外側に位置し、かつ高分子電解質膜１の周縁部又は高分子電解質膜１の周縁部に位置する第２触媒層３と第２セパレータ８との間に位置している。第３ガスケット部９ｄの機能、配置、及び材料は、第１ガスケット部９ａと同様である。

シール構造９は、第１ガスケット部９ａ、第２ガスケット部９ｂ、及び第３ガスケット部９ｄが互いに分離した別個の部材である形態に構成されてもよく、第１ガスケット部９ａ、第２ガスケット部９ｂ、及び第３ガスケット部９ｄが単一の部材における互いに繋がった３つの部分である形態に構成されてもよい。

ここでは、シール構造９は、第１ガスケット部９ａ、第２ガスケット部９ｂ、及び第３ガスケット部９ｄが単一の部材における互いに繋がった３つの部分である形態に構成されている。具体的には、シール構造９は、第１ガスケット部９ａと、第２ガスケット部９ｂと、第１ガスケット部９ａと第２ガスケット部９ｂとを接続する第１接続部９ｃと、第３ガスケット部９ｄと、第３ガスケット部９ｄと第２ガスケット部９ｂとを接続する第２接続部９ｅとを含む１つの枠状ガスケットにより構成されている。例えば、膜触媒層接合体４に第１ガス拡散層５及び第２ガス拡散層６を設け、この枠状ガスケット（９）で膜触媒層接合体４の周縁部を挟持して膜電極接合体（ＭＥＡ）を構成すると、枠状ガスケット（９）を把持することにより膜電極接合体を容易にハンドリングすることができる。

隙間１０は、少なくとも、第１触媒層２と、第２触媒層３と、高分子電解質膜１と、シール構造９と、により規定される。ここでは、シール構造９が、１つの枠状ガスケットにより構成されているので、隙間１０は、第１触媒層２と、第２触媒層３と、高分子電解質膜１と、シール構造９（枠状ガスケット）とにより規定されている。上述のように、枠状ガスケット（９）で膜触媒層接合体４の周縁部を挟持して膜電極接合体（ＭＥＡ）を構成する場合には、設計上、隙間１０は存在しなくてもよいが、膜電極接合体を用いて高分子電解質形燃料電池１００を組み立て、これを締結部材で締結することによって、隙間１０が形成される。従って、この場合には、隙間１０は意図せずに形成されることになる。

このように構成された本実施の形態２では、第３ガスケット部９ｄにより第２ガス拡散層６からの反応ガスのリークが防止されるので、実施の形態１に比べて「Ｃリーク」がより抑制される。

［変形例２］
図７は実施の形態２の変形例２に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。本変形例２の高分子電解質形燃料電池１００は、下記の構成以外は実施の形態２の高分子電解質形燃料電池１００と同様に構成されている。

図７に示すように、本変形例２では、シール構造９は、第１ガスケット部９ａと第２ガスケット部９ｂと第３ガスケット部９ｄとが互いに分離した別個の部材である形態に構成されている。換言すると、本変形例２では、シール構造９は、環状で略矩形状であり、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、第１ガス拡散層５の周縁の外側に位置し、かつ高分子電解質膜１の周縁部又は高分子電解質膜１の周縁部にある第１ガス拡散層５と第１セパレータ７との間に位置する第１ガスケット部９ａとしての第１ガスケットと、環状で略矩形状であり、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、高分子電解質膜１の周縁の外側に位置し、かつ第１セパレータ７と第２セパレータ８との間に位置する第２ガスケット部９ｂとしての第２ガスケットと、環状で略矩形状であり、高分子電解質膜１の厚み方向から見て、第２ガス拡散層６の周縁の外側に位置し、かつ高分子電解質膜１の周縁部又は高分子電解質膜１の周縁部に位置する第２触媒層３と第２セパレータ８との間に位置第３ガスケット部９ｄとしての第３ガスケットと、を備えている。

また、隙間１０は、第１触媒層２及び第２触媒層３と、高分子電解質膜１と、第１ガスケット（９ａ）と、第１セパレータ７と、第２ガスケット（９ｂ）と、第２セパレータ８と、第３ガスケット（９ｄ）と、により規定されている。

本変形例２も、実施の形態２と同様の作用効果を奏する。

［変形例３］
図８は実施の形態２の変形例３に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。本変形例３の高分子電解質形燃料電池１００は、下記の構成以外は実施の形態２の高分子電解質形燃料電池１００と同様に構成されている。

図８に示すように、本変形例３では、枠状ガスケットの第１触媒層２と第１セパレータ７との間に位置する先端部分５１と接触してＯリング状のシール部材５２が配置されている。シール部材５２は、第１セパレータ７の枠状ガスケットの先端部分５１に対応する部分に設けられた溝に配置されている。そして、この枠状ガスケットの先端部分５１とシール部材５２とがシール構造９の第１ガスケット部９ａを構成している。

また、枠状ガスケットの第２触媒層３と第２セパレータ８との間に位置する先端部分５３と接触してＯリング状のシール部材５４が配置されている。シール部材５４は、第２セパレータ８の枠状ガスケットの先端部分５３に対応する部分に設けられた溝に配置されている。そして、この枠状ガスケットの先端部分５３とシール部材５４とがシール構造９の第３ガスケット部９ｄを構成している。

このように構成された本変形例３も、実施の形態２と同様の作用効果を奏する。

［変形例４］
図９は実施の形態２の変形例４に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。本変形例４の高分子電解質形燃料電池１００は、下記の構成以外は実施の形態２の変形例３の高分子電解質形燃料電池１００と同様に構成されている。

図９に示すように、本変形例４では、Ｏリング状のシール部材５２，５４がそれぞれ台形の断面を有するように形成され、それぞれ、第１セパレータ７の枠状ガスケットの先端部分５１，５３に接着されて固定されている。

このように構成された本変形例４も、実施の形態２と同様の作用効果を奏する。

（実施の形態３）
図１０は本発明の実施の形態３に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図１１は、図１０の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの正面図である。図１２は、図１０の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの背面図である。図１０は、図１１及び図１２におけるX−X断面を示す。

本実施の形態３の高分子電解質形燃料電池１００は、実施の形態１の高分子電解質形燃料電池１００において、隙間冷却機構が、隙間冷却用流体流路１１ではなく、放熱機構で構成されている。これ以外は実施の形態１の高分子電解質形燃料電池１００と同様に構成されている。

具体的には、図１０乃至図１２に示すように、隙間冷却機構は、隙間１０の熱を、高分子電解質形燃料電池１００を通って当該高分子電解質形燃料電池１００の外部に導き出して放熱する放熱機構により構成されている。ここは、放熱機構が下記のように構成される例を示す。すなわち、この放熱機構３１は、隙間１０に設けられ当該隙間１０の熱を受け取る冷却板３１ａと、冷却板３１ａから第１セパレータ７又は第２セパレータ８を通って高分子電解質形燃料電池１００の外部まで延びるように形成され、冷却板３１ａの熱を伝導する熱伝導部材３１ｂと、熱伝導部材３１ｂに接続されて高分子電解質形燃料電池１００の外部に設けられ、熱伝導部材３１ｂから伝達される熱を放熱する放熱フィン３１ｃと、を備える。

放熱機構３１は、例えば、第１触媒層２及び第２触媒層３が高分子電解質膜１の周縁部を覆う当該高分子電解質膜１の辺のほぼ全長に渡って設けられる。但し、高分子電解質膜１の当該辺の一部に渡って設けてもよい。放熱機構３１は、高分子電解質膜１の当該辺に沿って、連続するように設けてもよく、断続するように設けてもよい。熱伝導部材３１ｂは、熱伝導性の材料からなる芯部材を断熱性の材料からなる被覆層で覆うように構成することが好ましい。第１セパレータ７又は第２セパレータ８は熱伝導性の材料で構成されているため、発電部で発生する熱をも熱伝導部材３１ｂが放熱フィン３１ｃに伝達して放熱するのを防止するためである。ここで、例えば、第１セパレータ７又は第２セパレータ８を成形可能な材料で構成し、冷却板３１ａ、熱伝導部材３１ｂ、及び放熱フィン３１ｃを一体化してなる部材を第１セパレータ７又は第２セパレータ８と一緒に２色成形することにより、熱伝導部材３１ｂが当該第１セパレータ７又は第２セパレータ８を通る形態を実現することができる。

冷却板３１ａ、熱伝導部材３１ｂ、及び放熱フィン３１ｃの材料は熱伝導性を有するものであれば特に限定されず、例えば、ステンレス、アルミニウム等の金属が例示される。

シール構造９は、ここでは、実施の形態２の変形例２と同様に構成されているが、実施の形態１の変形例１と同様に構成してもよい。

以上のように構成された本実施の形態３では、高分子電解質形燃料電池１００の発電運転時に、隙間１０にほぼ運転温度であって水分を含んだ露点の高い反応ガスが第１触媒層２及び第２触媒層３の端から流入するが、当該隙間１０において、当該流入した反応ガスの熱が冷却板３１ａに受け取られ、熱伝導部材３１ｂを介して放熱フィン３１ｃに伝達され、かつそこで外部に放熱される。これにより、当該反応ガス中の水分が、冷却されて液状化し、当該隙間１０に貯留（充填）される。これにより、「Ｃリーク」が防止される。

［変形例５］
図１３は本実施の形態３の変形例５に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。

図１３に示すように、本変形例５の高分子電解質形燃料電池１００は、下記以外は実施の形態３の高分子電解質形燃料電池１００と同様に構成されている。すなわち、本変形例５では、放熱機構３２は、隙間１０に設けられ当該隙間１０熱を受け取る冷却板３２ａと、冷却板３２ａからシール構造９の第２ガスケット部９ｂを通って高分子電解質形燃料電池１００の外部まで延びるように形成され、当該冷却板３２ａの熱を伝導する熱伝導部材３２ｂと、熱伝導部材３２ｂに接続されて高分子電解質形燃料電池１００の外部に設けられ、熱伝導部材３２ｂから伝達される熱を放熱する放熱フィン３２ｃと、を備える。放熱機構３２の、第１触媒層２及び第２触媒層３が高分子電解質膜１の周縁部を覆う当該高分子電解質膜１の辺に沿った構成は、実施の形態３と同様である。また、放熱機構３２を構成する材料も実施の形態３と同様である。また、例えば、冷却板３２ａ、熱伝導部材３２ｂ、及び放熱フィン３２ｃを一体化してなる部材を枠状ガスケット（９）と一緒に２色成形することにより、熱伝導部材３２ｂが当該枠状ガスケット（９）を通る形態を実現することができる。

第１ガス拡散層５の端と枠状ガスケットの先端部分５１との間には、Ｏリング状のシール部材５６が配置されていて、このシール部材５６と枠状ガスケットの先端部分５１とがシール構造９の第１ガスケット部９ａを構成している。また、第２ガス拡散層６の端と枠状ガスケットの先端部分５３との間にＯリング状のシール部材５７が配置されていて、このシール部材５７と枠状ガスケットの先端部分５３とがシール構造９の第３ガスケット部９ｄを構成している。

なお、シール構造９を、実施の形態１、実施の形態２、実施の形態２の変形例３及び変形例４のように構成してもよい。図１４は、シール構造９を、実施の形態２の変形例３ように構成した例を示し、図１５は、シール構造９を、実施の形態２の変形例４ように構成した例を示す。

以上のように構成された本変形例５も、実施の形態３と同様の作用効果を奏する。

（実施の形態４）
図１６は本発明の実施の形態４に係る高分子電解質形燃料電池の要部概略構成を示す断面図である。図１７は、図１６の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの正面図である。図１８は、図１７の高分子電解質形燃料電池の第１セパレータの背面図である。図１６は、図１７及び図１８におけるXVI−XVI断面を示す。

図１６乃至図１８に示すように、本実施の形態４の高分子電解質形燃料電池１００は、実施の形態２の変形例２の高分子電解質形燃料電池１００において、隙間冷却機構が、隙間冷却用流体流路１１だけではなく、隙間冷却用流体流路１１と隙間１０とを連通する連通路３３により構成されている。これ以外は実施の形態２の変形例２の高分子電解質形燃料電池１００と同様に構成されている。

具体的には、本実施の形態４では、第１セパレータ７と第２セパレータ８との双方に隙間冷却用流体流路１１が設けられ、この隙間冷却用流体流路１１と隙間１０とを連通するように連通路３３が設けられている。連通路３３は、高分子電解質膜１の周方向に適宜な間隔で１以上設けられる。

なお、隙間冷却用流体流路１１及び連通路３３は、第１セパレータ７と第２セパレータ８の少なくともいずれかに設ければよい。また、シール構造９を、枠状ガスケットを含むように構成し、当該枠状ガスケットとセパレータ７，８を貫通するように連通路３３を設けてもよい。従って、シール構造９を、実施の形態１（変形例２を含む）、実施の形態２変形例３，４を含む）、及び実施の形態のシール構造９のように構成してもよい。

以上のように構成された本実施の形態４では、連通路３３を通じて隙間冷却用流体流路１１から冷却流体が隙間１０に充填されるので、当該隙間１０が充填された冷却流体により冷却されるとともに「Ｃリーク」が防止される。

なお、実施の形態１又は２において、シール構造９を、実施の形態３の変形例５のシール構造９のように構成してもよい。

また、実施の形態４において、連通路３３を通常の冷却流体の流路１３Ａ又は１３Ｂと隙間１０とを連通するように設けてもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明の固体高分子型燃料電池は、反応ガスの利用効率低下を抑制し、高分子型固体電解質膜を用いた燃料電池、特に定置型コジェネレーションシステムや電気自動車等に応用できる。

１高分子電解質膜
１ａ第１主面
１ｂ第２主面
２第１触媒層
３第２触媒層
４膜触媒層接合体
５第１ガス拡散層
６第２ガス拡散層
７第１セパレータ
８第２セパレータ
９シール構造
９ａ第１ガスケット部
９ｂ第２ガスケット部
９ｃ第１接続部
９ｄ第３ガスケット部
９ｅ第２接続部
１０隙間
１１隙間冷却用流体流路
１２Ａ反応ガスの流路
１２Ｂ反応ガスの流路
１３Ａ冷却流体の流路
１３Ｂ冷却流体の流路
１４シール部材
２１Ａ反応ガスマニホールド孔
２１Ｂ反応ガスマニホールド孔
２２Ａ反応ガスマニホールド孔
２２Ｂ反応ガスマニホールド孔
２３Ａ冷却流体マニホールド孔
２３Ｂ冷却液マニホールド孔
３１放熱機構
３１ａ冷却板
３１ｂ熱伝導部材
３１ｃ放熱フィン
３２放熱機構
３２ａ冷却板
３２ｂ熱伝導部材
３２ｃ放熱フィン
３３連通路
４１一方の対向する２辺
４２長尺の膜触媒層接合体
４３余白
４４触媒層
５１先端部分
５２シール部材
５３先端部分
５４シール部材
５６シール部材
５７シール部材
６１内側ガスケット
６２外側ガスケット
１００高分子電解質形燃料電池

Claims

一対の第１主面及び第２主面を有する略矩形状の高分子電解質膜と、
略矩形状であり、前記第１主面と対向し、かつ、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記高分子電解質膜の少なくとも１辺の周縁部を覆うように延びる第１触媒層と、
略矩形状であり、前記第２主面と対向し、かつ、前記厚み方向から見て前記少なくとも１辺の周縁部を覆うように延びる第２触媒層と、
略矩形状であり、前記厚み方向と垂直な方向から見て前記第１触媒層を挟んで前記高分子電解質膜と反対側に、かつ、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記第１触媒層の周縁部より内方を覆うように延びる第１ガス拡散層と、
略矩形状であり、前記垂直な方向から見て前記第２触媒層を挟んで前記高分子電解質膜と反対側に、かつ、前記厚み方向から見て前記第２触媒層の周縁部より内方を覆うように延びる第２ガス拡散層と、
略矩形状であり、前記垂直な方向から見て前記第１ガス拡散層を挟んで前記高分子電解質膜と反対側に、かつ、前記厚み方向から見てその周縁部が前記高分子電解質膜の周縁の外側に位置するように配置された第１セパレータと、
略矩形状であり、前記垂直な方向から見て前記第２ガス拡散層を挟んで前記高分子電解質膜と反対側に、かつ、前記厚み方向から見てその周縁部が前記高分子電解質膜の周縁の外側に位置するように配置された第２セパレータと、
環状で略矩形状であり、前記厚み方向から見て前記第１ガス拡散層の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記高分子電解質膜の周縁部又は前記高分子電解質膜の周縁部にある第１触媒層と前記第１セパレータとの間に位置する第１ガスケット部と、環状で略矩形状であり、前記厚み方向から見て前記高分子電解質膜の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間に位置する第２ガスケット部と、を含むシール構造と、
少なくとも、前記第１触媒層と、前記第２触媒層と、前記高分子電解質膜と、前記シール構造と、により規定された隙間と、
前記隙間を冷却する隙間冷却機構と、
を備える、高分子電解質形燃料電池。
前記シール構造は、さらに、環状で略矩形状であり、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記第２ガス拡散層の周縁の外側に位置し、かつ前記高分子電解質膜の周縁部又は前記高分子電解質膜の周縁部に位置する第２触媒層と前記第２セパレータとの間に位置する第３ガスケット部を含み、
前記隙間は、前記第１触媒層と、前記第２触媒層と、前記高分子電解質膜と、前記シール構造又は前記シール構造並びに前記第１及び第２セパレータと、により規定されている、
請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
前記隙間冷却機構は、前記第１セパレータ及び第２セパレータの少なくとも一方に、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記隙間に重なるように形成された冷却流体流路により構成される、
請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
前記隙間冷却機構は、前記隙間の熱を前記高分子電解質形燃料電池を通って当該高分子電解質形燃料電池の外部に導き出して放熱する放熱機構により構成される、
請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
前記放熱機構は、
前記隙間に設けられ当該隙間の熱を受け取る冷却板と、前記冷却板から前記第１セパレータ又は第２セパレータを通って前記高分子電解質形燃料電池の外部まで延びるように形成され、当該冷却板の熱を伝導する熱伝導部材と、前記熱伝導部材に接続されて前記高分子電解質形燃料電池の外部に設けられ、前記熱伝導部材から伝達される熱を放熱する放熱フィンと、を備える、
請求項４に記載の高分子電解質形燃料電池。
前記放熱機構は、
前記隙間に設けられ当該隙間の熱を受け取る冷却板と、前記冷却板から前記シール構造の第２ガスケット部を通って前記高分子電解質形燃料電池の外部まで延びるように形成され、当該冷却板の熱を伝導する熱伝導部材と、前記熱伝導部材に接続されて前記高分子電解質形燃料電池の外部に設けられ、前記熱伝導部材から伝達される熱を放熱する放熱フィンと、を備える、
請求項４に記載の高分子電解質形燃料電池。
前記隙間冷却機構は、前記第１セパレータ及び第２セパレータの少なくとも一方に形成された冷却流体流路と前記隙間とを連通する連通路により構成される、
請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
前記第１触媒層及び第２触媒層は、前記高分子電解質膜の４辺又は互いに対向する２辺の周縁部を覆うように延びている、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の高分子電解質形燃料電池。
前記シール構造は、環状で略矩形状であり、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記第１ガス拡散層の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記高分子電解質膜の周縁部又は前記高分子電解質膜の周縁部にある第１触媒層と前記第１セパレータとの間に位置する前記第１ガスケット部としての第１ガスケットと、環状で略矩形状であり、前記厚み方向から見て前記高分子電解質膜の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間に位置する前記第２ガスケット部としての第２ガスケットと、を備え、
前記隙間は、少なくとも、前記第１触媒層と、前記第２触媒層と、前記高分子電解質膜と、前記第１ガスケットと、前記第１セパレータと、前記第２ガスケットと、前記第２セパレータと、により規定されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
前記シール構造は、さらに、環状で略矩形状であり、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記第２ガス拡散層の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記高分子電解質膜の周縁部又は前記高分子電解質膜の周縁部に位置する第２触媒層と前記第２セパレータとの間に位置する前記第３ガスケット部としての第３ガスケットを備えて構成され、
前記隙間は、前記第１触媒層と、前記第２触媒層と、前記高分子電解質膜と、前記第１ガスケットと、前記第１セパレータと、前記第２ガスケットと、前記第２セパレータと、前記第３ガスケットと、により規定されている、
請求項９に記載の高分子電解質形燃料電池。
前記シール構造は、環状で略矩形状であり、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記第１ガス拡散層の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記高分子電解質膜の周縁部又は前記高分子電解質膜の周縁部にある第１触媒層と前記第１セパレータとの間に位置する前記第１ガスケット部と、環状で略矩形状であり、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記高分子電解質膜の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間に位置する前記第２ガスケット部と、前記第１ガスケット部と前記第２ガスケット部とを接続する第１接続部と、を含む１つの枠状ガスケットにより構成され、
前記隙間は、少なくとも、前記第１触媒層と、前記第２触媒層と、前記高分子電解質膜と、前記枠状ガスケットと、により規定されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
前記枠状ガスケットは、さらに、環状で略矩形状であり、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て前記第２ガス拡散層の周縁の外側に位置し、かつ、前記垂直な方向から見て前記高分子電解質膜の周縁部又は前記高分子電解質膜の周縁部に位置する第２触媒層と前記第２セパレータとの間に位置する前記第３ガスケット部と前記第３ガスケット部と前記第２ガスケット部とを接続する第２接続部と、を含み、
前記隙間は、前記第１触媒層と、前記第２触媒層と、前記高分子電解質膜と、前記枠状ガスケットと、により規定されている、請求項１０に記載の高分子電解質形燃料電池。