JP2013145655A

JP2013145655A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2013145655A
Application number: JP2012004916A
Authority: JP
Inventors: Naoki Mitsuda; 直樹満田; Hiroshi Soma; 浩相馬; Masaru Oda; 優小田; Yuichi Katahira; 友一片平
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-07-25
Anticipated expiration: 2032-01-13
Also published as: JP5829531B2

Abstract

【課題】固体高分子電解質膜とガス拡散層との接着強度を向上させることができ、前記固体高分子電解質膜の剥がれによる損傷を可及的に阻止して良好な発電性能を確保することを可能にする。
【解決手段】燃料電池１０を構成する電解質膜・電極構造体１２は、固体高分子電解質膜１８の一方の面１８ａにカソード電極２０が配設され、他方の面１８ｂにアノード電極２２が配設される。カソード電極２０は、第１触媒層２０ａ及び第１ガス拡散層２０ｃを設ける一方、アノード電極２２は、第２触媒層２２ａ及び第２ガス拡散層２２ｃを設ける。第１ガス拡散層２０ｃの平面寸法は、第２ガス拡散層２２ｃの平面寸法よりも大きな寸法に設定され、前記第１ガス拡散層２０ｃには、繊維状カーボンを含む多孔質層２４が設けられるとともに、前記多孔質層２４には、接着剤２６が塗布される。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体高分子電解質膜の一方の面に、第１触媒層及び第１ガス拡散層を有する第１電極が配設され、且つ前記固体高分子電解質膜の他方の面に、第２触媒層及び第２ガス拡散層を有する第２電極が配設される電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池に関する。

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ触媒層（電極触媒）とガス拡散層（多孔質カーボン）とからなるアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。通常、この燃料電池を所定数だけ積層した燃料電池スタックが、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車に使用されている。

この種の電解質膜・電極構造体では、一方のガス拡散層が固体高分子電解質膜よりも小さな表面積に設定されるとともに、他方のガス拡散層が前記固体高分子電解質膜と同一の表面積に設定される、所謂、段差型ＭＥＡを構成する場合がある。

例えば、特許文献１に開示されている膜・電極構造体が知られている。この膜・電極構造体は、図８に示すように、固体高分子電解質膜１と、前記固体高分子電解質膜１を挟んで配設されるアノード側ガス拡散電極層２及びカソード側ガス拡散電極層３とを有している。アノード側ガス拡散電極層２及びカソード側ガス拡散電極層３には、それぞれ触媒層２ａ、３ａとガス拡散層２ｂ、３ｂとが形成されており、前記触媒層２ａ、３ａは、固体高分子電解質膜１の両面にそれぞれ当接している。

カソード側ガス拡散電極層３の触媒層３ａは、アノード側ガス拡散電極層２の触媒層２ａに対して平面寸法が小さく形成される一方、ガス拡散層３ｂは、ガス拡散層２ｂに対して平面寸法が大きく形成されている。そして、触媒層３ａの外周側には、接着層４が形成されるとともに、前記接着層４により固体高分子電解質膜１の周縁部が覆われている。

特開２００３−６８３２３号公報

ところで、上記の特許文献１では、アノード側ガス拡散電極層２の触媒層２ａ及びガス拡散層２ｂは、固体高分子電解質膜１よりも小さな平面寸法に構成されている。このため、固体高分子電解質膜１の外周縁部には、片面にのみガス拡散層３ｂが存在しており、接着強度が不足して前記固体高分子電解質膜１が前記ガス拡散層３ｂから剥がれるおそれがある。これにより、固体高分子電解質膜１に皺が発生することがあり、前記固体高分子電解質膜１に損傷が惹起されるという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、固体高分子電解質膜とガス拡散層との接着強度を向上させることができ、前記固体高分子電解質膜の剥がれによる損傷を可及的に阻止して良好な発電性能を確保することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。

本発明は、固体高分子電解質膜の一方の面に、第１触媒層及び第１ガス拡散層を有する第１電極が配設され、且つ前記固体高分子電解質膜の他方の面に、第２触媒層及び第２ガス拡散層を有する第２電極が配設される電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層されるとともに、前記第１ガス拡散層の平面寸法は、前記第２ガス拡散層の平面寸法よりも大きな寸法に設定される燃料電池に関するものである。

この燃料電池では、第１ガス拡散層の固体高分子電解質膜に向かう面には、第１触媒層の外周を周回して繊維状カーボンを含む多孔質層が設けられるとともに、前記多孔質層には、接着剤が塗布されて前記多孔質層が前記固体高分子電解質膜に接着されている。

本発明によれば、第１ガス拡散層と固体高分子電解質膜との間に、第１触媒層の外周を周回して繊維状カーボンを含む多孔質層が設けられるとともに、前記多孔質層には、接着剤が塗布されており、前記第１ガス拡散層と前記固体高分子電解質膜とが、前記接着剤によって接着されている。このため、接着剤は、第１ガス拡散層の内部に拡散することが抑制されるとともに、接合時に荷重が付与される際、多孔質層が潰れて前記接着剤が前記多孔質の内部に均等に浸透することができる。

従って、第１ガス拡散層と固体高分子電解質膜とを良好且つ強固に接着させることが可能になり、接着剤の塗り斑や接着強度不足が惹起されることがなく、前記固体高分子電解質膜の剥がれを可及的に抑制することができる。これにより、固体高分子電解質膜の剥がれによる損傷を可及的に阻止し、良好な発電性能を確保することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。前記燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の一部断面説明図である。前記電解質膜・電極構造体のカソード電極側の正面図である。比較例としての電解質膜・電極構造体の一部断面説明図である。本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。前記燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の一部断面説明図である。特許文献１に開示されている膜・電極構造体の説明図である。

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２と、前記電解質膜・電極構造体１２を挟持する第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６とを備える。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成されている。

電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜１８と、前記固体高分子電解質膜１８を挟持するカソード電極（第１電極）２０及びアノード電極（第２電極）２２とを備える。カソード電極２０は、アノード電極２２よりも大きな表面積を有するとともに、固体高分子電解質膜１８と同一の表面積を有する。

固体高分子電解質膜１８は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用される。固体高分子電解質膜１８は、例えば、主鎖がポリフェニレン構造であり、スルホン酸基を有する側鎖を有する構造でもよい。

図２及び図３に示すように、カソード電極２０は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を固体高分子電解質膜１８の一方の面１８ａに一様に塗布して形成される第１触媒層（電極触媒層）２０ａを有し、前記第１触媒層２０ａには、第１中間層（下地層）２０ｂを介してカーボンペーパ等からなる第１ガス拡散層２０ｃが設けられる。なお、第１触媒層２０ａ及び第１中間層２０ｂは、それぞれ複数の層から構成してもよい。また、後述するアノード電極２２も同様である。

第１触媒層２０ａ及び第１中間層２０ｂは、第１ガス拡散層２０ｃよりも小さな表面寸法に設定される一方、第１ガス拡散層２０ｃは、固体高分子電解質膜１８と同一の表面寸法に設定される。なお、第１ガス拡散層２０ｃの外周端部と、固体高分子電解質膜１８の外周端部との位置は、相対的に多少のずれが発生していてもよい。

第１中間層２０ｂは、電子伝導性物質と撥水性樹脂とを含んでいる。電子伝導性物質としては、繊維状カーボン（酸素ウィスカー又はカーボンナノチューブが好ましい）が使用されるとともに、撥水性樹脂としては、結晶性フッ素樹脂、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、非晶質フッ素樹脂及びシリコーン樹脂等の少なくとも１種を含有している。

第１ガス拡散層２０ｃの固体高分子電解質膜１８に向かう面には、第１触媒層２０ａ及び第１中間層２０ｂの外周を周回して多孔質層２４が設けられるとともに、前記多孔質層２４には、接着剤２６が塗布されており、前記多孔質層２４は、前記固体高分子電解質膜１８の面１８ａに接着される。多孔質層２４は、繊維状カーボン（酸素ウィスカー又はカーボンナノチューブが好ましい）を含んでおり、好ましくは、第１中間層２０ｂと同一の成分又は類似の成分とし、前記第１中間層２０ｂを第１ガス拡散層２０ｃの全面まで延在させて構成することができる。接着剤２６は、フッ素系又はシリコン系接着剤が好ましい。

アノード電極２２は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を固体高分子電解質膜１８の他方の面１８ｂに一様に塗布して形成される第２触媒層（電極触媒層）２２ａを有し、前記第２触媒層２２ａには、第２中間層（下地層）２２ｂを介してカーボンペーパ等からなる第２ガス拡散層２２ｃが設けられる。第２触媒層２２ａ及び第２中間層２２ｂは、第２ガス拡散層２２ｃよりも小さな表面寸法に、且つ第１触媒層２０ａ及び第１中間層２０ｂよりも大きな表面寸法に設定される。第２中間層２２ｂは、第１中間層２０ｂと同様に構成される。

第２ガス拡散層２２ｃは、第１ガス拡散層２０ｃ及び固体高分子電解質膜１８よりも小さな表面寸法に設定されるが、同一の表面積であってもよい。固体高分子電解質膜１８の面１８ｂには、第２ガス拡散層２２ｃの外周端部から外方に突出する外周縁部１８ｂｅが設けられる。

第１ガス拡散層２０ｃの平面は、第２ガス拡散層２２ｃの平面よりも大きな寸法に、且つ固体高分子電解質膜１８の平面と同一の寸法に設定される。図４中、斜線で示すように、多孔質層２４は、突出部１２ａ、１２ｂを含んで第１ガス拡散層２０ｃの外周端部全体にわたって、すなわち、固体高分子電解質膜１８の外周端部全体にわたって、設けられる。なお、突出部１２ａ、１２ｂは、長方形状等の種々の形状を有してもよく、また、必ずしも設けなくてもよい。

第１ガス拡散層２０ｃの長手方向両端には、後述する酸化剤ガス用の入口バッファ部３７ａ及び出口バッファ部３７ｂに対面するバッファ部領域２８ａ、２８ｂが設けられる。バッファ部領域２８ａ、２８ｂは、実質的に第２ガス拡散層２２ｃが存在しない領域、すなわち、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅが外部に露呈する領域である（図３参照）。

図１に示すように、燃料電池１０の矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３２ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。

燃料電池１０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

第１セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路３６が設けられる。

酸化剤ガス流路３６の入口３６ａ側及び出口３６ｂ側には、それぞれ入口バッファ部３７ａ及び出口バッファ部３７ｂが連通する。入口バッファ部３７ａ及び出口バッファ部３７ｂは、酸化剤ガスを拡散させて前記酸化剤ガスの流れを円滑化且つ均一化させる機能を有しており、例えば、複数のエンボスにより構成される。電解質膜・電極構造体１２には、連結流路部として入口バッファ部３７ａの一部の領域を構成する突出部１２ａと、連結流路部として出口バッファ部３７ｂの一部の領域を構成する突出部１２ｂとが、必要に応じて設けられる。

第２セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路３８が形成される。第１セパレータ１４の面１４ｂと第２セパレータ１６の面１６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４０が形成される。

図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材４２が一体化されるとともに、第２セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材４４が一体化される。

図２に示すように、第２シール部材４４は、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅに当接する第１凸状シール４４ａと、第１セパレータ１４の第１シール部材４２に当接する第２凸状シール４４ｂとを有する。第１シール部材４２は、セパレータ面上に均一な薄肉状に構成される平面シールを構成する。なお、第２凸状シール４４ｂに代えて、第１シール部材４２に第２凸状シール（図示せず）を設けてもよい。

第１シール部材４２及び第２シール部材４４には、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。

図１に示すように、第２セパレータ１６には、燃料ガス入口連通孔３４ａを燃料ガス流路３８に連通する供給孔部４６と、前記燃料ガス流路３８を燃料ガス出口連通孔３４ｂに連通する排出孔部４８とが形成される。

次いで、電解質膜・電極構造体１２を製造する方法について、以下に説明する。

先ず、固体高分子電解質膜１８が略長方形状に作製された後、この固体高分子電解質膜１８の面１８ａ及び面１８ｂには、第１触媒層２０ａ及び第２触媒層２２ａが形成される。

具体的には、第１触媒層２０ａ及び第２触媒層２２ａは、例えば、それぞれ白金触媒とイオン伝導性ポリマー溶液とが混合された触媒ペーストを調整し、前記触媒ペーストをＰＴＦＥシート上に塗布することにより作製される。さらに、固体高分子電解質膜１８の両方の面１８ａ、１８ｂに、第１触媒層２０ａ及び第２触媒層２２ａの触媒層側が熱圧着された後、ＰＴＦＥシートが剥離されることにより転写される。

一方、第１ガス拡散層２０ｃ及び第２ガス拡散層２２ｃには、第１中間層２０ｂ及び第２中間層２２ｂが塗布されるとともに、前記第１ガス拡散層２０ｃには、前記第１中間層２０ｂと同一の成分からなる多孔質層２４が、第１触媒層２０ａ及び第１中間層２０ｂの外周を周回して前記第１ガス拡散層２０ｃの外周縁部に塗布される。塗工後に、乾燥処理することにより、第１ガス拡散層２０ｃ及び第２ガス拡散層２２ｃには、第１中間層２０ｂ及び第２中間層２２ｂが形成される。

そこで、多孔質層２４には、接着剤２６が塗布される。さらに、第１ガス拡散層２０ｃ及び第２ガス拡散層２２ｃは、固体高分子電解質膜１８に対して加圧及び加熱処理されることにより、一体化される。これにより、電解質膜・電極構造体１２が製造される。

このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第１セパレータ１４の酸化剤ガス流路３６に導入され、矢印Ｂ方向に移動して電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２０に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３４ａから供給孔部４６を通って第２セパレータ１６の燃料ガス流路３８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２２に供給される。

従って、各電解質膜・電極構造体１２では、カソード電極２０に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２２に供給される燃料ガスとが、第１触媒層２０ａ及び第２触媒層２２ａ内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。

次いで、カソード電極２０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極２２に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部４８を通り燃料ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間の冷却媒体流路４０に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。

この場合、第１の実施形態では、図３に示すように、第１ガス拡散層２０ｃの固体高分子電解質膜１８に向かう面には、第１触媒層２０ａの外周を周回して繊維状カーボンを含む多孔質層２４が設けられるとともに、前記多孔質層２４には、接着剤２６が塗布されており、前記多孔質層２４は、前記固体高分子電解質膜１８の面１８ａに接着されている。

このため、接着剤２６は、第１ガス拡散層２０ｃの内部に拡散することが抑制されるとともに、接合時に荷重が付与される際、多孔質層２４が潰れて前記接着剤２６が前記多孔質層２４の内部に均等に浸透することができる。

従って、第１ガス拡散層２０ｃと固体高分子電解質膜１８の外周縁部とを良好且つ強固に接着させることが可能になり、接着剤２６の塗り斑や接着強度不足が惹起されることがない。

特に、図４に示すように、第１ガス拡散層２０ｃの長手方向（矢印Ｂ方向）両端には、比較的広範囲に亘って第２ガス拡散層２２ｃが存在しない領域、すなわち、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅが外部に露呈するバッファ部領域２８ａ、２８ｂが設けられている。このバッファ部領域２８ａ、２８ｂは、剥離が顕著になり易い領域であるが、第１の実施形態では、前記バッファ部領域２８ａ、２８ｂに多孔質層２４が設けられている。このため、固体高分子電解質膜１８の剥がれを可及的に抑制することができる。

例えば、図５には、電解質膜・電極構造体１２の比較例としての電解質膜・電極構造体１２ｃｏｍ．が示されている。電解質膜・電極構造体１２ｃｏｍ．は、多孔質層２４を用いておらず、第１ガス拡散層２０ｃの外周縁部と固体高分子電解質膜１８の外周縁部とが、直接、接着剤２６により固着される。その他、電解質膜・電極構造体１２ｃｏｍ．は、電解質膜・電極構造体１２と同様に構成される。

そこで、電解質膜・電極構造体１２及び電解質膜・電極構造体１２ｃｏｍ．を用いて、固体高分子電解質膜１８の剥離強度を検出する実験を行った。その結果、電解質膜・電極構造体１２ｃｏｍ．では、８８×１０^―４（Ｎ．ｍ）の外力により固体高分子電解質膜１８が剥離した。

これに対して、第１の実施形態の電解質膜・電極構造体１２では、相当に大きな外力が作用しても、固体高分子電解質膜１８が剥離することがなく、第１ガス拡散層２０ｃが破壊された。

これにより、第１の実施形態では、固体高分子電解質膜１８の剥がれによる損傷を可及的に阻止することが可能になり、良好な発電性能を確保することができるという効果が得られる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池５０の要部分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

燃料電池５０は、電解質膜・電極構造体５２と、この電解質膜・電極構造体５２を挟持する第１セパレータ５４及び第２セパレータ５６とを備える。電解質膜・電極構造体５２は、後述する燃料ガス用入口バッファ部及び出口バッファ部に対応し、連結流路部としてバッファ部の一部の領域を構成する突出部５２ａ、５２ｂを、必要に応じて一体に有する。

電解質膜・電極構造体５２は、固体高分子電解質膜１８と、前記固体高分子電解質膜１８を挟持するアノード電極（第１電極）５８及びカソード電極（第２電極）６０とを備える。アノード電極５８は、カソード電極６０よりも大きな表面積を有するとともに、固体高分子電解質膜１８と同一の表面積を有する。アノード電極５８とカソード電極６０との大小関係は、第１の実施形態のアノード電極２２及びカソード電極２０とは逆である。

図７に示すように、アノード電極５８は、固体高分子電解質膜１８の一方の面１８ａに形成される第１触媒層（電極触媒層）５８ａを有し、前記第１触媒層５８ａには、第１中間層（下地層）５８ｂを介してカーボンペーパ等からなる第１ガス拡散層５８ｃが設けられる。第１触媒層５８ａ及び第１中間層５８ｂは、第１ガス拡散層５８ｃよりも小さな表面寸法に設定される一方、第１ガス拡散層５８ｃは、固体高分子電解質膜１８と同一の表面寸法に設定される。

第１ガス拡散層５８ｃの固体高分子電解質膜１８に向かう面には、第１触媒層５８ａ及び第１中間層５８ｂの外周を周回して多孔質層２４が設けられる。多孔質層２４には、接着剤２６が塗布されており、前記多孔質層２４は、固体高分子電解質膜１８の面１８ａに接着される。

カソード電極６０は、固体高分子電解質膜１８の他方の面１８ｂに形成される第２触媒層（電極触媒層）６０ａを有し、前記第２触媒層６０ａには、第２中間層（下地層）６０ｂを介してカーボンペーパ等からなる第２ガス拡散層６０ｃが設けられる。第２触媒層６０ａ及び第２中間層６０ｂは、第２ガス拡散層６０ｃよりも小さな表面寸法に、且つ第１触媒層５８ａ及び第１中間層５８ｂよりも大きな表面寸法に設定される。

第１中間層５８ｂ及び第２中間層６０ｂは、第１の実施形態において前述した第１中間層２０ｂと同様に構成される。

第１ガス拡散層５８ｃの平面は、第２ガス拡散層６０ｃの平面よりも大きな寸法に且つ固体高分子電解質膜１８の平面と同一の寸法に設定される。多孔質層２４は、突出部５２ａ、５２ｂを含んで第１ガス拡散層５８ｃの外周端部全体にわたって、すなわち、固体高分子電解質膜１８の外周端部全体にわたって、設けられる。

図６に示すように、第１セパレータ５４の電解質膜・電極構造体５２に向かう面５４ａには、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路３８が形成される。

燃料ガス流路３８の入口３８ａ側及び出口３８ｂ側には、それぞれ入口バッファ部３９ａ及び出口バッファ部３９ｂが連通する。入口バッファ部３９ａ及び出口バッファ部３９ｂは、燃料ガスを拡散させて前記燃料ガスの流れを円滑化且つ均一化させる機能を有しており、例えば、複数のエンボスにより構成される。電解質膜・電極構造体５２には、連結流路部として入口バッファ部３９ａの一部の領域を構成する突出部５２ａと、連結流路部として出口バッファ部３９ｂの一部の領域を構成する突出部５２ｂとが設けられる。

第２セパレータ５６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面５６ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路３６が設けられる。第１セパレータ５４の面５４ｂと第２セパレータ５６の面５６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４０が形成される。

このように構成される第２の実施形態では、図７に示すように、第１ガス拡散層５８ｃの固体高分子電解質膜１８に向かう面には、第１触媒層５８ａの外周を周回して繊維状カーボンを含む多孔質層２４が設けられるとともに、前記多孔質層２４には、接着剤２６が塗布されており、前記多孔質層２４は、前記固体高分子電解質膜１８の面１８ａに接着されている。

このため、第１ガス拡散層５８ｃと固体高分子電解質膜１８とを良好且つ強固に接着させることが可能になる。これにより、固体高分子電解質膜１８の剥がれを可及的に阻止し、良好な発電性能を確保することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

１０、５０…燃料電池１２、５２…電解質膜・電極構造体
１２ａ、１２ｂ、５２ａ、５２ｂ…突出部
１４、１６、５４、５６…セパレータ１８…固体高分子電解質膜
２０、６０…カソード電極
２０ａ、２２ａ、５８ａ、６０ａ…触媒層
２０ｂ、２２ｂ、５８ｂ、６０ｂ…中間層
２０ｃ、２２ｃ、５８ｃ、６０ｃ…ガス拡散層
２２、５８…アノード電極２４…多孔質層
２６…接着剤２８ａ、２８ｂ…バッファ部領域
３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３２ａ…冷却媒体入口連通孔３２ｂ…冷却媒体出口連通孔
３４ａ…燃料ガス入口連通孔３４ｂ…燃料ガス出口連通孔
３６…酸化剤ガス流路３７ａ、３９ａ…入口バッファ部
３７ｂ、３９ｂ…出口バッファ部３８…燃料ガス流路
４０…冷却媒体流路

Claims

固体高分子電解質膜の一方の面に、第１触媒層及び第１ガス拡散層を有する第１電極が配設され、且つ前記固体高分子電解質膜の他方の面に、第２触媒層及び第２ガス拡散層を有する第２電極が配設される電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層されるとともに、前記第１ガス拡散層の平面寸法は、前記第２ガス拡散層の平面寸法よりも大きな寸法に設定される燃料電池であって、
前記第１ガス拡散層の前記固体高分子電解質膜に向かう面には、前記第１触媒層の外周を周回して繊維状カーボンを含む多孔質層が設けられるとともに、
前記多孔質層には、接着剤が塗布されて前記多孔質層が前記固体高分子電解質膜に接着されることを特徴とする燃料電池。