JP2014203560A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】膜電極接合体の外周部で発生する電解質膜の膜痩せを抑制する。【解決手段】発明の燃料電池は、電解質膜の一方の面にアノードが形成され、他方の面にカソードが形成された膜電極接合体と、アノードの表面に配置されたアノード側ガス拡散層と、カソードの表面に配置されたカソード側ガス拡散層と、アノード側ガス拡散層およびカソード側ガス拡散層が配置された膜電極接合体を挟持する一対のセパレータと、アノード側ガス拡散層およびカソード側ガス拡散層が配置された膜電極接合体の周囲に形成されたシール部と、を備える。カソードの外周端は、カソード側ガス拡散層の外周端よりも内周側となるように形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池に関するものである。

燃料電池を構成する１つのセル（以下、「単位セル」とも呼ぶ）は、例えば、膜電極接合体をガス拡散層およびセパレータで挟持することによって構成される。膜電極接合体は、電解質膜の両面に触媒電極（アノードおよびカソード）が接合された発電モジュールである。なお、発電に供する反応ガスを流すためのガス流路は、セパレータのガス拡散層側の面に形成された溝流路や、ガス拡散層とセパレータとの間に配置された多孔体流路部材により構成される。

燃料電池に関し、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、アノード側ガス拡散層のセパレータ側の表面に、アノード流入側から下流に向かう有底の溝部を多列に有し、溝部に入り込んでいる水成分を下流側に持ち去ることにより、電解質膜の湿潤を図る構造が開示されている。

特開２０１２−６９２６０号公報

ところで、膜電極接合体およびガス拡散層の周囲には、アノード側とカソード側とをシールするためのシール部（シール材）が設けられる。このシール部は、燃料電池の単位セルの製造時において、例えば、膜電極接合体およびガス拡散層をセパレータで挟んで加圧する際に、膜電極接合体およびガス拡散層の周囲に、流動性を有する液状あるいはジェル状のシール材（以下、「流動性シール材」と呼ぶ）を抽入して、熱硬化することによって形成される場合がある。そして、このようなシール部を有する単位セルでは、膜電極接合体の外周部で、電解質膜に膜痩せと呼ばれる現象が発生し、膜痩せが進むとアノードとカソードとの間で反応ガスのクロスリークが増大し、発電性能が低下する、という課題があった。しかしながら、上記特許文献１には、膜電極接合体の外周部で発生する電解質膜の膜痩せに関して何らの記載も示唆もない。

また、膜電極接合体およびガス拡散層をセパレータで挟んで加圧する場合において、上記特許文献１の構造では、ガス拡散層の多列の溝部による凹凸を介してセパレータからの圧力が電極接合体に加わるため、電解質膜では凹凸に応じた膜変形が発生し、膜変形が進むと反応ガスのクロスリークに至る、という課題がある。しかしながら、上記特許文献１には、電解質膜の膜変形に関して何らの記載も示唆もない。

また、従来の燃料電池では、製造の容易化、低コスト化等が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、電解質膜の一方の面にアノードが形成され、他方の面にカソードが形成された膜電極接合体と；前記アノードの表面に配置されたアノード側ガス拡散層と；前記カソードの表面に配置されたカソード側ガス拡散層と；前記アノード側ガス拡散層および前記カソード側ガス拡散層が配置された前記膜電極接合体を挟持する一対のセパレータと；前記アノード側ガス拡散層および前記カソード側ガス拡散層が配置された前記膜電極接合体の周囲に形成されたシール部と；を備え、前記カソードの外周端は、前記カソード側ガス拡散層の外周端よりも内周側となるように形成されている。この形態の燃料電池によれば、カソード側ガス拡散層の拡散によるカソードガスの供給のみでは供給量が不足する可能性があるガス拡散層の外周部では、電解質膜上にカソードが形成されていないため、カソードによる電気化学反応が発生せず、電気化学反応に起因して発生する電解質膜の膜痩せを抑制することが可能となる。

（２）上記形態の燃料電池において、前記カソードの外周端よりも外側の前記電解質膜と前記カソード側ガス拡散層との間には、前記電解質膜が前記カソード側ガス拡散層に接触しないように保護するための保護部材が配置されていてもよい。この形態の燃料電池によれば、電解質膜を保護することが可能となる。例えば、カソード側ガス拡散層を構成する基材の毛羽による電解質膜の短絡を抑制し、また、保護部材によって電解質膜の膨潤収縮を規制することで電解質膜の変形を抑制し、カソードガスおよびアノードガスのクロスリークが発生することを抑制する可能となる。

（３）上記形態の燃料電池において、前記シール部は流動性を有する流動性シール材を硬化することによって形成されており、前記カソードの外周端は、前記シール部が形成される際に、前記カソード側ガス拡散層において、少なくとも、前記流動性シール材が外周側から内側へ向かって流入した領域に挟まれた領域であって前記流動性シール材が流入しなかった領域よりも内周側となるように形成されていてもよい。カソード側ガス拡散層の外周部のうち、流動性シール材を硬化することによってシール部が形成される際に、カソード側ガス拡散層において、流動性シール材が流入した領域に挟まれた領域であって流動性シール材が流入しなかった領域では、カソード側ガス拡散層の拡散によるカソードガスの供給のみでは供給量が不足する可能性がある。これに対して、この形態の燃料電池では、この領域の電解質膜上にはカソードが形成されていないので、カソードによる電気化学反応が発生することはなく、電解質膜の膜痩せを抑制することが可能となる。

（４）上記形態の燃料電池は、さらに、前記カソード側のセパレータと前記カソード側ガス拡散層との間に配置され、前記カソード側ガス拡散層の表面に沿って前記カソードガスを流すためのガス流路を形成する流路形成部と；前記シール部と前記流路形成部との間に配置され、前記シール部が形成される際に、前記流動性シール材の前記流路形成部への流入を防止するためのシーリングプレートと；を備え、前記カソードの外周端は、少なくとも、前記シーリングプレートよりも内周側となるように形成されていてもよい。カソード側ガス拡散層の外周部のうち、シーリングプレートに対応する領域では、カソード側ガス拡散層の拡散によるカソードガスの供給のみでは供給量が不足する可能性がある。これに対して、この形態の燃料電池おいては、この領域の電解質膜上にはカソードが形成されていないので、カソードによる電気化学反応が発生することはなく、電解質膜の膜痩せを抑制することが可能となる。

（５）上記形態の燃料電池は、さらに、前記カソード側のセパレータの前記カソード側ガス拡散層に接する面に形成され、前記カソード側ガス拡散層の表面に沿って前記カソードガスを流すための溝状のガス流路と；前記シール部と前記カソード側のセパレータとの間に配置され、前記シール部が形成される際に、前記流動性シール材の前記ガス流路への流入を防止するためのシーリングプレートと；を備え、前記カソードの外周端は、少なくとも、前記シーリングプレートよりも内周側となるように形成されていてもよい。カソード側ガス拡散層の外周部のうち、シーリングプレートに対応する領域では、カソード側ガス拡散層の拡散によるカソードガスの供給のみでは供給量が不足する可能性がある。これに対して、この形態の燃料電池においては、この領域の電解質膜上にはカソードが形成されていないので、カソードによる電気化学反応が発生することはなく、電解質膜の膜痩せを抑制することが可能となる。

（６）上記形態の燃料電池は、さらに、前記カソード側のセパレータに、前記カソードガスのガス流路よりも外周側に前記ガス流路から独立した空間領域を備えており、前記カソードの外周端は、少なくとも、前記空間領域よりも内周側となるように形成されていてもよい。カソード側ガス拡散層の外周部のうち、カソードガスのガス流路よりも外周側に備えられるガス流路から独立した空間領域に位置するカソード側ガス拡散層の領域では、カソード側ガス拡散層の拡散によるカソードガスの供給のみでは供給量が不足する可能性がある。これに対してこの形態の燃料電池においては、この領域の電解質膜上にはカソードが形成されていないので、カソードによる電気化学反応が発生することはなく、電解質膜の膜痩せを抑制することが可能となる。

（７）上記形態の燃料電池において、前記アノードの外周端は、前記カソードの外周端とともに、前記カソード側ガス拡散層の外周端より内周側となるように形成されていてもよい。この形態の燃料電池によれば、カソード側ガス拡散層の拡散によるカソードガスの供給のみでは供給量が不足する可能性があるガス拡散層の外周部において、電解質膜上にカソードおよびアノードが形成されていないため、カソードによる電気化学反応だけでなく、アノードによる電気化学反応も発生することはなく、電解質膜の膜痩せをより効果的に抑制することが可能となる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池を複数積層した燃料電池やガス拡散層が配置された膜電極接合体等の形態で実現することができる。

本発明の第１実施形態としての燃料電池の単位セルの構成を概略的に示す斜視図である。 単位セルの断面を概略的に示す断面図である。 単位セルのカソード側ガス拡散層およびカソードをカソード側セパレータの側から見た平面図である。 図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面におけるカソードの外周端とカソード側ガス拡散層の外周端との関係について示す説明図である。 図２（ｃ）のＣ−Ｃ断面におけるカソードの外周端とカソード側ガス拡散層の外周端との関係について示す説明図である。 カソード側のガス流路を溝状のガス流路とした場合の変形例を示す説明図である。 本発明の第２実施形態としての単位セルのカソード側ガス拡散層とカソードと保護フィルムとをカソード側セパレータの側から見た平面図である。 図７のＢ−Ｂ断面におけるカソードとカソード側ガス拡散層と保護フィルムとの関係について示す説明図である。 スリットが形成された保護フィルムを用いた例を示す説明図である。 本発明の第３実施形態としての単位セルの構成を概略的に示す斜視図である。 図１０のＡ−Ａ断面を概略的に示す断面図である。 図１０のＢ−Ｂ断面を概略的に示す断面図である。 単位セルのカソード側ガス拡散層とカソードと保護フィルム７０とをカソード側セパレータの側から見た平面図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．燃料電池の概略構成：
図１は、本発明の第１実施形態としての燃料電池の単位セル１００の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、単位セル１００の断面を概略的に示す断面図である。図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、図１の単位セル１００のＡ−Ａ断面，Ｂ−Ｂ断面，Ｃ−Ｃ断面を示している。なお、通常は、この単位セル１００を複数積層することによって、スタック構造の燃料電池が構成される。

単位セル１００は、図２（ａ）に示すように、膜電極接合体１０（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ，ＭＥＡ）を備える。膜電極接合体１０は、電解質膜１１の両面にアノード１２ａおよびカソード１２ｃが形成された発電体モジュールである。また、単位セル１００は、図２（ａ）に示すように、膜電極接合体１０を両側から挟持するように、アノード側の面にガス拡散層（以下、「アノード側ガス拡散層」とも呼ぶ）２０ａおよびセパレータ（以下、「アノード側セパレータ」とも呼ぶ）４０ａを備えるとともに、カソード側の面にガス拡散層（以下、「カソード側ガス拡散層」とも呼ぶ）２０ｃ、流路形成部３０ｃ、およびセパレータ（以下、「カソード側セパレータ」とも呼ぶ）４０ｃを備える。また、単位セル１００は、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、一対のセパレータ４０ａ，４０ｃの間に、膜電極接合体１０とガス拡散層２０ａ，２０ｃと流路形成部３０ｃの周囲を覆うシール部５０を備える。

図１（ａ）の単位セル１００の概略斜視図は、下側に位置するアノード側セパレータ４０ａのガス拡散層２０ａ側の面の概略を主に示すために、上側に位置するカソード側セパレータ４０ｃを破線で示している。また、一対のセパレータ４０ａ，４０ｃで挟持された他の要素（膜電極接合体１０、ガス拡散層２０ａ，２０ｃ、流路形成部３０ｃ、シール部５０）を省略して示している。

電解質膜１１は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂あるいは炭化水素系樹脂等により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。アノード１２ａおよびカソード１２ｃは、触媒（例えば白金、あるいは白金合金）を備えており、これらの触媒を、導電性を有する担体（例えば、カーボン粒子）上に担持させることによって形成されている。アノード１２ａの大きさは、本実施形態では、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、電解質膜１１とほぼ同じ大きさのものとした。また、カソード１２ｃの大きさは、本実施形態では、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、アノード１２ａの大きさよりも小さく、カソード側ガス拡散層２０ｃよりも小さいものとした。

アノード側ガス拡散層２０ａはアノード１２ａの表面に配置されており、カソード側ガス拡散層２０ｃはカソード１２ｃの表面に配置されている。ガス拡散層２０ａ，２０ｃを形成する部材としては、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等が用いられる。アノード側ガス拡散層２０ａの大きさは、本実施形態では、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、膜電極接合体１０のアノード１２ａの大きさとほぼ同じ大きさのものとした。また、カソード側ガス拡散層２０ｃの大きさは、本実施形態では、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、膜電極接合体１０の電解質膜１１よりも小さくカソード１２ｃの大きさよりも大きいものとした。

なお、カソード１２ｃの大きさとカソード側ガス拡散層２０ｃの大きさとの関係については、後述する。

流路形成部３０ｃは、上記したように、カソード側ガス拡散層２０ｃの表面に積層される。流路形成部３０ｃは、多孔体からなり、カソード側ガス拡散層２０ｃの表面に沿って酸化剤ガス（「カソードガス」とも呼ぶ）としての空気を流すためのガス流路を形成する。流路形成部３０ｃを形成する部材としては、導電性を有する多孔体、例えばエキスパンドメタルや発泡金属焼結体等が利用される。

カソード側セパレータ４０ｃは、流路形成部３０ｃの表面に積層されており、平面形状を有している（図２参照）。また、アノード側セパレータ４０ａは、アノード側ガス拡散層２０ａの表面に積層されている（図２参照）。また、アノード側セパレータ４０ａは、アノード側ガス拡散層２０ａの側に、その表面に沿って燃料ガス（「アノードガス」とも呼ぶ）としての水素を流すためのガス流路４２ｍと、ガス流路４２ｍへ外部からアノードガスを導入するためのガス導入流路４２ｉおよびガス流路４２ｍから外部へ排ガス（「アノードオフガス」とも呼ぶ）を排出するためのガス排出流路４２ｏ（不図示）と、を構成する凹凸形状を有している。ガス流路４２ｍは、複数の溝状流路４２ｍｐに区分されている。ガス導入流路４２ｉおよびガス排出流路４２ｏも同様に複数の溝状流路に区分されている。なお、ガス流路を構成する凹凸形状は、隣接する単位セル１００のカソード側セパレータ４０ｃとの間で、その表面に沿って冷却水を流すための冷却水路（不図示）も構成する。流路の構造としては、サーペンタイン型やストレート型等の種々の構造が適用される。セパレータ４０ａ，４０ｃを形成する部材としては、ガス不透過で導電性を有する部材、例えば、ステンレス鋼などの金属や、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密性カーボンや、焼成カーボン等を利用してプレス成型することにより形成される。

図１に示したように、セパレータ４０ａ，４０ｃは、矩形の外形形状を有している。そして、セパレータ４０ａ，４０ｃには、セパレータ４０ａ，４０ｃの厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成されている。すなわち、アノード側セパレータ４０ａには、単位セル１００の外部から供給されたカソードガス（空気）を流路形成部３０ｃに導入するための複数のカソードガス導入用貫通孔４４ａｉが、一方の長辺（図の左下辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０ａには、流路形成部３０ｃから排出されたカソードオフガスを単位セル１００の外部に排出するための複数のカソードオフガス排出用貫通孔４４ａｏが、他方の長辺（図の右上辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０ａには、単位セル１００の外部から供給されたアノードガス（水素）をガス流路４２ｍにガス導入流路４２ｉを介して導入するためのアノードガス導入用貫通孔４６ａｉと、単位セル１００の外部から供給された冷却水を冷却水流路に導入するための複数の冷却水導入用貫通孔４８ａｉとが、一方の短辺（図の右下辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０ａには、ガス流路４２ｍから排出されたアノードオフガスを単位セル１００の外部にガス排出流路４２ｏを介して排出するためのアノードオフガス排出用貫通孔４６ａｏと、冷却水流路から排出された冷却水を単位セル１００の外部に排出するための複数の冷却水排出用貫通孔４８ａｏとが、他方の短辺（図の左上辺）に沿って形成されている。

同様に、カソード側セパレータ４０ｃには、単位セル１００の外部から供給されたカソードガス（空気）を流路形成部３０ｃに導入するための複数のカソードガス導入用貫通孔４４ｃｉが、一方の長辺（図の左下辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０ｃには、流路形成部３０ｃから排出されたカソードオフガスを単位セル１００の外部に排出するための複数のカソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏが、他方の長辺（図の右上辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０ｃには、単位セル１００の外部から供給されたアノードガス（水素）をガス流路４２ｍにガス導入流路４２ｉを介して導入するためのアノードガス導入用貫通孔４６ｃｉと、単位セル１００の外部から供給された冷却水を冷却水流路に導入するための複数の冷却水導入用貫通孔４８ｃｉとが、一方の短辺（図の右下辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０ａには、ガス流路４２ｍから排出されたアノードオフガスを単位セル１００の外部にガス排出流路４２ｏを介して排出するためのアノードオフガス排出用貫通孔４６ｃｏと、冷却水流路から排出された冷却水を単位セル１００の外部に排出するための複数の冷却水排出用貫通孔４８ｃｏとが、他方の短辺（図の左上辺）に沿って形成されている。

なお、セパレータ４０ａ，４０ｃの外形形状は、実際には、単位セル１００を積層してスッタク構造の燃料電池を構成する際の締結部材のスペースや、燃料電池の設置筐体の形状等に応じて変形された外形形状を有しているが、発明の説明上特に関係がないので矩形形状とした。

シール部５０は、一対のセパレータ４０ａ，４０ｃの間において、ガス拡散層２０ａ，２０ｃが積層配置された電解質膜１１および流路形成部３０ｃの外周部、および、各貫通孔の周囲に形成されている（図２（ｂ），（ｃ）参照）。このシール部５０は、流動性を有する流動性シール材（例えば、液状ゴム）を硬化することによって形成される。

流動性シール材としては、熱硬化前には常に流動性を有する熱硬化性のシール材や、加熱時に粘度が低下して流動性を発現する熱可塑性の半硬化状態のシール材が用いられる。このため、図２（ｂ）に示すように、アノードガス導入用貫通孔４６ａｉのガス流路４２ｍ側であって、シール部５０とアノード側セパレータ４０ａとの間には、ガス導入流路４２ｉへの流動性シール材の流入を防止するためのシーリングプレート６０ａが配置されている。同様に、アノードオフガス排出用貫通孔４６ａｏのガス流路４２ｍ側であって、シール部５０とアノード側セパレータ４０ａとの間にも、シーリングプレート６０ａが配置されている（不図示）。また、図２（ｃ）に示すように、カソードガス導入用貫通孔４４ｃｉの流路形成部３０ｃ側であって、シール部５０と流路形成部３０ｃとの間にも、流動性シール材の流路形成部３０ｃへの流入を防止するためのシーリングプレート６０ｃが配置されている。同様に、カソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏの流路形成部３０ｃ側であって、シール部５０と流路形成部３０ｃとの間にも、シーリングプレート６０ｃ（不図示）が配置されている。シーリングプレート６０ａ，６０ｃとしては、例えば、チタンプレートが用いられる。

なお、本実施形態では、流路形成部３０ｃの大きさは、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、長辺の長さがカソード側ガス拡散層２０ｃの長辺の長さよりも短く、短辺の長さがセパレータ４０ｃにおけるカソードガス導入用貫通孔４４ｉとカソードオフガス排出用貫通孔４４ｏとの間隔よりも長いものとした。

流路形成部３０ｃは、図２（ｃ）に示すように、セパレータ４０ｃの厚さ方向から見たときに、セパレータ４０ｃにおける長辺に沿った幅方向全体にわたって、カソードガス導入用貫通孔４４ｃｉ内、および、カソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏ内に張り出すように形成されている。また、シーリングプレート６０ｃも、セパレータ４０ｃの厚さ方向から見たときに、セパレータ４０ｃにおける長辺に沿った幅方向全体にわたって、カソードガス導入用貫通孔４４ｃｉ内、および、カソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏ内に張り出すように形成されている。さらに、シーリングプレート６０ｃは、セパレータ４０ｃの厚さ方向から見たときに、セパレータ４０ｃにおける長辺に沿った幅方向全体にわたって、流路形成部３０ｃよりも、カソードガス導入用貫通孔４４ｃｉ内、および、カソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏ内に張り出すように形成されている。

Ａ２．単位セルの構造上の特徴：
図３は、単位セル１００のカソード側ガス拡散層２０ｃおよびカソード１２ｃをカソード側セパレータ４０ｃの側から見た平面図である。ただし、図３では、流路形成部３０ｃを省略するとともに、カソード側セパレータ４０ｃを破線で示し、カソード側ガス拡散層２０ｃを一点鎖線枠で示している。単位セル１００は、カソード１２ｃの外周端がカソード側ガス拡散層２０ｃの外周端よりも内周側となるように形成された構造に特徴を有している。以下では、図４および図５を用いてこの構造ついて詳述する。

図４は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面におけるカソード１２ｃの外周端とカソード側ガス拡散層２０ｃの外周端との関係について示す説明図である。図４（ａ）は本実施形態を示しており、図４（ｂ）は比較形態としてカソード１２ｃの外周端がカソード側ガス拡散層２０ｃの外周端よりも外周側とした構造を示している。また、図４（ａ），（ｂ）において、それぞれ上段は断面図を示し、下段は上段の断面領域を含む平面図をカソード側セパレータ４０ｃおよび流路形成部３０ｃを省略するとともに、カソード側ガス拡散層２０ｃを破線枠で示している。

まず、比較形態について説明する。上記したように、シール部５０が流動性シール材を硬化することにより形成される場合、その形成過程において、流動性シール材は、膜電極接合体１０、ガス拡散層２０ａ，２０ｃおよび流路形成部３０ｃに流入する。この結果、発電モジュールである膜電極接合体１０の発電が不可となる無効領域が形成される。また、流動性シール材の流入は一様ではなく、流動性シール材が流入した部分（以下、「シール材流入部分」とも呼ぶ）と流動性シール材が流入しなかった部分（以下、「シール材非流入部分」とも呼ぶ）とが存在する混在領域が形成される。従って、単位セル１００には、十分な発電が可能な有効領域の外側の外周領域に、内側から外側へ向かって順に混在領域および無効領域が形成される。

アノード側では、シール材非流入部分のガス拡散層２０ａに対して、ガス導入流路４２ｉを介してガス流路４２ｍの溝状流路４２ｍｐに供給されたアノードガスとしての水素（Ｈ₂）が供給され、対応するアノード１２ａに水素が十分に供給される。

これに対してカソード側では、以下の問題が発生する。ガス拡散層２０ｃには、通常、カソードガスとしての空気（Ａｉｒ）が図中矢印の方向に沿って流れる。このとき、ガス拡散層２０ｃのシール材流入部分に挟まれたシール材非流入部分は、空気が滞留するとともに空気の流入が不足する領域（いわゆるエア溜まり、「エア供給不足領域」とも呼ぶ）となる。この結果、シール材非流入部分に対応するカソード１２ｃでは、供給される空気が不足するとともに、アノード１２ａから電解質膜１１を介する透過水素の流入により酸素分圧、具体的には、酸素濃度が低下する。この結果、過酸化水素の発生増加を招き、これにより発生するＯＨラジカルによって電解質膜１１を構成する樹脂の破壊を招いて、電解質膜１１の劣化（いわゆる膜痩せ）が発生する。

本実施形態では、図３に示すように、カソード１２ｃの外周端がカソード側ガス拡散層２０ｃの外周端よりも内周側となるように形成されている。具体的には、図４（ａ）に示すように、カソード１２ｃの外周端が、シール材流入部分に挟まれたシール材流入領域が存在する混在領域（エア供給不足領域、図４（ｂ）参照）よりも内周側となるように形成されている。この結果、シール材非流入部分には、カソード１２ｃが形成されていないので、この部分における電気化学反応は発生せず、上記した過酸化水素の増加による膜痩せを抑制することが可能となる。

図５は、図２（ｃ）のＣ−Ｃ断面におけるカソード１２ｃの外周端とカソード側ガス拡散層２０ｃの外周端との関係について示す説明図である。図５（ａ）は本実施形態を示しており、図５（ｂ）は比較形態としてカソード１２ｃの外周端がカソード側ガス拡散層２０ｃの外周端よりも外周側とした構造を示している。

まず、比較形態について説明する。図２（ｃ）の説明においてもふれたように、カソードガス導入用貫通孔４４ｃｉの流路形成部３０ｃ側であって、シール部５０と流路形成部３０ｃとの間には、流動性シール材の流路形成部３０ｃへの流入を防止するためのシーリングプレート６０ｃが配置されている。従って、シーリングプレート６０ｃの下側にあるカソード側ガス拡散層２０ｃの領域は、流路形成部３０ｃから直接的に空気が供給されないため、空気が流入し難く酸素分圧が低下し、エア供給不足領域となる。この結果、図４のエア溜まりと同様に、過酸化水素の発生増加を招き、電解質膜１１の膜痩せが発生する。

本実施形態では、図３に示すように、カソード１２ｃの外周端がカソード側ガス拡散層２０ｃの外周端よりも内周側となるように形成されている。具体的には、図５（ａ）に示すように、カソード１２ｃの外周端が、シーリングプレート６０ｃよりも内周側となるように形成されている。この結果、シーリングプレート６０ｃ下のエア供給不足領域では、電気化学反応は発生せず、上記した過酸化水素の増加による膜痩せを抑制することが可能となる。なお、以上説明したシーリングプレート６０ｃ下のエア供給不足領域には、図４で説明したエア溜りによるエア供給不足領域も含まれる場合があり、この領域もカソード１２ｃが形成されないので、同様に、膜痩せを抑制することが可能である。

以上のように、図４では、アノードガス導入用貫通孔４６ａｉにつながるアノードガスのガス導入流路４２ｉに配置されたシーリングプレート６０ａの領域の断面を例に説明した。図示は省略するが、アノードオフガス排出用貫通孔４６ａｏにつながるガス排出流路４２ｏに配置されたシーリングプレート６０ａの領域においても同様である。また、図５では、カソードガス導入用貫通孔４４ｃｉ側における流路形成部３０ｃとカソード側ガス拡散層２０ｃとの間にシーリングプレート６０ｃが配置された部分の断面を例に説明した。図示は省略するが、カソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏ側における流路形成部３０ｃとカソード側ガス拡散層２０ｃとの間にシーリングプレート６０ｃが配置された部分においても同様である。また、図示は省略するが、アノード側に配置されたシーリングプレート６０ａの部分以外の短辺方向の他の部分およびカソード側に配置されたシーリングプレート６０ｃの部分以外の長辺方向の他の部分においても同様に、カソード１２ｃの外周端がカソード側ガス拡散層２０ｃの外周端よりも内周側であって、エア供給不足領域よりも内周側となるように形成されることにより、同様に、膜痩せを抑制することが可能である。

なお、カソード１２ｃの外周端よりも外周のカソード側ガス拡散層２０ｃは電解質膜１１に密着配置されることが好ましい。この密着力は、電解質膜１１の乾湿により生じる膨潤収縮の力よりも強力であることが好ましい。これにより、カソード側ガス拡散層２０ｃによって、電解質膜１１の乾湿による膨潤収縮を規制して電解質膜１１の変形を抑制することが可能である。

Ａ３．変形構成：
図６は、カソード側のガス流路を溝状のガス流路とした場合の変形例を示す説明図である。図６（ａ）は図４に対応する断面を示し、図６（ｂ）は図５に対応する断面を示している。上記実施形態では、カソード側のガス流路を流路形成部３０ｃで形成したが、アノード側と同様に、カソード側セパレータ４０ｃ’に複数の溝状流路４２ｃｍｐを有するガス流路４２ｃｍ、ガス導入流路４２ｃｉおよびガス排出流路４２ｃｏ（不図示）が形成された場合にも、同様に適用可能である。この場合も、図６（ａ）に示すように、カソード１２ｃの外周端が、シール材流入領域に挟まれたシール材非流入領域（エア供給不足領域、図４参照）よりも内周側となるように形成される。また、図６（ｂ）に示すように、カソード１２ｃの外周端が、ガス導入流路４２ｃｉおよびガス排出流路４２ｃｏ（不図示）に配置されたシーリングセパレータ６０ｃよりも内周側となるように形成される。

Ｂ．第２実施形態：
図７は、本発明の第２実施形態としての単位セル１００Ｂのカソード側ガス拡散層２０ｃとカソード１２ｃと保護フィルム７０とをカソード側セパレータ４０ｃの側から見た平面図である。第２実施形態の単位セル１００Ｂは、カソード１２ｃの外周端よりも外周側の電解質膜１１とカソード側ガス拡散層２０ｃとの間に、保護フィルム７０が配置されている点を除いて、第１実施形態の単位セル１００と同じである。なお、図７では、図３と同様に、流路形成部３０ｃを省略するとともに、カソード側セパレータ４０ｃを破線で示し、カソード側ガス拡散層２０ｃを一点鎖線枠で示している。また、図７では、保護フィルム７０を実線枠で示している。

図８は、図７のＢ−Ｂ断面におけるカソード１２ｃとカソード側ガス拡散層２０ｃと保護フィルム７０との関係について示す説明図である。なお、図８は、第１実施形態の単位セル１００の図４に対応する断面を示している。本実施形態の単位セル１００Ｂでは、図４（Ｂ）の比較形態においてカソード１２ｃが形成されていた領域に、保護フィルム７０が配置されている。保護フィルム７０の外周端は、カソード側ガス拡散層２０ｃの外周端よりも外側となっている。この構成により、カソード側ガス拡散層２０ｃを形成する基材の毛羽が電解質膜１１に突き刺さって短絡が発生し、カソードガスおよびアノードガスのクロスリークが発生することを抑制することが可能である。

ここで、保護フィルム７０は、その厚さがカソード１２ｃの厚さと同等であり、乾湿変化によって生じる電解質膜１１の膨潤収縮の力よりも強規制力で電解質膜に密着させることが好ましい。これにより電解質膜１１の膜変形を抑制することが可能である。また、カソード１２ｃの外周端と、保護フィルム７０の内周端との隙間ｄｓｐは、電解質膜１１の厚さに応じた幅に規制される。具体的には、隙間ｄｓｐが、下式で表される座屈幅Ｄよりも小さくなるように規制される。座屈幅Ｄは、電解質膜が膨潤収縮によって発生するタワミ等の変形の幅であり、平板におけるオイラー座屈に基づいて求められる。
Ｄ＝π・ｔ・｛１／［３・（１＋ν）・ε］｝^-1/2
なお、ｔは電解質膜の膜厚、νはポアソン比（＝０．４）、εは電解質膜の膨潤率である。

例えば、電解質膜の膜厚がｔ＝２１．５［μｍ］で、膨潤率がε＝（０．０４４＋０．０１０）／２とすると、座屈幅Ｄは約２００［μｍ］となるので、間隔ｄｓｐは２００［μｍ］よりも小さくなるように規制される。

なお、保護フィルムとして用いられるフィルム材は、多孔質フィルム等の水を通す材質が好ましい。水を通さないフィルム材を保護フィルムとして用いる場合には、フィルムに孔やスリットを設けることが好ましい。水を通すフィルム材あるいはフィルムにスリットや孔を設けたフィルム材が、特に、カソードガスおよびアノードガスの出入り口付近の電解質膜がむき出しになっている部位に保護フィルムとして配置されていれば、その部位を介してアノード側とカソード側との水分を効率良く交換して、単位セルの面内方向における電解質膜１１の水分のバランスを改善することが可能となる。もちろん水を通すフィルム材にスリットや孔を設けてもよい。なお、図９は、スリット７２が形成された保護フィルム７０ｓを用いた例を示す説明図である。

ここで、保護フィルムのスリットや孔は大きすぎると、かえって、スリットや孔において電解質膜の座屈が発生する。このため、スリットや孔の大きさが、上記した間隔ｄｓｐと同様に、最少座屈幅Ｄよりも小さくなるように規制することにより、スリットや孔による電解質膜の変形を抑制しつつ、水分バランスの改善を図ることが可能である。

Ｃ．第３実施形態：
図１０は、本発明の第３実施形態としての単位セル１００Ｃの構成を概略的に示す斜視図である。図１１は図１０のＡ−Ａ断面を概略的に示す断面図であり、図１２は図１０のＢ−Ｂ断面を概略的に示す断面図である。

単位セル１００Ｃは、図１１，１２に示すように、第１実施形態の単位セル１００（図１，２参照）および第２実施形態の単位セル１００Ｂ（図７，８参照）とは異なり、カソード側の流路形成部３０ｃを省略し、カソード側セパレータ４０Ｃｃおよびアノード側セパレータ４０Ｃａのどちらにも溝状のガス流路が形成された構造を有している。ただし、単位セル１００Ｃは、一対のセパレータ４０Ｃａ，４０Ｃｃによって、膜電極接合体１０およびガス拡散層２０ａ，２０ｃが挟持されている点は、第１実施形態の単位セル１００と同様である。また、単位セル１００Ｃは、一対のセパレータ４０Ｃａ，４０Ｃｃの間における膜電極接合体１０Ｃ、ガス拡散層２０ａ，２０ｃの外周部、および、一対のセパレータ４０Ｃａ，４０Ｃｃの間における各貫通孔の周囲にシール部５０が形成されている点も、第１実施形態の単位セル１００と同様である。さらにまた、単位セル１００Ｃは、カソード１２ｃの外周端よりも外周側の電解質膜１１とカソード側ガス拡散層２０ｃとの間に、保護フィルム７０が配置されている点は、第２実施形態の単位セル１００Ｂと同様である。

図１０は、図１とは反対に、カソード側セパレータ４０Ｃｃを下側とし、アノード側セパレータ４０Ｃａを上側とした斜視図を示している。また、図１０は、カソード側セパレータ４０Ｃｃのガス拡散層２０ｃ側の面のガス流路の概略を主に示すために、アノード側セパレータ４０Ｃａを破線で示すとともに、他の要素（膜電極接合体１０、ガス拡散層２０ａ，２０ｃ、保護フィルム７０、シール部５０）を省略して示している。

カソード側セパレータ４０Ｃｃは、カソード側ガス拡散層２０ｃの表面に積層されている（図１１，１２参照）。また、カソード側セパレータ４０Ｃｃは、カソード側ガス拡散層２０ｃの側に、その表面に沿って酸化剤ガス（カソードガス）としての空気を流すためのガス流路４２ｃｍと、ガス流路４２ｃｍへ外部からカソードガスを導入するためのガス導入流路４２ｃｉおよびガス流路４２ｃｍから外部へカソードオフガスを排出するためのガス排出流路４２ｃｏ（不図示）と、を構成する凹凸形状を有している。ガス流路４２ｃｍは、複数の溝状流路４２ｃｍｐに区分されている。ガス導入流路４２ｃｉおよびガス排出流路４２ｃｏについては、複数の溝状流路に区分されていても区分されていなくてもよい。

アノード側セパレータ４０Ｃａは、アノード側ガス拡散層２０ａの表面に積層されている（図１１，１２参照）。また、アノード側セパレータ４０Ｃａは、アノード側ガス拡散層２０ａの側に、その表面に沿って燃料ガス（アノードガス）としての水素を流すためのガス流路４２ａｍと、ガス流路４２ａｍへ外部からカソードガスを導入するためのガス導入流路４２ａｉ（不図示）およびガス流路４２ａｍから外部へアノードオフガスを排出するためのガス排出流路４２ａｏ（不図示）と、を構成する凹凸形状を有している。ガス流路４２ａｍも、カソード側のガス流路４２ｃｍと同様に、複数の溝状流路４２ａｍｐに区分されている。ガス導入流路４２ａｉおよびガス排出流路４２ａｏについても、カソード側のガス導入流路４２ｃｉおよびガス排出流路４２ｃｏと同様に、複数の溝状流路に区分されていても区分されていなくてもよい。

アノード側セパレータ４０Ｃａのガス流路が形成された面とは反対側の面およびカソード側セパレータ４０Ｃｃのガス流路が形成された面とは反対側の面には、隣接する単位セル１００Ｃが積層された際に、互いに組み合わさる位置に、それぞれ、冷却水を流すための溝状の冷却水流路４３ａ，４３ｃを構成する凹凸形状を有している。冷却水流路４３ａ，４３ｃは、それぞれ、複数の溝状流路４３ａｐ，４３ｃｐに区分されている。

なお、ガス流路および冷却水流路の構造としては、サーペンタイン型やストレート型等の種々の構造が適用される。セパレータ４０Ｃａ，４０Ｃｃは、ガス不透過で導電性を有する部材、例えば、ステンレス鋼などの金属や、カーボンを圧縮してガス不透過として緻密性カーボンや、焼成カーボン等が用いられて、成型や射出成形、切削成形等により形成される。

図１０に示したように、セパレータ４０Ｃａ，４０Ｃｃは、矩形の外形形状を有している。そして、カソード側セパレータ４０Ｃｃには、複数のカソードガス導入用貫通孔４４ｃｉと冷却水導入用貫通孔４８ｃｉとアノードオフガス排出用貫通孔４６ｃｏとが、一方の短辺（図の右下辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０Ｃｃには、冷却水排出用貫通孔４８ｃｏとアノードガス導入用貫通孔４６ｃｉとカソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏとが、他方の短辺（図の左上辺）に沿って形成されている。同様に、アノード側セパレータ４０Ｃａには、複数のカソードガス導入用貫通孔４４ａｉと冷却水導入用貫通孔４８ａｉとアノードオフガス排出用貫通孔４６ａｏとが、一方の短辺（図の右下辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０Ｃａには、冷却水排出用貫通孔４８ａｏとアノードガス導入用貫通孔４６ａｉとカソードオフガス排出用貫通孔４４ａｏとが、他方の短辺（図の左上辺）に沿って形成されている。

図１３は、単位セル１００Ｃのカソード側ガス拡散層２０ｃとカソード１２ｃと保護フィルム７０とをカソード側セパレータ４０Ｃｃの側から見た平面図である。なお、図１３は、図７と同様に、カソード側セパレータ４０ｃを破線で示し、カソード側ガス拡散層２０ｃを一点鎖線枠で示し、保護フィルム７０を実線枠で示している。単位セル１００Ｃは、第１実施形態の単位セル１００（図３参照）および第２実施形態の単位セル１００Ｂ（図７参照）と同様に、カソード１２ｃの外周端がカソード側ガス拡散層２０ｃの外周端よりも内周側となるように形成された構造を有している。また、単位セル１００Ｃは、第２実施形態の単位セル１００Ｂと同様に、カソード１２ｃの外周端よりも外周側の電解質膜１１とカソード側ガス拡散層２０ｃとの間に、保護フィルム７０が配置された構造を有している。

図１１に示すように、本実施形態の単位セル１００Ｃにおいても、第１実施形態と同様に（図５参照）、カソードガスをガス流路４２ｃｍに導くガス導入流路４２ｃｍｉに対応する位置にシーリングプレート６０ｃが配置されているため、シーリングプレート６０ｃの下側にはエア供給不足領域が発生する。しかしながら、本実施形態の単位セル１００Ｃにおいても、カソード１２ｃの外周端がシーリングプレート６０ｃより内周側となるように形成されている。この結果、シーリングプレート６０ｃ下のエア供給不足領域では、電気化学反応は発生せず、上記した過酸化水素の増加による膜痩せを抑制することが可能となる。なお、図１１では、カソードガスのガス導入流路４２ｃｍｉ部分の断面を例に説明した。図示は省略するが、カソードオフガスのガス排出流路４２ｃｍｏ部分においても同様である。また、第２実施形態と同様に（図８参照）、シーリングプレート６０ｃの下側において、電解質膜１１とカソード側ガス拡散層２０ｃとの間に保護フィルム７０が配置されている。この構成により、カソード側ガス拡散層２０ｃを形成する基材の毛羽が電解質膜１１に突き刺さって短絡が発生し、カソードガスおよびアノードガスのクロスリークが発生することを抑制することが可能である。

また、図１２に示すように、本実施形態の単位セル１００Ｃでは、有効領域よりも外周側に空間領域４２ｃａが形成される場合がある。なお、有効領域は、カソード側のガス流路４２ｃｍおよびアノード側のガス流路４２ａｍを介してアノードガス（水素）およびカソードガス（空気）が十分に供給される領域であって、望ましい発電特性が得られる発電部として機能する領域である。

空間領域４２ｃａでは、膜電極接合体１０およびガス拡散層２０ａ，２０ｃにおいて、シール部５０を形成する流動性シール材が流入されておらず、ガス供給がなされることによって電気化学反応が発生する部分が含まれる場合がある。この反応部分には、カソード側ではガス拡散層２０ｃの拡散によって空気が流入し、アノード側でもガス拡散層２０ａの拡散によって水素が流入する。拡散によって流入する水素および空気は十分ではないが、水素と空気とを比較すると水素のほうが空気に比べて流入しやすい。このため、空間領域４２ｃａ、特に反応部分は、エア供給不足領域となり、電解質膜１１の膜痩せが発生する。

しかしながら、本実施形態の単位セル１００Ｃでは、図１２に示すように、カソード１２の外周端が空間領域４２ｃａよりも内周側となるように形成されている。これにより、エア供給不足領域となる空間領域４２ｃａでは、電気化学反応は発生せず、上記した過酸化水素の増加による膜痩せを抑制することが可能となる。また、カソード１２ｃの外周端よりも外周側の電解質膜１１とカソード側ガス拡散層２０ｃとの間に、保護フィルム７０が配置されている。この構成により、カソード側ガス拡散層２０ｃを形成する基材の毛羽が電解質膜１１に突き刺さって短絡が発生し、カソードガスおよびアノードガスのクロスリークが発生することを抑制することが可能である。

なお、図示は省略するが、カソード側に配置されたシーリングプレート６０ｃの部分以外の短辺方向の他の部分においても同様である。また、第２実施形態において説明した保護フィルムに関する種々の条件は、本実施形態においても同様である。また、第１実施形態と同様に保護フィルムを省略した構造としてもよい。

Ｄ．変形例：
Ｄ１．変形例１：
上記実施形態では、アノード側のガス流路が溝状のガス流路で、カソード側のガス流路が多孔体による流路形成部あるいは溝状のガス流路の場合を例に説明したが、アノード側のガス流路については多孔体による流路形成部であってもよい。

Ｄ２．変形例２：
上記実施形態では、カソードの外周端がカソード側ガス拡散層の外周端よりも内周側となるように形成されることにより、エア供給不足領域においてカソードでの電気化学反応による過酸化水素の発生の増加が抑制されている。具体的には、カソードの外周端がシール材流入領域に挟まれたシール材流入領域よりも内周側となるように形成されている。また、カソードの外周端がカソード側のシーリングプレートよりも内周側となるように形成されている。また、カソードの外周端がカソードガスのガス流路よりも外周側に形成された空間領域よりも内周側となるように形成されている。このように、カソードの外周端がカソード側ガス拡散層の外周端よりも内周側となるように形成されることに加えて、アノードの外周端もカソードの外周端と同様に、カソード側ガス拡散層の外周端よりも内周側に形成されていてもよい。具体的には、アノードの外周端がカソードの外周端とともに、シール材流入領域に挟まれたシール材流入領域（エア供給不足領域に含まれる））よりも内周側となるように形成されてもよい。また、アノードの外周端がカソードの外周端とともにカソード側のシーリングプレート（エア供給不足領域に含まれる）よりも内周側となるように形成されてもよい。また、アノードの外周端がカソードの外周端とともにカソードガスのガス流路よりも外周側に形成された空間領域（エア供給不足領域に含まれる）よりも内周側となるように形成されてもよい。

なお、アノードの外周端をカソードの外周端と同様に、カソード側ガス拡散層の外周端よりも内周側とする場合においては、同様に、アノードの外周端よりも外周側の電解質膜とアノード側ガス拡散層との間に、アノード側ガス拡散層が電解質膜に接触しないように電解質膜を保護するための保護フィルムが配置されることが好ましい。

Ｄ３．変形例３：
上記実施形態では、カソードの外周端が、カソードの全周囲にわたってカソード側ガス拡散層の外周端よりも内周側となるように形成されているが、これに限定されるものではなく、エア供給不足領域におけるカソードの外周端のみが、カソード側ガス拡散層の外周端よりも内周側となるように形成されてもよい。また、カソードの外周端とカソード側ガス拡散層の外周端との位置関係も一様である必要性はなく、エア供給不足領域において電気化学反応が発生しないようにカソードの外周端が形成されていればよい。なお、これらの変形は、アノードにおいても同様である。

Ｄ４．変形例４：
上記第２実施形態および変形例２では、電解質膜を保護するための保護フィルムが適用される場合を例に説明した。しかしながら、保護フィルムのようなあらかじめ形成された部材のみならず、例えば、流動性のシール材等のような流動性の部材を熱硬化させて保護部材として適用するようにしてもよい。流動性の保護部材を用いる場合には、例えば、流動性の保護部材(流動性のシール材等)を、保護する電解質膜上に塗布等した上にガス拡散層を配置して薄膜状（フィルム状）に押しつぶし、熱硬化させることによって、電解質膜を保護するための保護部材として利用することができる。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…膜電極接合体
１１…電解質膜
１２ａ…アノード
１２ｃ…カソード
２０ａ，２０ｃ…ガス拡散層
２０Ｂｃ…ガス拡散層
３０ｃ…流路形成部
４０ａ，４０ｃ…セパレータ
４０Ｂａ，４０Ｂｃ…セパレータ
４２ｍ…ガス流路
４２ｃｍｉ…ガス導入流路
４２ｃｍｏ…ガス排出流路
４２ａｍｐ…溝状流路
４２ｃｍｐ…溝状流路
４２ｉ…ガス導入流路
４２ｏ…ガス排出流路
４２ｃａ…空間領域
４２ａｉ…ガス導入流路
４２ｃｉ…ガス導入流路
４２ａｍ…ガス流路
４２ａｏ…ガス排出流路
４２ｃｏ…ガス排出流路
４２ｍｐ…溝状流路
４３ａ，４３ｃ…冷却水流路
４３ａｐ，４３ｃｐ…溝状流路
４４ｉ…カソードガス導入用貫通孔
４４ｏ…カソードオフガス排出用貫通孔
４４ａｉ，４４ｃｉ…カソードガス導入用貫通孔
４４ａｏ，４４ｃｏ…カソードオフガス排出用貫通孔
４６ａｉ，４６ｃｉ…アノードガス導入用貫通孔
４６ａｏ，４６ｃｏ…アノードオフガス排出用貫通孔
４８ａｉ，４８ｃｉ…冷却水導入用貫通孔
４８ａｏ，４８ｃｏ…冷却水排出用貫通孔
５０…シール部
６０ａ，６０ｃ…シーリングプレート
７０，７０ｓ…保護フィルム
７２…スリット
１００…単位セル
１００Ｂ…単位セル
１００Ｃ…単位セル

Claims (7)

1. 燃料電池であって、
   電解質膜の一方の面にアノードが形成され、他方の面にカソードが形成された膜電極接合体と、
   前記アノードの表面に配置されたアノード側ガス拡散層と、
   前記カソードの表面に配置されたカソード側ガス拡散層と、
   前記アノード側ガス拡散層および前記カソード側ガス拡散層が配置された前記膜電極接合体を挟持する一対のセパレータと、
   前記アノード側ガス拡散層および前記カソード側ガス拡散層が配置された前記膜電極接合体の周囲に形成されたシール部と、
   を備え、
   前記カソードの外周端は、前記カソード側ガス拡散層の外周端よりも内周側となるように形成されている
   ことを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記カソードの外周端よりも外側の前記電解質膜と前記カソード側ガス拡散層との間には、前記カソード側ガス拡散層が前記電解質膜に接触しないように前記電解質膜を保護するための保護部材が配置されている
   ことを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池であって、
   前記シール部は流動性を有する流動性シール材を硬化することによって形成されており、
   前記カソードの外周端は、前記シール部が形成される際に、前記カソード側ガス拡散層において、少なくとも、前記流動性シール材が外周側から内側へ向かって流入した領域に挟まれた領域であって前記流動性シール材が流入しなかった領域よりも内周側となるように形成されている。
   ことを特徴とする燃料電池。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池であって、さらに、
   前記カソード側のセパレータと前記カソード側ガス拡散層との間に配置され、前記カソード側ガス拡散層の表面に沿って前記カソードガスを流すためのガス流路を形成する流路形成部と、
   前記シール部と前記流路形成部との間に配置され、前記シール部が形成される際に、前記流動性シール材の前記流路形成部への流入を防止するためのシーリングプレートと、
   を備え、
   前記カソードの外周端は、少なくとも、前記シーリングプレートよりも内周側となるように形成されている
   ことを特徴とする燃料電池。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池であって、さらに、
   前記カソード側のセパレータの前記カソード側ガス拡散層に接する面に形成され、前記カソード側ガス拡散層の表面に沿って前記カソードガスを流すための溝状のガス流路と、
   前記シール部と前記カソード側のセパレータとの間に配置され、前記シール部が形成される際に、前記流動性シール材の前記ガス流路への流入を防止するためのシーリングプレートと、
   を備え、
   前記カソードの外周端は、少なくとも、前記シーリングプレートよりも内周側となるように形成されている
   ことを特徴とする燃料電池。
6. 請求項１から請求項３、および請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池であって、さらに、
   前記カソード側のセパレータに、前記カソードガスのガス流路よりも外周側に前記ガス流路から独立した空間領域を備えており、
   前記カソードの外周端は、少なくとも、前記空間領域よりも内周側となるように形成されている
   ことを特徴とする燃料電池。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の燃料電池であって、
   前記アノードの外周端は、前記カソードの外周端とともに、前記カソード側ガス拡散層の外周端より内周側となるように形成されている
   ことを特徴とする燃料電池。

Images