JP5643738B2

JP5643738B2 - Fuel cell

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Publication number: JP5643738B2
Application number: JP2011240366A
Authority: JP
Inventors: 杉浦　誠治; 誠治杉浦; 新海　洋; 洋新海; 田中　健一; 健一田中; 美帆子川原田; 健多浦田; 之人田中; 加藤　高士; 高士加藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2031-11-01
Also published as: JP2013098043A

Description

本発明は、それぞれ電極触媒層とガス拡散層とを有する第１電極及び第２電極が、固体高分子電解質膜の両側に設けられる電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の両面に配置されるセパレータとを備える燃料電池に関する。 The present invention provides an electrolyte membrane / electrode structure in which a first electrode and a second electrode each having an electrode catalyst layer and a gas diffusion layer are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and the electrolyte membrane / electrode structure The present invention relates to a fuel cell including separators disposed on both sides.

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（電極触媒層）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。この燃料電池は、所定の数だけ積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 In general, a polymer electrolyte fuel cell employs a polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell comprises an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode each comprising a catalyst layer (electrode catalyst layer) and a gas diffusion layer (porous carbon) are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane ( MEA) is sandwiched between separators (bipolar plates). This fuel cell is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number of fuel cells.

この種の電解質膜・電極構造体では、一方の触媒層の外周端部位置と他方の触媒層の外周端部位置とが、固体高分子電解質膜の膜厚さ方向に対して互いにずれている場合がある。 In this type of electrolyte membrane / electrode structure, the outer peripheral end position of one catalyst layer and the outer peripheral end position of the other catalyst layer are shifted from each other with respect to the film thickness direction of the solid polymer electrolyte membrane. There is a case.

例えば、特許文献１に開示されている電解質膜−電極接合体は、図１１に示すように、高分子電解質膜１と、前記高分子電解質膜１の一方の面に形成されるカソード触媒層２と、前記高分子電解質膜１の他方の面に形成されるアノード触媒層３と、有効アノード触媒層の面積が有効カソード触媒層の面積よりも大きくなるように、前記カソード触媒層２の端部の少なくとも一部に形成される第１のガスケット層４とを有している。 For example, an electrolyte membrane-electrode assembly disclosed in Patent Document 1 includes a polymer electrolyte membrane 1 and a cathode catalyst layer 2 formed on one surface of the polymer electrolyte membrane 1 as shown in FIG. And an end portion of the cathode catalyst layer 2 so that the area of the anode catalyst layer 3 formed on the other surface of the polymer electrolyte membrane 1 and the area of the effective anode catalyst layer is larger than the area of the effective cathode catalyst layer. And a first gasket layer 4 formed on at least a part of the first gasket layer 4.

そして、高分子電解質膜１の少なくとも電解質膜−電極接合体の厚み方向に対し、カソード触媒層２の端部と重複する部位には、前記高分子電解質膜１よりも強度の高い補強層５が配置されている。 A reinforcing layer 5 having a strength higher than that of the polymer electrolyte membrane 1 is provided at a portion overlapping the end portion of the cathode catalyst layer 2 in at least the thickness direction of the electrolyte membrane-electrode assembly of the polymer electrolyte membrane 1. Has been placed.

特開２００６−３３８９３８号公報JP 2006-338938 A

上記の特許文献１では、電解質膜−電極接合体がセパレータ間に挟持されることにより、燃料電池が構成されるとともに、複数の前記燃料電池が積層されて燃料電池スタックとして使用されている。燃料電池スタックには、所望の発電性能及びシール性能を確保するために、積層方向に所定の締め付け荷重が付与されている。 In Patent Document 1, a fuel cell is configured by sandwiching an electrolyte membrane-electrode assembly between separators, and a plurality of the fuel cells are stacked and used as a fuel cell stack. A predetermined tightening load is applied to the fuel cell stack in the stacking direction in order to ensure desired power generation performance and sealing performance.

その際、カソード触媒層２の外周端部（エッジ部）は、補強層５に押し付けられるとともに、アノード触媒層３の外周端部（エッジ部）は、前記補強層５及び高分子電解質膜１に押し付けられている。このため、補強層５及び高分子電解質膜１は、各エッジ部近傍で面圧が高まって薄肉化してしまい、耐久性が低下するという問題がある。 At that time, the outer peripheral end portion (edge portion) of the cathode catalyst layer 2 is pressed against the reinforcing layer 5, and the outer peripheral end portion (edge portion) of the anode catalyst layer 3 is against the reinforcing layer 5 and the polymer electrolyte membrane 1. It is pressed. For this reason, the reinforcing layer 5 and the polymer electrolyte membrane 1 have a problem that the surface pressure increases in the vicinity of each edge portion and the wall thickness is reduced, resulting in a decrease in durability.

本発明は、この種の問題を解決するものであり、燃料電池の締め付け時に、電極触媒層の外周端部に過剰な荷重が付与されることがなく、固体高分子電解質膜の損傷を確実に阻止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。 The present invention solves this type of problem, and when the fuel cell is tightened, an excessive load is not applied to the outer peripheral end of the electrode catalyst layer, and the solid polymer electrolyte membrane is reliably damaged. An object of the present invention is to provide a fuel cell that can be blocked.

本発明は、それぞれ電極触媒層とガス拡散層とを有する第１電極及び第２電極が、固体高分子電解質膜の両側に設けられる電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の両面に配置されるセパレータとを備える燃料電池に関するものである。 The present invention provides an electrolyte membrane / electrode structure in which a first electrode and a second electrode each having an electrode catalyst layer and a gas diffusion layer are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and the electrolyte membrane / electrode structure The present invention relates to a fuel cell including separators disposed on both sides.

そして、電解質膜・電極構造体は、第１電極の電極触媒層と第２電極の電極触媒層との間に固体高分子電解質膜を挟み、発電反応を行う部分である発電部と、前記第１電極の電極触媒層外周端部と前記第２電極の電極触媒層外周端部との間に前記固体高分子電解質膜を挟み、前記発電部の外方部分であるエッジ部とを有し、セパレータには、前記電解質膜・電極構造体に接する面に、前記エッジ部を収容する凹部が形成されるとともに、前記エッジ部は、前記凹部を形成するセパレータ内面に直接当接することにより、燃料電池が締め付けされた際、前記エッジ部における締め代は、前記発電部における締め代よりも小さな寸法に設定されている。 The membrane electrode assembly is seen sandwiched a solid polymer electrolyte membrane between the first electrode catalyst layer of the electrode and the electrode catalyst layer of the second electrode, and the power generation portion is a portion for performing power generation reaction, the look clamping the solid polymer electrolyte membrane between the conductive electrode catalyst layer outer edge of the the electrode catalyst layer peripheral edge of the first electrode and the second electrode, and an edge portion which is an outer portion of said power generation unit has, in the separator, the surface in contact with the membrane electrode assembly, together with the recess Ru is formed for accommodating the edge portion, the edge portion is by direct contact with the separator inner surface defining said recess When the fuel cell is tightened, the tightening allowance at the edge portion is set to be smaller than the tightening allowance at the power generation portion.

また、この燃料電池では、第１電極を構成する電極触媒層の外周端部は、第２電極を構成する電極触媒層の外周端部よりも電極面方向外方に突出する寸法に設定されることが好ましい。 Further, in this fuel cell, the outer peripheral end portion of the electrode catalyst layer constituting the first electrode is set to a dimension projecting outward in the electrode surface direction from the outer peripheral end portion of the electrode catalyst layer constituting the second electrode. It is preferable.

さらに、この燃料電池では、ガス拡散層の外周には、保護フイルムが設けられることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that a protective film is provided on the outer periphery of the gas diffusion layer.

さらにまた、この燃料電池では、固体高分子電解質膜とガス拡散層との間には、保護フイルムが設けられることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that a protective film is provided between the solid polymer electrolyte membrane and the gas diffusion layer.

また、この燃料電池では、前記燃料電池が積層された際、エッジ部よりも電極面方向外方で電解質膜・電極構造体とセパレータとの間には、隙間が形成されることが好ましい。 In the fuel cell, when the fuel cells are stacked, a gap is preferably formed between the electrolyte membrane / electrode structure and the separator outside the edge portion in the electrode surface direction.

本発明によれば、セパレータには、電解質膜・電極構造体のエッジ部に対応して凹部が形成されている。このため、燃料電池が締め付けされた際、エッジ部における締め代は、発電部における締め代よりも小さな寸法に設定されている。従って、発電部では、発電性能を確保するために必要な面圧を確保する一方、エッジ部では、電極触媒層外周端部に過剰な締め付け力がかかることを抑制することができる。これにより、所望の発電性能を有するとともに、エッジ部での固体高分子電解質膜の破損を良好に抑制することが可能になる。 According to the present invention, the separator is formed with a recess corresponding to the edge portion of the electrolyte membrane / electrode structure. For this reason, when the fuel cell is tightened, the tightening allowance at the edge portion is set to be smaller than the tightening allowance at the power generation portion. Therefore, in the power generation unit, it is possible to secure a surface pressure necessary for ensuring the power generation performance, while it is possible to suppress an excessive tightening force from being applied to the outer peripheral end portion of the electrode catalyst layer at the edge portion. Thereby, while having desired electric power generation performance, it becomes possible to suppress the damage of the solid polymer electrolyte membrane in an edge part favorably.

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。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell taken along line II-II in FIG. 1. 前記燃料電池を構成する保護フイルム付き電解質膜・電極構造体のアノード電極側の正面説明図である。It is front explanatory drawing by the side of the anode electrode of the membrane-electrode structure with a protective film which comprises the said fuel cell. 前記燃料電池の締め付け前の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing before the fastening of the said fuel cell. セル厚さと発電部面圧及びエッジ部面圧との関係説明図である。It is a relation explanatory view of cell thickness, power generation part surface pressure, and edge part surface pressure. 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。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記燃料電池の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the said fuel cell. 前記燃料電池の締め付け前の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing before the fastening of the said fuel cell. 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 特許文献１に開示された膜電極組立体の説明図である。It is explanatory drawing of the membrane electrode assembly disclosed by patent document 1. FIG.

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、保護フイルム付き電解質膜・電極構造体１２と、前記保護フイルム付き電解質膜・電極構造体１２を挟持するカソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６とを備える。 As shown in FIGS. 1 and 2, a fuel cell 10 according to a first embodiment of the present invention sandwiches an electrolyte membrane / electrode structure 12 with a protective film and the electrolyte membrane / electrode structure 12 with a protective film. The cathode side separator 14 and the anode side separator 16 are provided.

カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６は、例えば、カーボンセパレータで構成される。なお、カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６は、カーボンセパレータに代えて、例えば、金属薄板により構成してもよい。 The cathode side separator 14 and the anode side separator 16 are comprised by a carbon separator, for example. In addition, the cathode side separator 14 and the anode side separator 16 may be configured by, for example, a metal thin plate instead of the carbon separator.

図２に示すように、保護フイルム付き電解質膜・電極構造体１２は、ＭＥＡ１２ａを備えるとともに、前記ＭＥＡ１２ａ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２電極）２０及びアノード電極（第１電極）２２とを有する。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。 As shown in FIG. 2, the electrolyte membrane / electrode structure 12 with a protective film includes an MEA 12a, and the MEA 12a includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 18 in which a thin film of perfluorosulfonic acid is impregnated with water; A cathode electrode (second electrode) 20 and an anode electrode (first electrode) 22 sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 18 are included. The solid polymer electrolyte membrane 18 uses an HC (hydrocarbon) electrolyte in addition to a fluorine electrolyte.

カソード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の一方の面１８ａに配置されるとともに、アノード電極２２は、前記固体高分子電解質膜１８の他方の面１８ｂに配置される。固体高分子電解質膜１８の外周端部は、カソード電極２０及びアノード電極２２の外周端部よりも外方に延在する。 The cathode electrode 20 is disposed on one surface 18 a of the solid polymer electrolyte membrane 18, and the anode electrode 22 is disposed on the other surface 18 b of the solid polymer electrolyte membrane 18. The outer peripheral ends of the solid polymer electrolyte membrane 18 extend outward from the outer peripheral ends of the cathode electrode 20 and the anode electrode 22.

カソード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の面１８ａに接合される電極触媒層２０ａと、前記電極触媒層２０ａに積層されるガス拡散層２０ｂとを設ける。アノード電極２２は、固体高分子電解質膜１８の面１８ｂに接合される電極触媒層２２ａと、前記電極触媒層２２ａに積層されるガス拡散層２２ｂとを設ける。 The cathode electrode 20 is provided with an electrode catalyst layer 20a joined to the surface 18a of the solid polymer electrolyte membrane 18, and a gas diffusion layer 20b laminated on the electrode catalyst layer 20a. The anode electrode 22 is provided with an electrode catalyst layer 22a bonded to the surface 18b of the solid polymer electrolyte membrane 18, and a gas diffusion layer 22b laminated on the electrode catalyst layer 22a.

アノード電極２２を構成する電極触媒層２２ａの外周端部２２ａｅは、カソード電極２０を構成する電極触媒層２０ａの外周端部２０ａｅよりも電極面方向外方に突出する寸法に設定される。なお、上記の構成とは逆に、カソード電極２０の外周端部２０ａｅを、アノード電極２２の外周端部２２ａｅよりも電極面方向外方に突出するように構成してもよい。 The outer peripheral end portion 22ae of the electrode catalyst layer 22a that constitutes the anode electrode 22 is set to a dimension that protrudes outward in the electrode surface direction from the outer peripheral end portion 20ae of the electrode catalyst layer 20a that constitutes the cathode electrode 20. In contrast to the above configuration, the outer peripheral end portion 20ae of the cathode electrode 20 may be configured to protrude outward in the electrode surface direction from the outer peripheral end portion 22ae of the anode electrode 22.

電極触媒層２０ａ、２２ａは、カーボンブラックに白金粒子を担持した触媒粒子を形成し、イオン導伝性バインダーとして高分子電解質を使用し、この高分子電解質の溶液中に前記触媒粒子を均一に混合して作製された触媒ペーストを、固体高分子電解質膜１８の両面に印刷、塗布又は転写することによって構成される。ガス拡散層２０ｂ、２２ｂは、カーボンペーパ等からなるとともに、電極触媒層２０ａ、２２ａの外周端部２０ａｅ、２２ａｅよりも外方で終端する。 The electrode catalyst layers 20a and 22a form catalyst particles in which platinum particles are supported on carbon black, use a polymer electrolyte as an ion conductive binder, and uniformly mix the catalyst particles in a solution of the polymer electrolyte. The catalyst paste produced in this way is configured by printing, coating or transferring on both sides of the solid polymer electrolyte membrane 18. The gas diffusion layers 20b and 22b are made of carbon paper or the like and terminate outside the outer peripheral ends 20ae and 22ae of the electrode catalyst layers 20a and 22a.

図１〜図３に示すように、保護フイルム付き電解質膜・電極構造体１２は、固体高分子電解質膜１８の面１８ａ、１８ｂの外周端縁部に接着剤で接合されるとともに、カソード電極２０及びアノード電極２２の先端部に接合される樹脂製枠部材からなる保護フイルム２４ａ、２４ｂを備える。保護フイルム２４ａ、２４ｂは、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＰＡ（ポリフタルアミド）等で構成される他、弾性を有する高分子材料を用いてもよい。 As shown in FIGS. 1 to 3, the electrolyte membrane / electrode structure 12 with a protective film is bonded to the outer peripheral edges of the surfaces 18 a and 18 b of the solid polymer electrolyte membrane 18 with an adhesive, and the cathode electrode 20. And protective films 24 a and 24 b made of a resin frame member joined to the tip of the anode electrode 22. The protective films 24a and 24b are made of, for example, PPS (polyphenylene sulfide), PPA (polyphthalamide), or the like, or may be made of an elastic polymer material.

図２に示すように、カソード側セパレータ１４は、ＭＥＡ１２ａに接する外周縁部に外周端部２０ａｅ（エッジ部）を含むエッジ部周辺（後述する）を収容する凹部１４ｃを設ける。アノード側セパレータ１６は、ＭＥＡ１２ａに接する外周縁部に外周端部２２ａｅ（エッジ部）を含むエッジ部周辺（後述する）を収容する凹部１６ｃを設ける。 As shown in FIG. 2, the cathode side separator 14 is provided with a recess 14c that accommodates the periphery of the edge portion (described later) including the outer peripheral end portion 20ae (edge portion) at the outer peripheral edge portion in contact with the MEA 12a. The anode-side separator 16 is provided with a concave portion 16c that accommodates the periphery of the edge portion (described later) including the outer peripheral end portion 22ae (edge portion) at the outer peripheral edge portion in contact with the MEA 12a.

燃料電池１０が積層された状態（締め付けられた状態）で、保護フイルム２４ａ、２４ｂとカソード側セパレータ１４の面１４ａ及びアノード側セパレータ１６の面１６ｂとの間には、それぞれ隙間Ｓが形成される。カソード側セパレータ１４とアノード側セパレータ１６とで保護フイルム２４ａ、２４ｂを直接挟持することにより、面圧が必要以上に高くなることを阻止するためである。 In a state where the fuel cells 10 are stacked (clamped), gaps S are formed between the protective films 24a and 24b and the surface 14a of the cathode side separator 14 and the surface 16b of the anode side separator 16, respectively. . This is to prevent the surface pressure from becoming higher than necessary by directly sandwiching the protective films 24a and 24b between the cathode side separator 14 and the anode side separator 16.

図１に示すように、燃料電池１０の矢印Ａ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Ｂ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。 As shown in FIG. 1, one end edge of the fuel cell 10 in the direction of arrow A (horizontal direction in FIG. 1) communicates with each other in the direction of arrow B, which is the stacking direction, and contains an oxidant gas, for example, oxygen An oxidant gas inlet communication hole 30a for supplying gas, a cooling medium inlet communication hole 32a for supplying a cooling medium, and a fuel gas outlet communication hole 34b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, Arranged in the direction of arrow C (vertical direction).

燃料電池１０の矢印Ａ方向の他端縁部には、矢印Ｂ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。 The other end edge of the fuel cell 10 in the direction of arrow A communicates with each other in the direction of arrow B, and a fuel gas inlet communication hole 34a for supplying fuel gas, and a cooling medium outlet communication hole for discharging the cooling medium. 32b and an oxidant gas outlet communication hole 30b for discharging the oxidant gas are arranged in the direction of arrow C.

カソード側セパレータ１４の保護フイルム付き電解質膜・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。 An oxidant gas flow path 36 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 30a and the oxidant gas outlet communication hole 30b is provided on the surface 14a of the cathode separator 14 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12 with the protective film. .

アノード側セパレータ１６の保護フイルム付き電解質膜・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。カソード側セパレータ１４の面１４ｂとアノード側セパレータ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。 A fuel gas flow path 38 communicating with the fuel gas inlet communication hole 34a and the fuel gas outlet communication hole 34b is formed on the surface 16a of the anode separator 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12 with the protective film. Between the surface 14b of the cathode-side separator 14 and the surface 16b of the anode-side separator 16, a cooling medium flow path 40 that communicates with the cooling medium inlet communication hole 32a and the cooling medium outlet communication hole 32b is formed.

カソード側セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、このカソード側セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材４２が設けられるとともに、アノード側セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、このアノード側セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材４４が設けられる。 A first seal member 42 is provided on the surfaces 14a and 14b of the cathode-side separator 14 so as to go around the outer peripheral end of the cathode-side separator 14, and the surfaces 16a and 16b of the anode-side separator 16 are provided with the anode A second seal member 44 is provided around the outer peripheral end of the side separator 16.

第１及び第２シール部材４２、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。 The first and second sealing members 42 and 44 include, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber, a cushioning material, Alternatively, a packing material is used.

図２に示すように、保護フイルム付き電解質膜・電極構造体１２は、カソード電極２０及びアノード電極２２間に固体高分子電解質膜１８を挟んだ発電部４６と、電極触媒層２０ａ、２２ａの外周端部２０ａｅ、２２ａｅを含む領域を覆うエッジ部周辺４８とを有する。エッジ部周辺４８は、カソード側セパレータ１４の凹部１４ｃ及びアノード側セパレータ１６の凹部１６ｃが設けられる範囲Ｌに対応する。 As shown in FIG. 2, the electrolyte membrane / electrode structure 12 with a protective film includes a power generation unit 46 in which the solid polymer electrolyte membrane 18 is sandwiched between the cathode electrode 20 and the anode electrode 22, and outer peripheries of the electrode catalyst layers 20 a and 22 a. And an edge portion periphery 48 covering a region including the end portions 20ae and 22ae. The edge portion periphery 48 corresponds to a range L in which the concave portion 14c of the cathode side separator 14 and the concave portion 16c of the anode side separator 16 are provided.

燃料電池１０では、この燃料電池１０が積層された際、エッジ部周辺４８における締め代は、発電部４６における締め代よりも小さな寸法に設定される。具体的には、図４に示すように、燃料電池１０の組立前において、保護フイルム付き電解質膜・電極構造体１２の発電部４６の厚さＴａｍ、カソード側セパレータ１４の前記発電部４６の厚さＴａｃ、アノード側セパレータ１６の前記発電部４６の厚さＴａａ、前記保護フイルム付き電解質膜・電極構造体１２のエッジ部周辺４８の厚さＴｂｍ、前記カソード側セパレータ１４の前記エッジ部周辺４８の厚さＴｂｃ及びアノード側セパレータ１６の前記エッジ部周辺４８の厚さＴｂａは、Ｔａｍ＋Ｔａｃ＋Ｔａａ＞Ｔｂｍ＋Ｔｂｃ＋Ｔｂａの関係に設定される。 In the fuel cell 10, when the fuel cells 10 are stacked, the interference margin around the edge portion 48 is set to be smaller than the interference margin in the power generation unit 46. Specifically, as shown in FIG. 4, before assembly of the fuel cell 10, the thickness Tam of the power generation unit 46 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 with the protective film, and the thickness of the power generation unit 46 of the cathode separator 14. Tac, the thickness Taa of the power generation section 46 of the anode separator 16, the thickness Tbm of the edge portion periphery 48 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 with the protective film, and the edge portion periphery 48 of the cathode separator 14 The thickness Tbc and the thickness Tba around the edge portion 48 of the anode-side separator 16 are set to have a relationship of Tam + Tac + Taa> Tbm + Tbc + Tba.

より好ましくは、Ｔａｍ×０．８＋Ｔａｃ＋Ｔａａ＞Ｔｂｍ＋Ｔｂｃ＋Ｔｂａの関係に設定される。さらに好ましくは、Ｔａｍ×０．６＋Ｔａｃ＋Ｔａａ＞Ｔｂｍ＋Ｔｂｃ＋Ｔｂａの関係に設定される。なお、燃料電池１０が締め付けられた状態では、発電部４６を含む前記燃料電池１０の厚さ（セル厚さ）は、面圧で圧縮されることによりエッジ部周辺４８を含む前記燃料電池１０の厚さ（セル厚さ）と同一の寸法になる。 More preferably, a relationship of Tam × 0.8 + Tac + Taa> Tbm + Tbc + Tba is set. More preferably, a relationship of Tam × 0.6 + Tac + Taa> Tbm + Tbc + Tba is set. In the state where the fuel cell 10 is tightened, the thickness (cell thickness) of the fuel cell 10 including the power generation unit 46 is compressed by the surface pressure to include the periphery 48 of the edge portion of the fuel cell 10. The dimension is the same as the thickness (cell thickness).

エッジ部周辺４８では、短尺側であるカソード電極２０の外周端部２０ａｅから凹部１４ｃ、１６ｃの内周側端部までの距離Ｌ１と、長尺側であるアノード電極２２の外周端部２２ａｅから前記凹部１４ｃ、１６ｃの外周側端部までの距離Ｌ２とが設定される。距離Ｌ１、Ｌ２は、好ましくは、０．１ｍｍ以上に設定され、さらに好ましくは、０．４ｍｍ以上に設定され、さらにまた好ましくは、２ｍｍ以上に設定される。 In the edge portion periphery 48, the distance L1 from the outer peripheral end portion 20ae of the cathode electrode 20 on the short side to the inner peripheral side end portions of the recesses 14c and 16c, and the outer peripheral end portion 22ae of the anode electrode 22 on the long side. The distance L2 to the outer peripheral side end of the recesses 14c and 16c is set. The distances L1 and L2 are preferably set to 0.1 mm or more, more preferably set to 0.4 mm or more, and still more preferably set to 2 mm or more.

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。 The operation of the fuel cell 10 configured as described above will be described below.

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。 First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 30a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 34a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａからカソード側セパレータ１４の酸化剤ガス流路３６に導入され、矢印Ａ方向に移動してＭＥＡ１２ａ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からアノード側セパレータ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Ａ方向に移動し、ＭＥＡ１２ａのアノード電極２２に供給される。 Therefore, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas inlet communication hole 30a into the oxidant gas flow path 36 of the cathode side separator 14, moves in the direction of arrow A, and is supplied to the cathode electrode 20 of the MEA 12a. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas passage 38 of the anode separator 16 from the fuel gas inlet communication hole 34a. The fuel gas moves in the direction of arrow A along the fuel gas flow path 38 and is supplied to the anode electrode 22 of the MEA 12a.

従って、各ＭＥＡ１２ａ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、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。 Therefore, in each MEA 12a, the oxidizing gas supplied to the cathode electrode 20 and the fuel gas supplied to the anode electrode 22 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power.

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Ｂ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、燃料ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。 Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode electrode 20 is discharged in the direction of arrow B along the oxidant gas outlet communication hole 30b. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 22 is discharged in the direction of arrow B along the fuel gas outlet communication hole 34b.

また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ１４とアノード側セパレータ１６との間の冷却媒体流路４０に導入された後、矢印Ａ方向に流通する。この冷却媒体は、ＭＥＡ１２ａを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。 The cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 32 a is introduced into the cooling medium flow path 40 between the cathode separator 14 and the anode separator 16 and then flows in the direction of arrow A. After cooling the MEA 12a, the cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 32b.

この場合、第１の実施形態では、図２に示すように、カソード側セパレータ１４には、カソード電極２０の外周端部２０ａｅを含むエッジ部周辺４８を収容する凹部１４ｃが設けられている。同様に、アノード側セパレータ１６には、アノード電極２２の外周端部２２ａｅを含むエッジ部周辺４８を収容する凹部１６ｃが設けられている。 In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the cathode separator 14 is provided with a recess 14 c that accommodates the edge portion periphery 48 including the outer peripheral end portion 20 ae of the cathode electrode 20. Similarly, the anode-side separator 16 is provided with a recess 16c that accommodates an edge portion periphery 48 including the outer peripheral end portion 22ae of the anode electrode 22.

その際、図４に示すように、燃料電池１０の締め付け前には、Ｔａｍ＋Ｔａｃ＋Ｔａａ＞Ｔｂｍ＋Ｔｂｃ＋Ｔｂａの関係に設定されている。より好ましくは、Ｔａｍ×０．８＋Ｔａｃ＋Ｔａａ＞Ｔｂｍ＋Ｔｂｃ＋Ｔｂａ、さらに好ましくは、Ｔａｍ×０．６＋Ｔａｃ＋Ｔａａ＞Ｔｂｍ＋Ｔｂｃ＋Ｔｂａの関係に設定されている。 At that time, as shown in FIG. 4, before the fuel cell 10 is tightened, the relationship of Tam + Tac + Taa> Tbm + Tbc + Tba is set. More preferably, Tam × 0.8 + Tac + Taa> Tbm + Tbc + Tba, and even more preferably Tam × 0.6 + Tac + Taa> Tbm + Tbc + Tba.

このため、燃料電池１０の締め付け後の固体高分子電解質膜１８の面圧を、発電部面圧＞エッジ部面圧に設定することができる。すなわち、図５に示すように、燃料電池１０の厚さ（セル厚さ）と面圧との関係から、所望の発電部面圧及びエッジ部面圧に対応する締め付け後のセル厚さが算出される。 For this reason, the surface pressure of the solid polymer electrolyte membrane 18 after tightening of the fuel cell 10 can be set such that the power generation portion surface pressure> the edge portion surface pressure. That is, as shown in FIG. 5, from the relationship between the thickness (cell thickness) of the fuel cell 10 and the surface pressure, the cell thickness after tightening corresponding to the desired power generation portion surface pressure and edge portion surface pressure is calculated. Is done.

従って、燃料電池１０が締め付けされた際、エッジ部周辺４８における締め代は、発電部４６における締め代よりも小さな寸法に設定されている。これにより、発電部４６では、発電性能を確保するために必要な面圧を確保する一方、エッジ部周辺４８では、電極触媒層２０ａ、２２ａの外周端部２０ａｅ、２２ａｅに過剰な締め付け力がかかることを抑制することができる。 Therefore, when the fuel cell 10 is tightened, the tightening allowance around the edge portion 48 is set to be smaller than the tightening allowance in the power generation unit 46. Thereby, in the electric power generation part 46, while ensuring the surface pressure required in order to ensure electric power generation performance, in the edge part periphery 48, excessive clamping force is applied to the outer peripheral edge parts 20ae and 22ae of the electrode catalyst layers 20a and 22a. This can be suppressed.

このため、所望の発電性能を有するとともに、エッジ部である外周端部２０ａｅ、２２ａｅによる固体高分子電解質膜１８の破損を良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。特に、図４に示すように、距離Ｌ１、Ｌ２は、好ましくは、０．１ｍｍ以上に設定され、さらに好ましくは、０．４ｍｍ以上に設定され、さらにまた好ましくは、２ｍｍ以上に設定されている。従って、固体高分子電解質膜１８の損傷が可及的に抑制される。 For this reason, while having desired power generation performance, the effect that it becomes possible to suppress well the damage of the solid polymer electrolyte membrane 18 by the outer peripheral edge parts 20ae and 22ae which are edge parts is acquired. In particular, as shown in FIG. 4, the distances L1 and L2 are preferably set to 0.1 mm or more, more preferably set to 0.4 mm or more, and further preferably set to 2 mm or more. . Therefore, damage to the solid polymer electrolyte membrane 18 is suppressed as much as possible.

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池６０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。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。 FIG. 6 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 60 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third and subsequent embodiments described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池６０は、保護フイルム付き電解質膜・電極構造体６２と、前記保護フイルム付き電解質膜・電極構造体６２を挟持するカソード側セパレータ６４及びアノード側セパレータ６６とを備える。 The fuel cell 60 includes an electrolyte membrane / electrode structure 62 with a protective film, and a cathode side separator 64 and an anode side separator 66 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 62 with a protective film.

図７に示すように、保護フイルム付き電解質膜・電極構造体６２は、ＭＥＡ６２ａを備えるとともに、前記ＭＥＡ６２ａは、固体高分子電解質膜１８をカソード電極（第２電極）６８とアノード電極（第１電極）７０とにより挟持する。 As shown in FIG. 7, an electrolyte membrane / electrode structure 62 with a protective film includes an MEA 62a. The MEA 62a includes a solid polymer electrolyte membrane 18 as a cathode electrode (second electrode) 68 and an anode electrode (first electrode). ) 70.

カソード電極６８は、電極触媒層６８ａとガス拡散層６８ｂとを設ける一方、アノード電極７０は、電極触媒層７０ａとガス拡散層７０ｂとを設ける。電極触媒層６８ａ、７０ａは、固体高分子電解質膜１８よりも小さな外形寸法に設定されるとともに、ガス拡散層６８ｂ、７０ｂは、前記固体高分子電解質膜１８と同一の外形寸法に設定される。 The cathode electrode 68 is provided with an electrode catalyst layer 68a and a gas diffusion layer 68b, while the anode electrode 70 is provided with an electrode catalyst layer 70a and a gas diffusion layer 70b. The electrode catalyst layers 68 a and 70 a are set to have a smaller outer dimension than the solid polymer electrolyte membrane 18, and the gas diffusion layers 68 b and 70 b are set to the same outer dimensions as the solid polymer electrolyte membrane 18.

アノード電極７０を構成する電極触媒層７０ａの外周端部７０ａｅは、カソード電極６８を構成する電極触媒層６８ａの外周端部６８ａｅよりも電極面方向外方に突出する寸法に設定される。なお、上記の構成とは逆に、カソード電極６８の外周端部６８ａｅを、アノード電極７０の外周端部７０ａｅよりも電極面方向外方に突出するように構成してもよい。 The outer peripheral end portion 70ae of the electrode catalyst layer 70a constituting the anode electrode 70 is set to a dimension protruding outward in the electrode surface direction from the outer peripheral end portion 68ae of the electrode catalyst layer 68a constituting the cathode electrode 68. Contrary to the above configuration, the outer peripheral end portion 68ae of the cathode electrode 68 may be configured to protrude outward in the electrode surface direction from the outer peripheral end portion 70ae of the anode electrode 70.

保護フイルム付き電解質膜・電極構造体６２は、固体高分子電解質膜１８の両方の面１８ａ、１８ｂとガス拡散層６８ｂ、７０ｂとの間に接合されるとともに、それぞれの内周縁部側が、電極触媒層６８ａ、７０ａと前記ガス拡散層６８ｂ、７０ｂとの間に接合される樹脂製枠部材からなる保護フイルム７２ａ、７２ｂを備える。 The electrolyte membrane / electrode structure 62 with a protective film is joined between both surfaces 18a, 18b of the solid polymer electrolyte membrane 18 and the gas diffusion layers 68b, 70b, and the inner peripheral edge side of each of them is an electrode catalyst. Protective films 72a and 72b made of a resin frame member joined between the layers 68a and 70a and the gas diffusion layers 68b and 70b are provided.

カソード側セパレータ６４は、ＭＥＡ６２ａに接する外周縁部に外周端部６８ａｅ（エッジ部）を含むエッジ部周辺４８を収容する凹部６４ｃを設ける。アノード側セパレータ６６は、ＭＥＡ６２ａに接する外周縁部に外周端部７０ａｅ（エッジ部）を含むエッジ部周辺４８を収容する凹部６６ｃを設ける。 The cathode-side separator 64 is provided with a concave portion 64c that accommodates an edge portion periphery 48 including an outer peripheral end portion 68ae (edge portion) at an outer peripheral edge portion in contact with the MEA 62a. The anode-side separator 66 is provided with a recess 66c that accommodates an edge portion periphery 48 including an outer peripheral end portion 70ae (edge portion) at an outer peripheral edge portion in contact with the MEA 62a.

図８に示すように、燃料電池６０の組立前において、保護フイルム付き電解質膜・電極構造体６２の発電部４６の厚さＴａｍ、カソード側セパレータ６４の前記発電部４６の厚さＴａｃ、アノード側セパレータ６６の前記発電部４６の厚さＴａａ、前記保護フイルム付き電解質膜・電極構造体６２のエッジ部周辺４８の厚さＴｂｍ、前記カソード側セパレータ６４の前記エッジ部周辺４８の厚さＴｂｃ及びアノード側セパレータ６６の前記エッジ部周辺４８の厚さＴｂａは、Ｔａｍ＋Ｔａｃ＋Ｔａａ＞Ｔｂｍ＋Ｔｂｃ＋Ｔｂａの関係に設定される。 As shown in FIG. 8, before assembling the fuel cell 60, the thickness Tam of the power generation unit 46 of the electrolyte membrane / electrode structure 62 with a protective film, the thickness Tac of the power generation unit 46 of the cathode separator 64, and the anode side The thickness Taa of the power generation part 46 of the separator 66, the thickness Tbm of the edge part periphery 48 of the electrolyte membrane / electrode structure 62 with the protective film, the thickness Tbc of the edge part periphery 48 of the cathode separator 64, and the anode The thickness Tba around the edge portion 48 of the side separator 66 is set such that Tam + Tac + Taa> Tbm + Tbc + Tba.

より好ましくは、Ｔａｍ×０．８＋Ｔａｃ＋Ｔａａ＞Ｔｂｍ＋Ｔｂｃ＋Ｔｂａの関係に設定される。さらに好ましくは、Ｔａｍ×０．６＋Ｔａｃ＋Ｔａａ＞Ｔｂｍ＋Ｔｂｃ＋Ｔｂａの関係に設定される。なお、燃料電池６０が締め付けられた状態では、発電部４６を含む前記燃料電池６０の厚さ（セル厚さ）は、エッジ部周辺４８を含む前記燃料電池６０の厚さ（セル厚さ）と同一の寸法になる。 More preferably, a relationship of Tam × 0.8 + Tac + Taa> Tbm + Tbc + Tba is set. More preferably, a relationship of Tam × 0.6 + Tac + Taa> Tbm + Tbc + Tba is set. In the state where the fuel cell 60 is tightened, the thickness (cell thickness) of the fuel cell 60 including the power generation unit 46 is equal to the thickness (cell thickness) of the fuel cell 60 including the edge portion periphery 48. It becomes the same size.

エッジ部周辺４８では、短尺側であるカソード電極６８の外周端部６８ａｅから凹部６４ｃ、６６ｃの内周側端部までの距離Ｌ３と、長尺側であるアノード電極７０の外周端部７０ａｅから前記凹部６４ｃ、６６ｃの外周側端部までの距離Ｌ４とが設定される。距離Ｌ３、Ｌ４は、好ましくは、０．１ｍｍ以上に設定され、さらに好ましくは、０．４ｍｍ以上に設定され、さらにまた好ましくは、２ｍｍ以上に設定される。 In the edge portion periphery 48, the distance L3 from the outer peripheral end portion 68ae of the cathode electrode 68 on the short side to the inner peripheral side end portions of the concave portions 64c and 66c, and the outer peripheral end portion 70ae of the anode electrode 70 on the long side. A distance L4 to the outer peripheral side end of the recesses 64c and 66c is set. The distances L3 and L4 are preferably set to 0.1 mm or more, more preferably set to 0.4 mm or more, and still more preferably set to 2 mm or more.

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、カソード側セパレータ６４には、エッジ部周辺４８を収容する凹部６４ｃが設けられるとともに、アノード側セパレータ６６には、前記エッジ部周辺４８を収容する凹部６６ｃが設けられている。このため、燃料電池６０は、所望の発電性能を有するとともに、エッジ部である外周端部６８ａｅ、７０ａｅによる固体高分子電解質膜１８の破損を良好に抑制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。 In the second embodiment configured as described above, as shown in FIG. 7, the cathode-side separator 64 is provided with a recess 64 c that accommodates the edge portion periphery 48, and the anode-side separator 66 has the edge described above. A recess 66 c that accommodates the peripheral portion 48 is provided. Therefore, the fuel cell 60 has the desired power generation performance and can favorably suppress the breakage of the solid polymer electrolyte membrane 18 due to the outer peripheral end portions 68ae and 70ae as the edge portions. The same effect as that of the first embodiment can be obtained.

図９は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池８０の要部断面説明図である。 FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a fuel cell 80 according to the third embodiment of the present invention.

燃料電池８０は、保護フイルム付き電解質膜・電極構造体１２と、前記保護フイルム付き電解質膜・電極構造体１２を挟持するカソード側セパレータ８２及びアノード側セパレータ８４とを備える。 The fuel cell 80 includes an electrolyte membrane / electrode structure 12 with a protective film, and a cathode side separator 82 and an anode side separator 84 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 12 with a protective film.

カソード側セパレータ８２は、ＭＥＡ１２ａに接する外周縁部に外周端部２０ａｅを含むエッジ部周辺４８を収容する凹部８２ｃを設ける。アノード側セパレータ８４は、ＭＥＡ１２ａに接する外周縁部に外周端部２２ａｅを含むエッジ部周辺４８を収容する凹部８４ｃを設ける。燃料電池８０の締め付け状態では、凹部８２ｃの内壁面とガス拡散層２０ｂとの間に隙間Ｓ１が形成される一方、凹部８４ｃの内壁面とガス拡散層２２ｂとの間に隙間Ｓ２が形成される。 The cathode-side separator 82 is provided with a concave portion 82c that accommodates the edge portion periphery 48 including the outer peripheral end portion 20ae at the outer peripheral edge portion in contact with the MEA 12a. The anode side separator 84 is provided with a concave portion 84c that accommodates the edge portion periphery 48 including the outer peripheral end portion 22ae at the outer peripheral edge portion in contact with the MEA 12a. In the tightened state of the fuel cell 80, a gap S1 is formed between the inner wall surface of the recess 82c and the gas diffusion layer 20b, while a gap S2 is formed between the inner wall surface of the recess 84c and the gas diffusion layer 22b. .

このように構成される第３の実施形態では、所望の発電性能を有するとともに、エッジ部である外周端部２０ａｅ、２２ａｅによる固体高分子電解質膜１８の破損を良好に抑制することが可能になる等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。 In the third embodiment configured as described above, the power generation performance is desired, and the breakage of the solid polymer electrolyte membrane 18 by the outer peripheral end portions 20ae and 22ae that are the edge portions can be satisfactorily suppressed. The same effects as those of the first and second embodiments are obtained.

図１０は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池９０の要部断面説明図である。 FIG. 10 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a fuel cell 90 according to the fourth embodiment of the present invention.

燃料電池９０は、保護フイルム付き電解質膜・電極構造体６２と、前記保護フイルム付き電解質膜・電極構造体６２を挟持するカソード側セパレータ９２及びアノード側セパレータ９４とを備える。 The fuel cell 90 includes an electrolyte membrane / electrode structure 62 with a protective film, and a cathode side separator 92 and an anode side separator 94 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 62 with a protective film.

カソード側セパレータ９２は、ＭＥＡ６２ａに接する外周縁部に外周端部６８ａｅを含むエッジ部周辺４８を収容する凹部９２ｃを設ける。アノード側セパレータ９４は、ＭＥＡ６２ａに接する外周縁部に外周端部７０ａｅを含むエッジ部周辺４８を収容する凹部９４ｃを設ける。燃料電池９０の締め付け状態では、凹部９２ｃの内壁面とガス拡散層６８ｂとの間に隙間Ｓ３が形成される一方、凹部９４ｃの内壁面とガス拡散層７０ｂとの間に隙間Ｓ４が形成される。 The cathode-side separator 92 is provided with a concave portion 92c that accommodates the edge portion periphery 48 including the outer peripheral end portion 68ae at the outer peripheral edge portion in contact with the MEA 62a. The anode side separator 94 is provided with a concave portion 94c that accommodates the edge portion periphery 48 including the outer peripheral end portion 70ae at the outer peripheral edge portion in contact with the MEA 62a. In the tightened state of the fuel cell 90, a gap S3 is formed between the inner wall surface of the recess 92c and the gas diffusion layer 68b, while a gap S4 is formed between the inner wall surface of the recess 94c and the gas diffusion layer 70b. .

このように構成される第４の実施形態では、所望の発電性能を有するとともに、エッジ部である外周端部６８ａｅ、７０ａｅによる固体高分子電解質膜１８の破損を良好に抑制することが可能になる等、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。 In the fourth embodiment configured as described above, the power generation performance is desired, and the breakage of the solid polymer electrolyte membrane 18 by the outer peripheral end portions 68ae and 70ae that are the edge portions can be satisfactorily suppressed. The same effects as those of the first to third embodiments are obtained.

１０、６０、８０、９０…燃料電池
１２、６２…保護フイルム付き電解質膜・電極構造体
１２ａ、６２ａ…ＭＥＡ
１４、１６、６４、６６、８２、８４、９２、９４…セパレータ
１４ｃ、１６ｃ、６４ｃ、６６ｃ、８２ｃ、８４ｃ、９２ｃ、９４ｃ…凹部
１８…固体高分子電解質膜２０、６８…カソード電極
２０ａ、２２ａ、６８ａ、７０ａ…電極触媒層
２０ａｅ、２２ａｅ、６８ａｅ、７０ａｅ…外周端部
２０ｂ、２２ｂ、６８ｂ、７０ｂ…ガス拡散層
２２、７０…アノード電極
２４ａ、２４ｂ、７２ａ、７２ｂ…保護フイルム
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３８…燃料ガス流路
４０…冷却媒体流路４６…発電部
４８…エッジ部周辺 10, 60, 80, 90 ... fuel cell 12, 62 ... electrolyte membrane / electrode structure 12a, 62a with protective film ... MEA
14, 16, 64, 66, 82, 84, 92, 94 ... Separator 14c, 16c, 64c, 66c, 82c, 84c, 92c, 94c ... Recess 18 ... Solid polymer electrolyte membrane 20, 68 ... Cathode electrodes 20a, 22a , 68a, 70a ... Electrode catalyst layers 20ae, 22ae, 68ae, 70ae ... Outer peripheral ends 20b, 22b, 68b, 70b ... Gas diffusion layers 22, 70 ... Anode electrodes 24a, 24b, 72a, 72b ... Protective film 30a ... Oxidizing agent Gas inlet communication hole 30b ... Oxidant gas outlet communication hole 32a ... Cooling medium inlet communication hole 32b ... Cooling medium outlet communication hole 34a ... Fuel gas inlet communication hole 34b ... Fuel gas outlet communication hole 36 ... Oxidant gas flow path 38 ... Fuel Gas channel 40 ... cooling medium channel 46 ... power generation unit 48 ... around edge

Claims

An electrolyte membrane / electrode structure in which a first electrode and a second electrode each having an electrode catalyst layer and a gas diffusion layer are provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane;
Separators disposed on both surfaces of the electrolyte membrane / electrode structure;
A fuel cell comprising:
The membrane electrode assembly is viewed clamping the solid polymer electrolyte membrane between the electrode catalyst layer of the first electrode of the electrode catalyst layer and the second electrode, and the power generation portion is a portion for performing power generation reaction ,
Look clamping the solid polymer electrolyte membrane between the conductive electrode catalyst layer peripheral edge of the second electrode and the electrode catalyst layer peripheral edge of the first electrode, and the edge portion is an outer portion of the power generating unit ,
Have
In the separator, a concave portion for accommodating the edge portion is formed on a surface in contact with the electrolyte membrane / electrode structure,
The edge portion is in direct contact with the inner surface of the separator that forms the recess, so that when the fuel cell is tightened, the tightening margin at the edge portion is set to a size smaller than the tightening margin at the power generation unit. The fuel cell characterized by the above-mentioned.

A fuel cell according to claim 1, the outer peripheral edge portion of the electrode catalyst layer constituting the first electrode is protruded to the electrode surface outward from the outer circumferential edge portion of the electrode catalyst layer constituting the second electrode A fuel cell, characterized in that the fuel cell is set to a size to be measured.

3. The fuel cell according to claim 1, wherein a protective film is provided on an outer periphery of the gas diffusion layer.

3. The fuel cell according to claim 1, wherein a protective film is provided between the solid polymer electrolyte membrane and the gas diffusion layer.

An electrolyte membrane / electrode structure in which a first electrode and a second electrode each having an electrode catalyst layer and a gas diffusion layer are provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane;
Separators disposed on both surfaces of the electrolyte membrane / electrode structure;
A fuel cell comprising:
The membrane electrode assembly is viewed clamping the solid polymer electrolyte membrane between the electrode catalyst layer of the first electrode of the electrode catalyst layer and the second electrode, and the power generation portion is a portion for performing power generation reaction ,
Look clamping the solid polymer electrolyte membrane between the conductive electrode catalyst layer peripheral edge of the second electrode and the electrode catalyst layer peripheral edge of the first electrode, and the edge portion is an outer portion of the power generating unit ,
Have
In the separator, a concave portion for accommodating the edge portion is formed on a surface in contact with the electrolyte membrane / electrode structure,
When the fuel cells are stacked, a gap is formed between the electrolyte membrane / electrode structure and the separator outside the edge portion in the electrode surface direction.