WO2012160779A1 - 燃料電池 - Google Patents

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WO2012160779A1
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fuel cell
conductive direction
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悟朗 藤田
博晶 鈴木
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1065—Polymeric electrolyte materials characterised by the form, e.g. perforated or wave-shaped
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell.
  • Fuel cells are devices that generate electrical energy from hydrogen and oxygen, and can achieve high power generation efficiency.
  • the main features of the fuel cell are direct power generation that does not go through the process of thermal energy and kinetic energy as in the conventional power generation method, so that high power generation efficiency can be expected even on a small scale, and there is little emission of nitrogen compounds, Noise and vibration are also small, so the environmental performance is good.
  • the fuel cell can effectively use the chemical energy of fuel and has environmentally friendly characteristics, so it is expected as an energy supply system for the 21st century, from space use to automobiles and portable devices. It is attracting attention as a promising new power generation system that can be used for various applications from large-scale power generation to small-scale power generation, and technological development is in full swing toward practical application.
  • the polymer electrolyte fuel cell is characterized by low operating temperature and high output density compared to other types of fuel cells.
  • mobile devices cell phones, notebook personal computers, PDAs, It is expected to be used for power sources such as MP3 players, digital cameras, electronic dictionaries, and electronic books.
  • a planar array type fuel cell in which a plurality of single cells are arranged in a planar shape is known.
  • a planar array type fuel cell a configuration is known in which a current collecting member for obtaining electrical continuity with the electrodes (anode and cathode) of each single cell is provided not on the exposed surface of the electrode but on the peripheral portion of the electrode.
  • the present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing a decrease in the conductivity of the electrode without impairing the power generation performance of the fuel cell.
  • the fuel cell includes a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane, an anode provided on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode provided on the other surface of the electrolyte membrane, and a peripheral portion of the membrane electrode assembly.
  • a thick film portion having a relatively large thickness is formed on the electrolyte membrane, and individual cracks formed on at least one of the anode and the cathode are formed on the electrolyte membrane.
  • the formation of cracks is limited by the thick film portion so that the sum of the lengths of the components in the conductive direction toward the current collector is larger than the sum of the lengths of the components orthogonal to the conductive direction. .
  • the deformation of the electrolyte membrane is suppressed by the thick film portion provided in the electrolyte membrane, and the crack generated in the electrode is formed in the conductive direction in the region between the adjacent thick film portions.
  • the crack generated in the electrode is formed in the conductive direction in the region between the adjacent thick film portions.
  • the thick film portions and the regions other than the thick film portions may be alternately arranged in the direction perpendicular to the conductive direction on the electrolyte membrane in the plane of the electrolyte membrane.
  • the thick film portion in the plane of the electrolyte membrane and the regions other than the thick film portion are alternately arranged in the direction perpendicular to the conductive direction on the electrolyte membrane, and on the line perpendicular to the conductive direction, the thick film portion
  • the maximum value Q of the length in which the other regions are continuous may be smaller than the length P of the electrolyte membrane in the conductive direction.
  • the maximum value R of the length of the continuous thick film portion may be smaller than the maximum value Q on the line orthogonal to the conductive direction in the plane of the electrolyte membrane.
  • the thick film portion is arranged in the conductive direction within the plane of the electrolyte membrane and is separated from one of the end portions, and the maximum value S of the separation distance is 1 of the maximum value Q or the length P of the electrolyte membrane in the conductive direction. / 3 may be smaller than the smaller one.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a structure of a fuel cell according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell along the line AA in FIG. 1.
  • FIG. 3A is a plan view showing the structure of the electrolyte membrane 22.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing the generation direction of cracks generated in a catalyst layer according to Embodiment 1.
  • 3 is a process diagram illustrating a method for producing a composite membrane used in the fuel cell according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a process diagram illustrating a method for producing a composite membrane used in the fuel cell according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a process diagram illustrating a method for producing a composite membrane used in the fuel cell according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a process diagram illustrating a method for producing a composite membrane used in the fuel cell according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a process diagram illustrating a method for producing a composite membrane used in the fuel cell according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a process diagram illustrating a method for producing a composite membrane used in the fuel cell according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a process diagram illustrating a method for producing a composite membrane used in the fuel cell according to Embodiment 1.
  • FIG. 11A is a plan view of the electrolyte membrane according to the second exemplary embodiment.
  • FIG. 11B is a plan view of the electrolyte membrane according to the second embodiment.
  • FIG. 12A is a plan view of the electrolyte membrane according to the second exemplary embodiment.
  • FIG. 12B is a plan view of the electrolyte membrane according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing the structure of the fuel cell according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG.
  • the fuel cell 10 includes a composite membrane 12, an anode housing 40, and a cathode housing in which a membrane electrode assembly (MEA, also referred to as a catalyst-coated proton exchange membrane (CCM)) 20 is incorporated. 42 is provided. Further, a sealing member 50 described later is provided on the peripheral edge of the composite film 12.
  • MEA membrane electrode assembly
  • CCM catalyst-coated proton exchange membrane
  • the composite film 12 includes a base material 14 and a plurality of membrane electrode assemblies 20.
  • the base material 14 is formed of an insulating material such as polyacrylate.
  • the base material 14 is provided with the same number of openings 16 as the membrane electrode assembly 20.
  • the membrane electrode assembly 20 includes an electrolyte membrane 22, an anode catalyst layer 24 provided on one surface of the electrolyte membrane 22, and a cathode catalyst layer 26 provided on the other surface of the electrolyte membrane 22.
  • the electrolyte membrane 22 is provided so as to fill the opening 16 provided in the base material 14. Hydrogen is supplied to the anode catalyst layer 24 as a fuel gas. On the other hand, air is supplied to the cathode catalyst layer 26 as an oxidant.
  • a cell is configured by sandwiching the electrolyte membrane 22 between the pair of anode catalyst layer 24 and cathode catalyst layer 26, and each cell generates power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the air.
  • the cathode catalyst layer 26 is paired with the anode catalyst layer 24, and a plurality of cells are formed in a planar shape.
  • the interconnector (current collecting member) 18 of the present embodiment is provided at the peripheral edge of the membrane electrode assembly 20, and is the main surface of the anode catalyst layer 24 on the side opposite to the electrolyte membrane 22 and the electrolyte membrane 22.
  • the cathode catalyst layer 26 on the opposite side is exposed without being covered with the interconnector 18.
  • the interconnector 18 is provided through the base material 14 between the adjacent membrane electrode assemblies 20.
  • the anode catalyst layer 24 covered with the electrolyte membrane 22 of one cell is provided so as to extend toward the interconnector 18, and the interconnector 18 and the electrolyte membrane 22 of one cell are connected to each other.
  • the substrate 14 in between is covered and connected to the interconnector 18.
  • the cathode catalyst layer 26 covered with the electrolyte membrane 22 of the other cell is provided to extend toward the interconnector 18, and the electrolyte membrane 22 of the interconnector 18 and the other cell is provided.
  • the base material 14 is covered with and connected to the interconnector 18.
  • the interconnector 18 is formed of a conductive material, and for example, carbon is used. With the above configuration, adjacent cells are connected in series by the interconnector 18.
  • the direction of the current flowing toward the interconnector 18 in the cathode catalyst layer 26 and the direction of the current flowing from the interconnector 18 toward the anode catalyst layer 24 are referred to as a conductive direction.
  • the electrolyte membrane 22 preferably exhibits good ionic conductivity in a wet state, and functions as an ion exchange membrane that moves protons between the anode catalyst layer 24 and the cathode catalyst layer 26.
  • the electrolyte membrane 22 is formed of a solid polymer material such as a fluorine-containing polymer or a non-fluorine polymer, and for example, a sulfonic acid type perfluorocarbon polymer, a polysulfone resin, a perfluorocarbon polymer having a phosphonic acid group or a carboxylic acid group. Etc. can be used.
  • sulfonic acid type perfluorocarbon polymer examples include Nafion (manufactured by DuPont: registered trademark) 112.
  • non-fluorine polymers include sulfonated aromatic polyetheretherketone and polysulfone.
  • FIG. 3A is a plan view showing the structure of the electrolyte membrane 22.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
  • the electrolyte membrane 22 is partially different in film thickness and has a thick film portion 23 having a relatively thick film thickness.
  • the thick film portion 23 is in the form of a strip formed at a predetermined interval along the conductive direction, and the conductive direction from one side L1 of the electrolyte membrane 22 extending in the direction intersecting the conductive direction. And extends to the other side L2 of the electrolyte membrane 22 extending in the direction intersecting with.
  • the thick film portion 23 is formed in a convex shape on both the anode side surface and the cathode side surface of the electrolyte membrane 22.
  • the thickness of the thick film portion 23 is, for example, 30 to 50 ⁇ m, and the thickness of the electrolyte membrane 22 other than the thick film portion 23 is, for example, 15 to 30 ⁇ m.
  • the thickness of the electrolyte membrane 22 is set to an optimum thickness for drawing out the performance of the fuel cell, and the thick film portion 23 is formed thicker than the electrolyte membrane 22 in a range that does not significantly impair the performance of the fuel cell.
  • the maximum value Q of the length in which the region other than the thick film portion 23 continues on the line orthogonal to the conductive direction in the plane of the electrolyte membrane 22 is smaller than the length P of the electrolyte membrane 22 in the conductive direction (P / Q> 1).
  • the maximum value Q corresponds to the distance between adjacent thick film portions 23.
  • the maximum value Q is the maximum length among the intervals between the adjacent thick film portions 23.
  • the maximum value R of the width in which the thick film portion 23 continues on the line orthogonal to the conductive direction is smaller than the maximum value Q (Q / R> 1).
  • the maximum value R is the width of the thick film portion 23 itself.
  • the maximum value R is the maximum width of the thick film portion 23.
  • the anode catalyst layer 24 and the cathode catalyst layer 26 have ion-exchange resin, catalyst particles, and possibly carbon particles.
  • the ion exchange resin included in the anode catalyst layer 24 and the cathode catalyst layer 26 connects the catalyst particles and the electrolyte membrane 22 and has a role of transmitting protons therebetween.
  • This ion exchange resin may be formed of the same polymer material as the electrolyte membrane 22.
  • catalyst metals include Sc, Y, Ti, Zr, V, Nb, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Pt, Os, Ir, alloys selected from lanthanoid series elements and actinoid series elements, A simple substance is mentioned.
  • acetylene black, ketjen black, carbon nanotubes or the like may be used as the carbon particles.
  • the ion exchange resin included in the anode catalyst layer 24 and the cathode catalyst layer 26 may have a smaller number of C—F bonds than the resin contained in the base material 14, for example, a hydrocarbon ion exchange resin. Good.
  • a fuel storage portion 37 for storing fuel is formed by the anode housing 40.
  • fuel supply port (not shown) in the anode housing 40, fuel can be appropriately replenished from a fuel cartridge or the like.
  • the cathode housing 42 is provided with an air intake 44 for taking in air from the outside.
  • the anode housing 40 and the cathode housing 42 are fastened by using fastening members (not shown) such as bolts and nuts via a sealing member 50 provided at the peripheral edge of the composite film 12. Thereby, pressure is applied to the sealing member 50 and the sealing performance by the sealing member 50 is enhanced.
  • an insulating protective layer 30a is provided around the anode catalyst layer 24, particularly on the base material 14 between the adjacent anode catalyst layers 24.
  • a protective layer 30 b is provided around the cathode catalyst layer 26, particularly on the base material 14 between the adjacent cathode catalyst layers 26.
  • the protective layers 30a and 30b may be collectively referred to as the protective layer 30.
  • the protective layer 30 for example, polyimide, Nafion, or the like can be used.
  • the insulating property between the adjacent membrane electrode assemblies 20 is enhanced by the protective layer 30. As a result, even if the gap between the adjacent membrane electrode assemblies 20, in other words, the adjacent cells is narrowed, occurrence of a short circuit between the adjacent cells is suppressed.
  • the deformation of the electrolyte membrane 22 is suppressed by providing the electrolyte membrane 22 with the thick film portion 23 having the above-described anisotropy, In the region between the adjacent thick film portions 23, it is limited to be formed in the conductive direction. In other words, a crack having anisotropy is formed such that the ratio of the conductive direction becomes longer than the ratio of the direction orthogonal to the conductive direction. For this reason, without using a member that does not contribute to power generation, it is possible to suppress the development of cracks in the direction orthogonal to the conductive direction in the electrode, and as a result, it is possible to more reliably secure the conductive path in the conductive direction.
  • FIGS. 5 to 10 are process diagrams showing a method of manufacturing the composite film 12 according to the first embodiment. 5 to 10, the left side (i) shows a plan view, and the right side (ii) shows a cross-sectional view along the line AA of the plan view.
  • a base material 14 is prepared.
  • the substrate 14 has a thickness of 20 to 150 ⁇ m.
  • the base material 14 for example, polyacrylate can be used.
  • a plurality of openings 16 and 17 are formed in the base material.
  • the opening 17 is formed between the adjacent openings 16.
  • the distance between the opening 16 and the opening 17 is 500 ⁇ m or less.
  • a technique such as laser processing using an infrared laser, a visible light laser, or an ultraviolet laser or a punching method using a mold can be used.
  • a protective layer 30a and a protective layer 30b are prepared.
  • the protective layer 30a is provided with an opening 31a corresponding to a region where the anode catalyst layer is provided.
  • the protective layer 30b is provided with an opening 31b corresponding to a region where the cathode is provided.
  • a method for producing the protective layers 30a and 30b for example, a method of providing an opening in a sheet-like protective layer using a laser or a mold can be cited.
  • the protective layer 30a and the protective layer 30b have shielding properties, heat resistance, and thermal conductivity with respect to a laser used in laser processing to be described later.
  • materials for the protective layer 30a and the protective layer 30b for example, A phenol resin, a polyimide, and a cellulose are mentioned.
  • a protective layer 30a is overlaid on one surface (anode formation side) of the substrate 14, and a protective layer 30b is disposed on the other surface (cathode formation side) of the substrate 14.
  • the protective layers 30a and 30b are bonded to the base material 14 using a hot press or the like.
  • the procedure for attaching the protective layer 30 having the opening formed in advance to the base material 14 is taken, but using a mask in which the region where the protective layer 30 is formed becomes an opening, A procedure of applying a resin as a material for the protective layer to the substrate 14 using a spray method or the like is also applicable.
  • a pedestal 300 having a groove 302 having a pattern corresponding to the thick film portion 23 of the electrolyte membrane 22 is prepared, and the base material 14 is positioned in a predetermined region of the pedestal 300. Put them together.
  • an electrolyte membrane 22 is formed in the opening 16 provided in the base material 14 (see FIG. 7A). Specifically, the opening 16 is filled with a Nafion solution. At this time, the groove 302 formed in the base 300 is also filled with the Nafion solution.
  • the electrolyte film 22 having the thick film portion 23 is formed by evaporating the solvent.
  • the surface tension acts on the Nafion solution, so that the thick film portion 23 becomes convex with respect to both main surfaces or one main surface of the electrolyte membrane 22.
  • an opening 17 (see FIG. 7 (B)) provided in the base material 14 is filled with a paste such as a carbon paste.
  • the interconnector 18 is formed by filling the paste and then drying it.
  • a catalyst layer 80 is formed along the longitudinal direction of the base material 14 so as to straddle the plurality of electrolyte membranes 22 on one surface side of the base material 14.
  • catalyst slurry is prepared by sufficiently stirring 10 g of water, 5 g of Nafion solution, 5 g of platinum black or platinum-supporting carbon, and 5 g of 1-propanol, and the catalyst layer 80 is formed by spraying this catalyst slurry.
  • the catalyst layer 82 is formed along the longitudinal direction of the base material 14 so as to straddle the plurality of electrolyte membranes 22 on the other main surface side of the base material 14.
  • the catalyst layer 82 is formed by spray coating the catalyst slurry described above.
  • a protective layer 30a located in a predetermined region of the catalyst layer 80 provided on one surface side of the base material 14, that is, a region sandwiched between adjacent electrolyte membranes 22.
  • the catalyst layer 80 corresponding to the above is partially removed using a laser such as an excimer laser (the width for removing the catalyst layer 80 is 1 to 500 ⁇ m, preferably 50 to 200 ⁇ m).
  • the protective layer 30a is exposed in a region sandwiched between the adjacent electrolyte membranes 22, and the anode catalyst layer 24 is formed.
  • a catalyst layer 82 corresponding to the protective layer 30b located in a predetermined region of the catalyst layer 82 provided on the other surface side of the base material 14, that is, a region sandwiched between the adjacent electrolyte membranes 22, is formed by an excimer laser or the like. Partial removal using a laser (the width for removing the catalyst layer 82 is 1 to 500 ⁇ m, preferably 50 to 200 ⁇ m). By dividing the catalyst layer 82, the protective layer 30b is exposed in a region sandwiched between the adjacent electrolyte membranes 22, and the cathode catalyst layer 26 is formed.
  • a YAG third high frequency laser or a YVO 4 fourth high frequency green laser having an oscillation wavelength of 180 nm or more and 550 nm or less may be used as the laser used for removing the catalyst layer.
  • the laser output only needs to be sufficient to completely remove the catalyst layer at the laser irradiation portion, and may be appropriately adjusted according to the material and thickness of the catalyst layer.
  • the base material 14 is protected by the protective layer 30a when the catalyst layer 80 is partially removed by laser processing, deterioration of the base material 14 is suppressed. Moreover, since the base material 14 is protected by the protective layer 30b when the catalyst layer 82 is partially removed by laser processing, the deterioration of the base material 14 is suppressed.
  • the composite membrane 12 incorporating the membrane electrode assembly 20 according to the first embodiment is produced.
  • the same process is performed on the anode and the cathode in each process, and then the next process is performed.
  • the process is performed on the cathode. May be applied.
  • the step of forming the protective layer 30 may be after the base material 14 is filled with the electrolyte membrane 22 in advance.
  • the thick film portion 23 of the electrolyte membrane 22 is formed in a linear strip shape, but the form of the thick film portion 23 is not limited to this and can take various forms. In the following embodiment, the thick film part 23 formed in the electrolyte membrane 22 is illustrated.
  • FIG. 11A is a plan view showing an electrolyte membrane 22 according to the second embodiment.
  • the thick film portions 23a and the thick film portions 23b are alternately formed at intervals in a direction orthogonal to the conductive direction.
  • the thick film portion 23a and the thick film portion 23b are in the form of a band in which a transverse region and a curved region extending in the conductive direction are combined.
  • One end of the thick film portion 23a (the end of the transverse region) reaches one side L1 of the electrolyte membrane 22 extending in the direction intersecting the conductive direction, and the other end of the thick film portion 23a.
  • End of the curved region is separated from the other side L2 of the electrolyte membrane 22 extending in a direction intersecting the conductive direction.
  • One end (the end of the transverse region) of the thick film portion 23b reaches the side L2, and the other end (the end of the curved region) of the thick film portion 23b is separated from the side L1.
  • the bending direction of the curved region of the thick film part 23a is opposite to the bending direction of the curved region of the thick film part 23b in the direction orthogonal to the conductive direction.
  • the distance between the end of the curved region of the thick film part 23a and the transverse region of the adjacent thick film part 23b is smaller than the distance between the transverse region of the thick film part 23a and the transverse region of the thick film part 23b. Yes. Further, the distance between the end of the curved region of the thick film part 23b and the transverse region of the adjacent thick film part 23a is narrower than the distance between the transverse region of the thick film part 23a and the transverse region of the thick film part 23b. It has become.
  • FIG. 11B is a plan view showing the electrolyte membrane 22 according to the third embodiment.
  • the thick film portion 23 has an S shape in which a transverse region and a curved region are combined, and one end portion thereof is close to the side L1 while being separated from the side L1. Further, the other end of the thick film portion 23 is close to the side L2 while being separated from the side L2.
  • the transverse regions of the thick film portion 23 are arranged in parallel at a predetermined interval.
  • FIG. 12A is a plan view showing the electrolyte membrane 22 according to the fourth embodiment.
  • the thick film portion 23a and the thick film portion 23b have a U shape in which two transverse regions and a curved region are combined, and the curved region of the thick film portion 23a is separated from the side L1. It is close to the side L1. Further, the two transverse regions of the thick film portion 23a extend from the curved region toward the side L2, and the end portions of the transverse region are separated from the side L2. Further, the curved region of the thick film portion 23b is close to the side L2 while being separated from the side L2.
  • the two transverse regions of the thick film portion 23b extend from the curved region toward the side L1, and the ends of the transverse region are separated from the side L1.
  • the transverse region of the thick film part 23a and the transverse region of the thick film part 23b are arranged so as to overlap in a direction orthogonal to the conductive direction.
  • Thick film portion 23 of Embodiments 2 to 4 does not extend from side L1 to side L2, and is separated from side L1 on side L1 side, separated from side L2 on side L2 side, or Both embodiments are different from the first embodiment in that the belt-like thick film portion 23 is curved.
  • the larger one of the maximum length S1 from the side L1 to the thick film portion 23 and the maximum length S2 from the side L2 to the thick film portion 23 in the conductive direction within the surface of the electrolyte membrane 22 is Q or P / 3.
  • the thick film portion 23 side does not need to extend from L1 to the side L2, and the thick film portion
  • the 23 transverse regions need not be linear.
  • the maximum value R in Embodiments 2 to 4 is defined as the maximum value of the width in which the thick film portion 23 continues on a line orthogonal to the conductive direction in a linear region extending in the conductive direction.
  • FIG. 12B is a plan view showing the electrolyte membrane 22 according to the fifth embodiment.
  • the thick film portion 23 of the present embodiment is in the form of a strip extending from the side L1 to the side L2, it is common to the electrolyte membrane 22 of the first embodiment, but the strip-shaped thick film portion 23 is wavy. This is different from the first embodiment.
  • the thick film portion 23 does not have to be linear as long as the relationship of P / Q> 1 or Q / R> 1 is satisfied.
  • the ratio of the conductive direction in both the anode catalyst layer 24 and the cathode catalyst layer 26 is dominant with respect to the ratio in the direction orthogonal to the conductive direction due to the thick film portion 23.
  • cracks having such anisotropy are formed, even if such cracks are formed in one of the anode catalyst layer 24 and the cathode catalyst layer 26, the above-described effects are exhibited.
  • the present invention can be used in the fuel cell field.

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Abstract

　膜電極体を構成する電解質膜２２に相対的に膜厚が厚い厚膜部２３が形成されている。厚膜部２３は導電方向に沿って所定の間隔で形成された帯状の形態であり、導電方向と交差する方向に延在する電解質膜２２の一方の辺Ｌ１から導電方向と交差する方向に延在する電解質膜２２の他方の辺Ｌ２にかけて延在している。厚膜部２３は、電解質膜２２のアノード側の面およびカソード側の面の両方に凸状に形成されている。

Description

燃料電池
　本発明は、燃料電池に関する。
　燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できること、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いことなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持っているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
　中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書、電子書籍）などの電源への利用が期待されている。携帯機器用の固体高分子形燃料電池としては、複数の単セルを平面状に配列した平面配列型の燃料電池が知られている。平面配列型の燃料電池として、各単セルの電極（アノードおよびカソード）との導通を得るための集電部材を電極の露出面ではなく、電極の周縁部分に設ける形態が知られている。
特開平１０－３１２８１５号公報 特開２００６－２５２９６７号公報
　このような形態の燃料電池では、電気化学反応に伴って生じる生成水によって電解質が膨潤するなどの理由により電解質が変形すると、電極にクラックが生じ、電極の導電性が低下するという課題がある。電極にクラックが発生することを防止する技術として、電解質膜に発電に寄与しない補強材を加えることで、電解質膜の変形を防止する技術が知られている（特許文献１、２参照）。ところが、発電に寄与しない補強材を用いて電解質の変形を防止しようとすると、補強材によって導電抵抗が増加するため、セルの発電性能が低下するという新たな課題が生じる。
　本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池の発電性能を損なうことなく、電極の導電性が低下することを抑制することができる技術の提供にある。
　本発明のある態様は、燃料電池である。当該燃料電池は、電解質膜と当該電解質膜の一方の面に設けられたアノードと電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを含む膜電極接合体と、膜電極接合体の周縁部に設けられた集電部と、を備え、電解質膜に膜厚が相対的に厚い厚膜部が形成されており、アノード、カソードの少なくとも一方の電極に形成された個々のクラックについて、電解質膜上における集電部に向かう導電方向の成分の長さの総和が、導電方向に直交する成分の長さの総和より大きくなるように、厚膜部によってクラックの形成が制限されていることを特徴とする。
　この態様の燃料電池によれば、電解質膜に設けた厚膜部により、電解質膜の変形が抑制され、電極に生じるクラックは、隣接する厚膜部の間の領域において、導電方向に形成されるように制限される。この結果、発電に寄与しない部材を用いることなく、電極において導電方向と直交する方向のクラックが進展することを抑制され、ひいては、導電方向の導電経路をより確実に確保することができる。
　上記態様の燃料電池において、電解質膜の面内で、厚膜部と厚膜部以外の各領域が、電解質膜上の導電方向に直交する方向に、交互に配置されていてもよい。電解質膜の面内の厚膜部と厚膜部以外の各領域が、電解質膜上の導電方向に直交する方向に交互に配置されている領域で、導電方向と直交する線上において、厚膜部以外の領域が連続する長さの最大値Ｑが、導電方向の電解質膜の長さＰより小さくてもよい。電解質膜の面内で導電方向と直交する線上において、厚膜部が連続する長さの最大値Ｒが、最大値Ｑより小さくてもよい。電解質膜の面内で導電方向に、厚膜部がいずれか一方の端部より離れて配置されており、離間距離の最大値Ｓが最大値Ｑまたは導電方向の電解質膜の長さＰの１／３のいずれか小さい方より小さくてもよい。
　なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
　本発明によれば、燃料電池の発電性能を損なうことなく、電極の導電性が低下することを抑制することができる。
実施の形態１に係る燃料電池の構造を示す分解斜視図である。 図１のＡ－Ａ線に沿った燃料電池の断面図である。 図３（Ａ）は、電解質膜２２の構造を示す平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。 実施の形態１に係る触媒層に生じるクラックの発生方向を示す平面図である。 実施の形態１に係る燃料電池に用いられる複合膜を作製する方法を示す工程図である。 実施の形態１に係る燃料電池に用いられる複合膜を作製する方法を示す工程図である。 実施の形態１に係る燃料電池に用いられる複合膜を作製する方法を示す工程図である。 実施の形態１に係る燃料電池に用いられる複合膜を作製する方法を示す工程図である。 実施の形態１に係る燃料電池に用いられる複合膜を作製する方法を示す工程図である。 実施の形態１に係る燃料電池に用いられる複合膜を作製する方法を示す工程図である。 図１１（Ａ）は実施の形態２に係る電解質膜の平面図である。図１１（Ｂ）は実施の形態２に係る電解質膜の平面図である。 図１２（Ａ）は実施の形態２に係る電解質膜の平面図である。図１２（Ｂ）は実施の形態２に係る電解質膜の平面図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
　（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１に係る燃料電池の構造を示す分解斜視図である。図２は、図１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図１および図２に示すように、燃料電池１０は、膜電極接合体（ＭＥＡ、触媒塗布プロトン交換膜（ＣＣＭ）ともいう）２０が組み込まれた複合膜１２、アノード用ハウジング４０およびカソード用ハウジング４２を備える。また、複合膜１２の周縁部に後述する封止部材５０が設けられている。
　複合膜１２は、基材１４および複数の膜電極接合体２０を含む。基材１４は、ポリアクリレートなどの絶縁性の材料により形成されている。基材１４には、膜電極接合体２０と同数の開口部１６が設けられている。
　膜電極接合体２０は、電解質膜２２、電解質膜２２の一方の面に設けられたアノード触媒層２４、電解質膜２２の他方の面に設けられたカソード触媒層２６を備える。電解質膜２２は、基材１４に設けられた開口部１６に充填するように設けられている。アノード触媒層２４には、燃料ガスとして水素が供給される。一方、カソード触媒層２６には酸化剤として空気が供給される。一対のアノード触媒層２４とカソード触媒層２６との間に電解質膜２２が挟持されることによりセルが構成され、各セルは水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する。
　このように、本実施の形態の燃料電池では、アノード触媒層２４にカソード触媒層２６が対となり、複数のセルが平面状に形成されている。
　本実施の形態のインターコネクタ（集電部材）１８は、膜電極接合体２０の周縁部に設けられており、電解質膜２２とは反対側のアノード触媒層２４の主表面および電解質膜２２とは反対側のカソード触媒層２６はインターコネクタ１８で被覆されずに露出している。具体的には、インターコネクタ１８は、隣接する膜電極接合体２０の間において、基材１４を貫通して設けられている。隣接するセルにおいて、一方のセルの電解質膜２２に被覆されたアノード触媒層２４は、インターコネクタ１８の方へ延在して設けられており、インターコネクタ１８と一方のセルの電解質膜２２との間の基材１４を被覆し、インターコネクタ１８に接続されている。また、隣接するセルにおいて、他方のセルの電解質膜２２に被覆されたカソード触媒層２６は、インターコネクタ１８の方へ延在して設けられており、インターコネクタ１８と他方のセルの電解質膜２２との間の基材１４を被覆し、インターコネクタ１８に接続されている。インターコネクタ１８は導電性の材料で形成され、たとえば、カーボンなどが用いられる。以上の構成により、隣接するセル同士はインターコネクタ１８により直列接続されている。
　なお、カソード触媒層２６においてインターコネクタ１８に向かって流れる電流の向き、および、インターコネクタ１８からアノード触媒層２４に向けて流れる電流の向きを導電方向とよぶ。
　電解質膜２２は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示すことが好ましく、アノード触媒層２４とカソード触媒層２６との間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。電解質膜２２は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２などが挙げられる。また、非フッ素重合体の例として、スルホン化された、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンなどが挙げられる。
　図３（Ａ）は、電解質膜２２の構造を示す平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。電解質膜２２は、膜厚が部分的に異なっており、相対的に膜厚が厚い厚膜部２３を有する。本実施の形態では、厚膜部２３は導電方向に沿って所定の間隔で形成された帯状の形態であり、導電方向と交差する方向に延在する電解質膜２２の一方の辺Ｌ１から導電方向と交差する方向に延在する電解質膜２２の他方の辺Ｌ２にかけて延在している。厚膜部２３は、電解質膜２２のアノード側の面およびカソード側の面の両方に凸状に形成されている。厚膜部２３の厚さは、たとえば、３０～５０μｍであり、厚膜部２３以外の電解質膜２２の厚さは、たとえば、１５～３０μｍである。電解質膜２２の厚さは燃料電池の性能を引き出すための最適な厚みに設定され、厚膜部２３は燃料電池の性能を著しく損ねない範囲において、電解質膜２２より厚く形成される。
　電解質膜２２の面内で導電方向と直交する線上において、厚膜部２３以外の領域が連続する長さの最大値Ｑは、導電方向の電解質膜２２の長さＰより小さい（Ｐ／Ｑ＞１）。本意実施の形態では、厚膜部２３の間隔が均等である場合には、最大値Ｑは隣接する厚膜部２３の間隔に相当する。また、厚膜部２３の間隔にばらつきがある場合には、最大値Ｑは隣接する厚膜部２３の間隔のうち、最大の長さとなる。また、導電方向と直交する線上において、厚膜部２３が連続する幅の最大値Ｒは、上記最大値Ｑより小さい（Ｑ／Ｒ＞１）。厚膜部２３の幅が均等である場合には、最大値Ｒは厚膜部２３の幅自体となる。また、厚膜部２３の幅にばらつきがある場合には、最大値Ｒは厚膜部２３の幅のうち、最大の幅となる。
　図１および図２に戻り、アノード触媒層２４およびカソード触媒層２６は、イオン交換樹脂ならびに触媒粒子、場合によって炭素粒子を有する。
　アノード触媒層２４およびカソード触媒層２６が有するイオン交換樹脂は、触媒粒子と電解質膜２２を接続し、両者間においてプロトンを伝達する役割を持つ。このイオン交換樹脂は、電解質膜２２と同様の高分子材料から形成されてよい。触媒金属としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｉｒ、ランタノイド系列元素やアクチノイド系列の元素の中から選ばれる合金や単体が挙げられる。また触媒を担持する場合には炭素粒子として、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。
　図４に例示するように、厚膜部２３では、電解質膜の変形が抑制されるため、アノード触媒層２４に生じるクラック２００は、隣接する厚膜部２３の間の領域において、導電方向に形成されるように制限される。このため、アノード触媒層２４に形成された個々のクラック２００の導電方向の成分をａｉとし、アノード触媒層２４に形成された個々のクラック２００の導電方向に直交する方向の成分をｂｉとすると、Σａｉ＞Σｂｉなる関係が成立している。また、図示しないが、カソード触媒層２６に生じるクラックについても、アノード触媒層２４と同様に、Σａｉ＞Σｂｉなる関係が成立している。
　なお、アノード触媒層２４およびカソード触媒層２６が有するイオン交換樹脂は、たとえば、炭化水素系イオン交換樹脂のように、基材１４に含まれる樹脂に比べてＣ－Ｆ結合の数が少なくてもよい。
　アノード用ハウジング４０により、燃料貯蔵用の燃料貯蔵部３７が形成されている。なお、アノード用ハウジング４０に燃料供給口（図示せず）を設置することにより、燃料カートリッジなどから燃料を適宜補充可能である。
　一方、カソード用ハウジング４２には、外部から空気を取り込むための空気取入口４４が設けられている。
　アノード用ハウジング４０とカソード用ハウジング４２とは、複合膜１２の周縁部に設けられた封止部材５０を介して、ボルト、ナットなどの締結部材（図示せず）を用いて締結されている。これにより、封止部材５０に圧力が加えられ、封止部材５０によるシール性が高められる。
　本実施の形態に係る複合膜１２では、アノード触媒層２４の周囲、特に隣接するアノード触媒層２４の間の基材１４の上に絶縁性の保護層３０ａが設けられている。また、カソード触媒層２６の周囲、特に隣接するカソード触媒層２６の間の基材１４の上に保護層３０ｂが設けられている。以下、保護層３０ａ、ｂをまとめて保護層３０という場合がある。保護層３０としては、たとえばポリイミド、ナフィオンなどを用いることができる。
　保護層３０により、隣接する膜電極接合体２０の間の絶縁性が高められている。この結果、隣接する膜電極接合体２０、言い換えると隣接するセルの間隔を狭めても、隣接するセル間で短絡が生じることが抑制される。
　本実施の形態の燃料電池によれば、電解質膜２２に上述したような異方性を有する厚膜部２３を設けることで、電解質膜２２の変形が抑制されるため、電極に生じるクラックは、隣接する厚膜部２３の間の領域において、導電方向に形成されるように制限される。言い換えると、導電方向の比率が導電方向に直交する方向の比率に対して長くになるような異方性を有するクラックが形成される。このため、発電に寄与しない部材を用いることなく、電極において導電方向と直交する方向のクラックが進展することを抑制でき、ひいては、導電方向の導電経路をより確実に確保することができる。
（複合膜の作製方法）
　実施の形態１に係る燃料電池に用いられる複合膜１２の作製方法について、図５乃至図１０を参照して説明する。図５乃至図１０は、実施の形態１に係る複合膜１２を作製する方法を示す工程図である。なお、図５乃至図１０において、左側（ｉ）に平面図を示し、右側（ｉｉ）に平面図のＡ－Ａ線に沿った断面図を示す。
　まず、図５（Ａ）に示すように、基材１４を用意する。基材１４の厚さは、２０～１５０μｍである。基材１４として、たとえば、ポリアクリレートを用いることができる。
　次に、図５（Ｂ）に示すように、基材に複数の開口部１６、１７を作製する。開口部１７は、隣接する開口部１６の間に形成される。開口部１６と開口部１７との間隔は５００μｍ以下である。開口部１６、１７を形成する方法として例えば、赤外レーザ、可視光レーザ、紫外レーザによるレーザ加工あるいは金型を用いた打ち抜き法などの手法を用いることができる。
　基材１４の準備と並行して、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、保護層３０ａ、保護層３０ｂを用意する。保護層３０ａには、アノード触媒層が設けられる領域に対応する開口部３１ａが設けられている。一方、保護層３０ｂには、カソードが設けられる領域に対応する開口部３１ｂが設けられている。保護層３０ａ、３０ｂの作製方法として、たとえば、シート状の保護層にレーザや金型を用いて開口部を設ける方法が挙げられる。なお、保護層３０ａおよび保護層３０ｂは、後述するレーザ加工の際に用いられるレーザに対する遮蔽性、耐熱性、熱伝導性を有することが好ましく、保護層３０ａおよび保護層３０ｂの材料として、たとえば、フェノール樹脂、ポリイミド、セルロースが挙げられる。
　次に、図７（Ａ）に示すように、基材１４の一方の面（アノード形成側）に保護層３０ａを重ね合わせ、基材１４の他方の面（カソード形成側）に保護層３０ｂを重ね合わせた後、ホットプレスなどを用いて基材１４に保護層３０ａ、ｂを接着する。なお、本作製方法では、開口部が予め形成された保護層３０を基材１４に貼り付ける手順が取られているが、保護層３０を形成する領域が開口となるようなマスクを用いて、保護層の材料となる樹脂をスプレー法などを用いて基材１４に塗布する手順も適用可能である。
　次に、図７（Ｂ）に示すように、電解質膜２２の厚膜部２３に対応したパターンの溝３０２が形成された台座３００を用意し、この台座３００の所定領域に基材１４を位置合わせして載置する。
　次に、図８（Ａ）に示すように、基材１４に設けられた開口部１６（図７（Ａ）参照）に電解質膜２２を形成する。具体的には、ナフィオン溶液を開口部１６に充填する。このとき、台座３００に形成された溝３０２にもナフィオン溶液を充填する。
　次に、図８（Ｂ）に示すように、溶媒を蒸発させることにより厚膜部２３を有する電解質膜２２を形成する。なお、溶媒が蒸発する過程で、ナフィオン溶液に表面張力が働くことにより、厚膜部２３は電解質膜２２の両主表面もしくは片側の主平面に対して凸になる。
　次に図９（Ａ）に示すように、基材１４に設けられた開口部１７（図７（Ｂ）参照）にたとえばカーボンペーストなどのペーストを充填させる。ペーストを充填した後に乾燥させることによりインターコネクタ１８が形成される。
　次に、図９（Ｂ）に示すように、基材１４の一方の面側において、複数の電解質膜２２を跨ぐように、基材１４の長手方向に沿って触媒層８０を形成する。具体的には、水１０ｇ、ナフィオン溶液５ｇ、白金ブラックまたは白金担持カーボン５ｇ、１－プロパノール５ｇを十分撹拌することにより触媒スラリーを調整し、この触媒スラリーをスプレー塗布することにより触媒層８０を形成する。同様に、基材１４の他方の主表面側において、複数の電解質膜２２を跨ぐように、基材１４の長手方向に沿って触媒層８２を形成する。具体的には、上述した触媒スラリーをスプレー塗布することにより触媒層８２を形成する。
　次に、図１０（Ａ）に示すように、基材１４の一方の面側に設けられた触媒層８０の所定領域、すなわち、隣接する電解質膜２２に挟まれた領域に位置する保護層３０ａに対応する触媒層８０をエキシマレーザなどのレーザを用いて部分的に除去する（触媒層８０を除去する幅は、１～５００μｍ好ましくは５０～２００μｍ）。触媒層８０が分断されることで、隣接する電解質膜２２に挟まれた領域に保護層３０ａが露出し、アノード触媒層２４が形成される。
　また、基材１４の他方の面側に設けられた触媒層８２の所定領域、すなわち、隣接する電解質膜２２に挟まれた領域に位置する保護層３０ｂに対応する触媒層８２をエキシマレーザなどのレーザを用いて部分的に除去する（触媒層８２を除去する幅は、１～５００μｍ好ましくは５０～２００μｍ）。触媒層８２が分断されることで、隣接する電解質膜２２に挟まれた領域に保護層３０ｂが露出し、カソード触媒層２６が形成される。
　なお、触媒層除去に用いるレーザにはエキシマレーザの他にその発振波長が１８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であるＹＡＧ第３高周波レーザやＹＶＯ４第４高周波グリーンレーザなどを用いてもよい。レーザの出力は、レーザ照射部分の触媒層を完全に除去するのに十分であればよく、触媒層の材質や厚さに応じて適宜調整すればよい。
　これによれば、レーザ加工により触媒層８０を部分的に除去する際に、基材１４が保護層３０ａにより保護されるため、基材１４の劣化が抑制される。また、レーザ加工により触媒層８２を部分的に除去する際に、基材１４が保護層３０ｂにより保護されるため、基材１４の劣化が抑制される。
　以上の製造工程により、実施の形態１に係る膜電極接合体２０が組み込まれた複合膜１２が作製される。なお、上述した製造工程では、各工程でアノードおよびカソードに同様な工程を実施した後、次の工程に移行しているが、たとえば、アノードに一連の工程を施した後、カソードに一連の工程を施してもよい。また、保護層３０を形成する工程は、基材１４に電解質膜２２を予め充填させた後でもよい。
（電解質膜に形成される厚膜部の形態）
　実施の形態１では、電解質膜２２の厚膜部２３は直線的な帯状に形成されているが、厚膜部２３の形態はこれに限られず、様々な形態を取りうる。以下の実施の形態では、電解質膜２２に形成される厚膜部２３について例示する。
（実施の形態２）
　図１１（Ａ）は、実施の形態２に係る電解質膜２２を示す平面図である。本実施の形態では、厚膜部２３ａと厚膜部２３ｂが導電方向と直交する方向に間隔を置いて交互に形成されている。厚膜部２３ａおよび厚膜部２３ｂは、導電方向に延在する横断領域と湾曲領域が組み合わされた帯状の形態である。厚膜部２３ａの一方の端部（横断領域の端部）は、導電方向と交差する方向に延在する電解質膜２２の一方の辺Ｌ１に達しており、厚膜部２３ａの他方の端部（湾曲領域の端部）は、導電方向と交差する方向に延在する電解質膜２２の他方の辺Ｌ２と離間している。厚膜部２３ｂの一方の端部（横断領域の端部）は、辺Ｌ２に達しており、厚膜部２３ｂの他方の端部（湾曲領域の端部）は、辺Ｌ１と離間している。また、厚膜部２３ａの湾曲領域の湾曲の向きは、導電方向と直交する方向において、厚膜部２３ｂの湾曲領域の湾曲の向きと反対側になっている。厚膜部２３ａの湾曲領域の端部と、隣接する厚膜部２３ｂの横断領域との間隔が、厚膜部２３ａの横断領域と厚膜部２３ｂの横断領域との間隔に比べて狭くなっている。また、厚膜部２３ｂの湾曲領域の端部と、隣接する厚膜部２３ａの横断領域との間隔が、厚膜部２３ａの横断領域と厚膜部２３ｂの横断領域との間隔に比べて狭くなっている。
（実施の形態３）
　図１１（Ｂ）は、実施の形態３に係る電解質膜２２を示す平面図である。本実施の形態では、厚膜部２３は横断領域と湾曲領域とが組み合わされたＳ字形状をなしており、その一方の端部は辺Ｌ１と離間した状態で辺Ｌ１に近接している。また、厚膜部２３の他方の端部は辺Ｌ２と離間した状態で辺Ｌ２に近接している。厚膜部２３の横断領域は所定の間隔で並設されている。
（実施の形態４）
　図１２（Ａ）は、実施の形態４に係る電解質膜２２を示す平面図である。本実施の形態では、厚膜部２３ａおよび厚膜部２３ｂは２つの横断領域と湾曲領域とが組み合わされたＵ字形状をなしており、厚膜部２３ａの湾曲領域は辺Ｌ１と離間した状態で辺Ｌ１に近接している。また、厚膜部２３ａの２つの横断領域は湾曲領域から辺Ｌ２の方へ延在し、横断領域の端部は辺Ｌ２と離間している。また、厚膜部２３ｂの湾曲領域は辺Ｌ２と離間した状態で辺Ｌ２に近接している。厚膜部２３ｂの２つの横断領域は湾曲領域から辺Ｌ１の方へ延在し、横断領域の端部は辺Ｌ１と離間している。厚膜部２３ａの横断領域と、厚膜部２３ｂの横断領域とは、導電方向に直交する方向で重畳するように配置されている。
　実施の形態２乃至４の厚膜部２３は辺Ｌ１から辺Ｌ２まで延在せず、辺Ｌ１側において辺Ｌ１から離れていること、辺Ｌ２側において辺Ｌ２から離れていることの一方、または両方の形態を有し、帯状の厚膜部２３が湾曲している点で実施の形態１と異なる。電解質膜２２の面内で導電方向に辺Ｌ１から厚膜部２３まで最大の長さＳ１と、辺Ｌ２から厚膜部２３まで最大の長さＳ２のうち大きい方が、ＱまたはＰ／３の小さい方より小さい（ｍａｘ（Ｓ１,Ｓ２）＞ｍｉｎ（Ｑ，Ｐ／３））条件を満たし、Ｓ１からＳ２の範囲で厚膜部２３の横断領域が、導電方向に直交する方向で重畳する範囲において、実施の形態１で説明したように、Ｐ／Ｑ＞１やＱ／Ｒ＞１という関係を満たせば、厚膜部２３辺がＬ１から辺Ｌ２に延在する必要はなく、厚膜部２３の横断領域は直線状である必要もない。実施の形態２乃至４によれば、実施の形態１に比べて、電解質膜２２において厚膜部２３が占める領域を低減することができるため、発電性能をより損なうことなく、実施の形態１で説明したような、導電方向のクラック進展抑制効果を得ることができる。なお、実施の形態２乃至４における最大値Ｒは、導電方向に延在する直線領域において、導電方向と直交する線上で厚膜部２３が連続する幅の最大値として定義される。
（実施の形態５）
　図１２（Ｂ）は、実施の形態５に係る電解質膜２２を示す平面図である。本実施の形態の厚膜部２３が辺Ｌ１から辺Ｌ２に延在する帯状の形態である点では、実施の形態１の電解質膜２２と共通するが、帯状の厚膜部２３がうねっている点で実施の形態１と異なる。このように、実施の形態１で説明したように、Ｐ／Ｑ＞１やＱ／Ｒ＞１という関係を満たせば、厚膜部２３は直線状である必要はない。
　本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
　たとえば、上述の各実施の形態では、アノード触媒層２４およびカソード触媒層２６の両方に厚膜部２３に起因して導電方向の比率が導電方向に直交する方向の比率に対して優勢になるような異方性を有するクラックが形成されているが、このようなクラックは、アノード触媒層２４、カソード触媒層２６のいずれか一方に形成されている場合でも、上述したような効果を奏する。
１０　燃料電池、１２　複合膜、１４　基材、１６　開口部、１７　開口部、１８　インターコネクタ、２０　膜電極接合体、２２　電解質膜、２３　厚膜部、２４　アノード触媒層、２６　カソード触媒層、３０　保護層、３１　開口部、３７　燃料貯蔵部、４０　アノード用ハウジング、４２　カソード用ハウジング、４４　空気取入口、５０　封止部材、８０　触媒層、８２　触媒層
　本発明は、燃料電池分野で利用可能である。

Claims (5)

  1. 　電解質膜と前記電解質膜の一方の面に設けられたアノードと前記電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを含む膜電極接合体と、
    　前記膜電極接合体の周縁部に設けられた集電部と、
    　を備え、
    　前記電解質膜に膜厚が相対的に厚い厚膜部が形成されており、
    　前記アノード、前記カソードの少なくとも一方の電極に形成された個々のクラックについて、電解質膜上における前記集電部に向かう導電方向の成分の長さの総和が、前記導電方向に直交する成分の長さの総和より大きくなるように、前記厚膜部によってクラックの形成が制限されていることを特徴とする燃料電池。
  2. 　前記電解質膜の面内で、前記厚膜部と厚膜部以外の各領域が、電解質膜上の前記導電方向に直交する方向に、交互に配置されている請求項１に記載の燃料電池。
  3. 　前記電解質膜の面内の前記厚膜部と厚膜部以外の各領域が、電解質膜上の前記導電方向に直交する方向に交互に配置されている領域で、前記導電方向と直交する線上において、厚膜部以外の領域が連続する長さの最大値Ｑが、前記導電方向の電解質膜の長さＰより小さい請求項２に記載の燃料電池。
  4. 　前記電解質膜の面内で前記導電方向と直交する線上において、厚膜部が連続する長さの最大値Ｒが、前記最大値Ｑより小さい請求項３に記載の燃料電池。
  5. 　前記電解質膜の面内で前記導電方向に、前記厚膜部がいずれか一方の端部より離れて配置されており、離間距離の最大値Ｓが前記最大値Ｑまたは前記導電方向の電解質膜の長さＰの１／３のいずれか小さい方より小さい請求項４に記載の燃料電池。
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