(57)【要約】燃料電池における電解質膜の劣化を抑制する技術を提供する。燃料電池１００は、膜電極接合体５を備える。膜電極接合体５は、プロトン伝導性を有する電解質膜１の両側に電極２が配置された発電体である。電極２は、触媒が担持された触媒層２ｃと、反応ガスを電極面に行き渡らせるためのガス拡散層２ｇとが積層された積層構造を有する。ガス拡散層２ｇの外周端部は、触媒層２ｃの外周端より内側に入り込んでいる。
2012035591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の両側に配置された第１と第２の電極層と、
を備え、
前記第１と第２の電極層は、前記電解質膜に接して配置された触媒層と、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有しており、
前記第１と第２の電極層のうちの少なくとも前記第１の電極層は、前記触媒層の前記ガス拡散層側の面より、前記ガス拡散層の前記触媒層側の面を小さくすることにより、前記ガス拡散層の外周端が、前記触媒層の外周端より内側に入り込んでいる、膜電極接合体。
【請求項２】
請求項１記載の膜電極接合体であって、
前記ガス拡散層は、繊維基材により構成されており、
前記第１と第２の電極層のうちの少なくとも前記第１の電極層には、前記触媒層と前記ガス拡散層との間に撥水層が設けられ、
前記撥水層は、前記ガス拡散層の外周端の端面の少なくとも一部を被覆している、膜電極接合体。
【請求項３】
請求項２記載の膜電極接合体であって、
前記撥水層は、撥水性樹脂を主成分とする撥水性薄膜により構成されている、膜電極接合体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜電極接合体であって、
前記第１と第２の電極層の少なくとも一方には、発電領域の周縁部に、前記ガス拡散層と前記触媒層との乖離を抑制するための接着部材が配置されている、膜電極接合体。
【請求項５】
請求項４記載の膜電極接合体であって、
前記接着部材は、少なくとも前記第１の電極層において、前記ガス拡散層の外周端より外側に突出している前記触媒層の外周端への反応ガスの拡散を抑制するために、前記触媒層の外周端より内側に入り込んでいる前記ガス拡散層の外周端に沿った周状の領域において、前記触媒層および前記ガス拡散層の内部に含浸されている、膜電極接合体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の膜電極接合体であって、
前記第１と第２の電極層のうちの少なくとも前記第２の電極層には、前記触媒層の前記ガス拡散層の外周端より突出した前記ガス拡散層側の面が前記ガス拡散層側に折り曲げられて形成された、前記触媒層と前記ガス拡散層との乖離を抑制する係止部が設けられている、膜電極接合体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の膜電極接合体であって、
前記第２の電極層には、前記ガス拡散層の外周端において、前記ガス拡散層の前記触媒層の外周端より突出した部位を前記触媒層側に折り曲げた、前記触媒層と前記ガス拡散層との乖離を抑制する係止部が設けられている、膜電極接合体。
【請求項８】
請求項６記載の膜電極接合体であって、
前記電解質膜の外周端部は、前記ガス拡散層の外側に突出するとともに、前記第１の電極層側の面と前記第２の電極層側の面とが、前記電解質膜の厚み方向に沿った二方向に分離して、前記第１と第２の電極層のそれぞれの側に折り曲げられており、
前記第１と第２の電極層における前記触媒層の外周端には、前記ガス拡散層側の面が、前記ガス拡散層の外側において、前記電解質膜の外周端部とともに、前記ガス拡散層に向かって折り曲げられた、前記触媒層と前記ガス拡散層との乖離を抑制するための係止部が設けられている、膜電極接合体。
【請求項９】
燃料電池であって、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の膜電極接合体を備える、燃料電池。
【請求項１０】
電解質膜に接するように配置された触媒層と、繊維基材によって構成され、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有する電極層を備える燃料電池用の膜電極接合体の製造方法であって、
（ａ）前記ガス拡散層の基材である繊維基材を準備する工程と、
（ｂ）前記繊維基材の一方の面に撥水層を形成する工程と、
（ｃ）前記ガス拡散層の外周端が前記触媒層の外周端より内側に入り込むように、前記繊維基材の外周端を切断する工程と、
（ｄ）前記電解質膜に予め形成された前記触媒層に、前記触媒層と前記撥水層とが接するように、前記繊維基材を重ねて接合し、前記電極層を形成する工程と、
を備え、
前記工程（ｄ）は、前記繊維基材を切断する切断線上を切断前に予め押圧することにより、前記繊維基材の表面に前記撥水層が前記繊維基材の内側へと入り込んだ溝部を形成し、前記溝部に沿って、前記繊維基材を切断する工程を含む、製造方法。
【請求項１１】
電解質膜に接するように配置された触媒層と、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有する電極層を備える燃料電池用の膜電極接合体の製造方法であって、
（ａ）一方の面に前記触媒層が形成された電解質膜を準備する工程と、
（ｂ）前記ガス拡散層の基材として、前記触媒層よりサイズが小さい繊維基材を準備する工程と、
（ｃ）前記触媒層の外周端より前記繊維基材の外周端が内側となるように、前記触媒層の上に前記繊維基材を配置する工程と、
（ｄ）前記触媒層と前記繊維基材とを、前記電解質膜とともにホットプレスすることにより接合するとともに、前記電解質膜と前記触媒層の熱収縮による変形を利用して、前記触媒層と前記電解質膜の前記繊維基材の外側に突出した部位を、前記繊維基材側に折り曲がらせて、前記触媒層と前記繊維基材との乖離を抑制する係止部を設ける工程と、
を備える、製造方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の製造方法であって、
前記工程（ｄ）は、前記触媒層と前記繊維基材とが積層配置された第１と第２の電解質膜を準備し、前記第１と第２の電解質膜同士を重ねてホットプレスすることにより、前記触媒層と前記繊維基材とを接合するとともに、前記第１と第２の電解質膜同士を接合する工程を含む、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池としては、プロトン伝導性を有する電解質膜の両側に電極が配置された膜電極接合体を備えるものが知られている。電極は、反応ガスを電極面全体に行き渡らせるためのガス拡散層と、燃料電池反応を促進させるための触媒が担持された触媒層とを有する（下記特許文献１）。【０００３】
ところで、燃料電池の発電の際には、反応ガスである水素や酸素がそれぞれ電解質膜を透過して、供給された側の電極とは反対側の電極へと移動してしまう場合がある。この場合には、膜電極接合体の同じ電極の側に水素と酸素とが存在することとなり、それらの水素と酸素とが互いに反応して過酸化水素が生成されてしまう可能性がある。過酸化水素がラジカル化した過酸化水素ラジカルは、電解質膜を劣化させる原因となることが知られている。【０００４】
また、ガス拡散層は、一般に、導電性を有する繊維基材によって構成される場合があるが、繊維基材の外表面、特に、その端部には微細な突起である毛羽が存在する。膜電極接合体では、その毛羽が電解質膜に突き刺さり、電解質膜を損傷させてしまう場合があった。これまで、こうした電解質膜の劣化を抑制することについて十分な工夫がなされてこなかったのが実情であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１３８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、燃料電池における電解質膜の劣化を抑制する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。【０００８】
［適用例１］
燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、電解質膜と、前記電解質膜の両側に配置された第１と第２の電極層と、を備え、前記第１と第２の電極層は、前記電解質膜に接して配置された触媒層と、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有しており、前記第１と第２の電極層のうちの少なくとも前記第１の電極層は、前記触媒層の前記ガス拡散層側の面より、前記ガス拡散層の前記触媒層側の面を小さくすることにより、前記ガス拡散層の外周端が、前記触媒層の外周端より内側に入り込んでいる、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、ガス拡散層の外周端が触媒層の外周端より内側に入り込むことにより、ガス拡散層と電解質膜とが直接的に接触することが抑制されている。そのため、ガス拡散層において発生した過酸化水素ラジカルが、電解質膜に到達する前に触媒層を通過することとなり、過酸化水素ラジカルを触媒層において消滅させることができる。従って、過酸化水素ラジカルによる電解質膜の劣化を抑制できる。また、触媒層を、ガス拡散層の端部から電解質膜を保護するための保護層として機能させることができる。【０００９】
［適用例２］
適用例１記載の膜電極接合体であって、前記ガス拡散層は、繊維基材により構成されており、前記第１と第２の電極層のうちの少なくとも第１の電極層には、前記触媒層と前記ガス拡散層との間に撥水層が設けられ、前記撥水層は、前記ガス拡散層の外周端の端面の少なくとも一部を被覆している、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、ガス拡散層の触媒層側の面と外周端面に存在する毛羽が、撥水層によって被覆されるため、ガス拡散層の基材外表面に存在する毛羽から電解質膜を保護することができる。特に、ガス拡散層の外周端部には多数の毛羽が存在するため、ガス拡散層の外周端部が撥水層によって被覆されることによって、電解質膜の保護効果がより向上する。【００１０】
［適用例３］
適用例２記載の膜電極接合体であって、前記撥水層は、撥水性樹脂を主成分とする撥水性薄膜により構成されている、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、撥水層である撥水性薄膜によって、ガス拡散層の外表面の毛羽を被覆することができ、電解質膜を、より確実に保護することができる。【００１１】
［適用例４］
適用例１〜３のいずれか一つに記載の膜電極接合体であって、前記第１と第２の電極層の少なくとも一方には、発電領域の周縁部に、前記ガス拡散層と前記触媒層との乖離を抑制するための接着部材が配置されている、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、ガス拡散層と触媒層との乖離が抑制されるため、反応ガスのリークの発生を抑制でき、電解質膜および電極の劣化を抑制できる。【００１２】
［適用例５］
適用例４記載の膜電極接合体であって、前記接着部材は、少なくとも前記第１の電極層において、前記ガス拡散層の外周端より外側に突出している前記触媒層の外周端への反応ガスの拡散を抑制するために、前記触媒層の外周端より内側に入り込んでいる前記ガス拡散層の外周端に沿った周状の領域において、前記触媒層および前記ガス拡散層の内部に含浸されている、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、接着部材によって、ガス拡散層の外周端から突出している触媒層の外周端への反応ガスの拡散が抑制され、触媒層の外周端において反応熱が発生することが抑制される。そのため、当該触媒層の外周端における部位から電解質膜へと反応熱が移動することが抑制され、反応熱による電解質膜の劣化が抑制される。【００１３】
［適用例６］
適用例１〜５のいずれか一つに記載の膜電極接合体であって、前記第１と第２の電極層のうちの少なくとも前記第２の電極層には、前記触媒層の前記ガス拡散層の外周端より突出した前記ガス拡散層側の面が前記ガス拡散層側に折り曲げられて形成された、前記触媒層と前記ガス拡散層との乖離を抑制する係止部が設けられている、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、ガス拡散層の外周端から突出した触媒層の部位を利用して、ガス拡散層と触媒層との乖離を抑制するための係止部が設けられているため、ガス拡散層と触媒層との乖離を効率よく抑制することができる。【００１４】
［適用例７］
適用例１〜６のいずれか一つに記載の膜電極接合体であって、前記第２の電極層には、前記ガス拡散層の外周端において、前記ガス拡散層の前記触媒層の外周端より突出した部位を前記触媒層側に折り曲げた、前記触媒層と前記ガス拡散層との乖離を抑制する係止部が設けられている、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、ガス拡散層の触媒層より突出した部位を利用して、ガス拡散層と触媒層との乖離を抑制するための係止部が設けられるため、ガス拡散層と触媒層との乖離を効率よく抑制することができる。【００１５】
［適用例８］
適用例６記載の膜電極接合体であって、前記電解質膜の外周端部は、前記ガス拡散層の外側に突出するとともに、前記第１の電極層側の面と前記第２の電極層側の面とが、前記電解質膜の厚み方向に沿った二方向に分離して、前記第１と第２の電極層のそれぞれの側に折り曲げられており、前記第１と第２の電極層における前記触媒層の外周端には、前記ガス拡散層側の面が、前記ガス拡散層の外側において、前記電解質膜の外周端部とともに、前記ガス拡散層に向かって折り曲げられた、前記触媒層と前記ガス拡散層との乖離を抑制するための係止部が設けられている、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、２つの電極層の外周端に電解質膜と触媒層とを利用した係止部が設けられることにより、ガス拡散層と触媒層との乖離が効率よく、かつ、確実に抑制される。また、その係止部により、膜電極接合体の一体性が向上する。【００１６】
［適用例９］
燃料電池であって、請求項１〜８のいずれか一項に記載の膜電極接合体を備える、燃料電池。
この燃料電池によれば、膜電極接合体の電解質膜の劣化が抑制されているため、燃料電池の耐久性が向上する。【００１７】
［適用例１０］
電解質膜に接するように配置された触媒層と、繊維基材によって構成され、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有する電極層を備える燃料電池用の膜電極接合体の製造方法であって、
（ａ）前記ガス拡散層の基材である繊維基材を準備する工程と、
（ｂ）前記繊維基材の一方の面に撥水層を形成する工程と、
（ｃ）前記ガス拡散層の外周端が前記触媒層の外周端より内側に入り込むように、前記繊維基材の外周端を切断する工程と、
（ｄ）前記電解質膜に予め形成された前記触媒層に、前記触媒層と前記撥水層とが接するように、前記繊維基材を重ねて接合し、前記電極層を形成する工程と、
を備え、
前記工程（ｄ）は、前記繊維基材を切断する切断線上を切断前に予め押圧することにより、前記繊維基材の表面に前記撥水層が前記繊維基材の内側へと入り込んだ溝部を形成し、前記溝部に沿って、前記繊維基材を切断する工程を含む、製造方法。
この製造方法によれば、ガス拡散層の基材の外周端面および触媒層側の面が撥水層によって被覆されるとともに、ガス拡散層の基材の外周端面の毛羽立ちが触媒層とは反対の側へと向くように整えられる。そのため、ガス拡散層の基材表面の毛羽による電解質膜の損傷が抑制される。また、この製造方法により製造された膜電極接合体によれば、ガス拡散層の触媒層側の面が触媒層のガス拡散層側の面より小さくなるため、ガス拡散層と電解質膜とが直接的に接触することを抑制でき、過酸化水素ラジカルによる電解質膜の劣化を抑制できる。【００１８】
［適用例１１］
電解質膜に接するように配置された触媒層と、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有する電極層を備える燃料電池用の膜電極接合体の製造方法であって、
（ａ）一方の面に前記触媒層が形成された電解質膜を準備する工程と、
（ｂ）前記ガス拡散層の基材として、前記触媒層よりサイズが小さい繊維基材を準備する工程と、
（ｃ）前記触媒層の外周端より前記繊維基材の外周端が内側となるように、前記触媒層の上に前記繊維基材を配置する工程と、
（ｄ）前記触媒層と前記繊維基材とを、前記電解質膜とともにホットプレスすることにより接合するとともに、前記電解質膜と前記触媒層の熱収縮による変形を利用して、前記触媒層と前記電解質膜の前記繊維基材の外側に突出した部位を、前記繊維基材側に折り曲がらせて、前記触媒層と前記繊維基材との乖離を抑制する係止部を設ける工程と、
を備える、製造方法。
この製造方法によれば、ホットプレスによる熱収縮に伴う変形を利用して、触媒層とガス拡散層との乖離を抑制するための係止部を、膜電極接合体に設けることができる。従って、触媒層とガス拡散層との乖離が抑制された膜電極接合体を、効率よく製造することができる。【００１９】
［適用例１２］
適用例１１記載の製造方法であって、前記工程（ｄ）は、前記触媒層と前記繊維基材とが積層配置された第１と第２の電解質膜を準備し、前記第１と第２の電解質膜同士を重ねてホットプレスすることにより、前記触媒層と前記繊維基材とを接合するとともに、前記第１と第２の電解質膜同士を接合する工程を含む、製造方法。
この製造方法によれば、膜電極接合体の２つの電極層に、電解質膜と触媒層の外周端を利用した係止部を、効率よく設けることができる。【００２０】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池用の膜電極接合体、その膜電極接合体を用いた燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】燃料電池の構成を示す概略図。
【図２】参考例として膜電極接合体の構成を示す概略図と、膜電極接合体における電解質膜の劣化を説明するための模式図。
【図３】参考例としての膜電極接合体の構成を示す概略図と、保護シートを設けたことによる電解質膜の損傷を説明するための模式図。
【図４】膜電極接合体において電解質膜の劣化が抑制される効果を説明するための模式図。
【図５】第２実施例としての燃料電池の構成を示す概略図。
【図６】電極の形成工程を工程順に示す模式図。
【図７】ガス拡散層の基材の端部を示す模式図。
【図８】第２実施例の他の構成例としての膜電極接合体の外周端部を示す模式図。
【図９】第３実施例としての燃料電池の構成を示す概略図。
【図１０】第４実施例としての燃料電池の構成を示す概略図。
【図１１】第５実施例としての燃料電池の構成を示す概略図。
【図１２】２つの電極のそれぞれにおける接着部材の含浸領域を示す概略図。
【図１３】ガス拡散層と触媒層との乖離による不具合を説明するための模式図。
【図１４】接着部材による膜電極接合体の劣化の抑制機能を説明するための模式図。
【図１５】第５実施例の他の構成例としての燃料電池の構成を示す概略図。
【図１６】第６実施例としての燃料電池の構成を示す概略図。
【図１７】係止部の形成工程を工程順に示す模式図。
【図１８】係止部の他の形成工程を工程順に示す模式図。
【図１９】第６実施例の他の構成例としての燃料電池の構成を示す概略図。
【図２０】第６実施例の他の構成例としての燃料電池の構成を示す概略図。
【図２１】２種類の係止部の形成工程を工程順に示す模式図。
【図２２】第６実施例の他の構成例としての燃料電池の構成を示す概略図。
【図２３】第６実施例の他の構成例としての燃料電池の構成を示す概略図。
【図２４】第７実施例としての燃料電池の構成を示す概略図。
【図２５】第７実施例の膜電極接合体の製造工程を工程順に示す模式図。
【図２６】第７実施例の膜電極接合体の他の製造工程を工程順に示す模式図。
【図２７】第７実施例の他の構成例としての燃料電池の構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
A．第１実施例：
図１は本発明の一実施例としての燃料電池の構成を示す概略図である。この燃料電池１００は、反応ガスとして水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１００は、複数の単セル１１０が積層されたスタック構造を有する。単セル１１０は、シール一体型膜電極接合体１０と、シール一体型膜電極接合体１０を狭持する２枚のセパレータ４０とを備える。
【００２３】
シール一体型膜電極接合体１０は、膜電極接合体５と、膜電極接合体５の外周端に設けられたシール部２０とを有する。膜電極接合体５は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す電解質膜１の両側に、ガス拡散性を有する電極２が一体的に配置された発電体である。電極２は、燃料電池反応を促進するための触媒（例えば、白金（Ｐｔ））が担持された触媒層２ｃと、反応ガスを電極面全体に行き渡らせるためのガス拡散層２ｇとを有する。
【００２４】
電解質膜１としては、フッ素樹脂系のイオン交換膜を用いることができる。触媒層２ｃは、電解質膜１の外表面に、水溶性溶媒または有機溶媒に触媒担持カーボンと電解質膜と同種の化合物である電解質を分散させた混合溶液である触媒インクを塗布し、乾燥させることによって形成することができる。なお、触媒層２ｃは、予めフィルム基材の表面に形成された触媒層を電解質膜１の表面に転写することにより形成するものとしても良い。
【００２５】
ガス拡散層２ｇは、炭素繊維や黒鉛繊維などの導電性およびガス透過性・ガス拡散性を有する多孔質の繊維基材によって構成できる。電極２は、ガス拡散層２ｇを構成する基材を、電解質膜１に予め形成された触媒層２ｃの上に重ねて配置し、ホットプレスなどで接合することにより形成される。
【００２６】
ところで、本実施例の膜電極接合体５では、電極２において、ガス拡散層２ｇのサイズを触媒層２ｃのサイズより小さく構成することにより、ガス拡散層２ｇの外周端が触媒層２ｃの外周端より内側に入り込むように構成し、触媒層２ｃの内周縁部を露出させている。このように、電極２において、ガス拡散層２ｇの外周端が触媒層２ｃの外周端より内側に入り込むように構成する理由については後述する。
【００２７】
シール部２０は、膜電極接合体５の電解質膜１および電極２の外周端部を被覆するように樹脂材料を射出成形することにより設けられている。シール部２０は、セパレータ４０によって両側から狭持されたときに、セパレータ４０との間にシールラインを形成する。このシールラインによって、反応ガスが燃料電池１００の外部へと漏洩してしまうことが抑制される。なお、シール部２０は、樹脂材料の射出成形による形成工程以外の方法により形成されるものとしても良い。シール部２０は、接着性を有する樹脂材料を注入・固化させることにより形成するものとしても良い。
【００２８】
ここで、本実施例の燃料電池１００では、電解質膜１の外周端部が触媒層２ｃの外周端部より突出しており、その突出した外周端部をシール部２０が被覆している。この構成により、電解質膜１および電極２の外周端面を介した反応ガスのクロスリークが抑制されている。なお、シール部２０には、反応ガスや冷媒のためのマニホールドが形成されるが、その図示および説明は省略する。
【００２９】
セパレータ４０は、導電性を有するガス不透過の板状部材（例えば金属板）によって構成することができる。セパレータ４０の電極２側の面には、反応ガスのための流路溝４３が、発電領域（シール部２０によって囲まれた領域）全体にわたって形成されている。なお、セパレータ４０には、反応ガスや冷媒のためのマニホールドや、冷媒のための流路が形成されるが、その図示および説明は省略する。
【００３０】
単セル１１０では、セパレータ４０と電極２との間に、流路溝４３の反応ガスをガス拡散層２ｇ全体に行き渡らせるためのガス流路部材３０が配置されている。ガス流路部材３０は、膜電極接合体５とセパレータ４０との間の導電パスとしても機能する。ガス流路部材３０は、エキスパンドメタルやパンチングメタルなどの金属板を多孔質に加工した部材や、カーボン焼結体などの導電性を有する多孔質部材によって構成することができる。
【００３１】
なお、２つのガス流路部材３０は、その一方、または、その両方が省略されるものとしても良い。ただし、この場合には、セパレータ４０の外表面に設けられた流路溝４３の流路壁と電極２のガス拡散層２ｇとが直接的に接触するように構成されることが好ましい。また、２枚のセパレータ４０のうちの一方、またはその両方の流路溝４３が省略されるものとしても良い。
【００３２】
図２（Ａ）は、本発明の参考例として膜電極接合体５ａの構成を示す概略図である。この膜電極接合体５ａは、電極２ａの構成が異なる点以外は、本実施例の膜電極接合体５とほぼ同じである。参考例の電極２ａでは、ガス拡散層２ｇのサイズが、触媒層２ｃのサイズより大きく構成されており、ガス拡散層２ｇの外周端部が、電解質膜１と直接的に接触している。
【００３３】
図２（Ｂ）は、参考例の膜電極接合体５ａにおける電解質膜１の劣化を説明するための模式図である。図２（Ｂ）には、燃料電池を構成したときの膜電極接合体５ａの外周端部近傍が模式的に図示されている。ガス拡散層２ｇは、前記したとおり、繊維基材によって構成されるため、その外表面、特に外周端部には微細な突起である毛羽２ｆが存在する。従って、参考例の膜電極接合体５ａのように、ガス拡散層２ｇと電解質膜１とが直接的に接触している場合には、ガス拡散層２ｇの毛羽２ｆが電解質膜１に突き刺さってしまい、反応ガスのクロスリークや、電極２同士の短絡が引き起こされる可能性がある。
【００３４】
また、燃料電池では、その発電の際に、水素がカソード側に、あるいは、酸素がアノード側に、それぞれ電解質膜を透過して移動してしまう場合がある。こうした反応ガスの透過移動により、同じ電極の側に水素と酸素とが存在してしまうと、その水素と酸素とが反応して過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）が生成されてしまう場合がある。膜電極接合体において生じた過酸化水素は、ラジカル化して電解質膜を劣化させてしまう可能性がある。
【００３５】
ここで、過酸化水素がラジカル化した過酸化水素ラジカルは、触媒層において、触媒の作用により、水や酸素に変換され、消滅する可能性が高い。しかし、この参考例の膜電極接合体５ａでは、触媒層２ｃの外周において、電解質膜１とガス拡散層２ｇとが直接的に接している領域を有している。そのため、その領域において、過酸化水素ラジカルが、触媒作用によって消滅することなく、電解質膜１に到達し、電解質膜１を劣化させる可能性が高い。
【００３６】
図３（Ａ）は、本発明の参考例としての膜電極接合体５ｂの構成を示す概略図である。図３（Ａ）は、触媒層２ｃの外周に保護シート４が設けられている点以外は、図２（Ａ）とほぼ同じである。この参考例の膜電極接合体５ｂでは、触媒層２ｃの外周に、電解質膜１を保護するための保護シート４が配置されており、ガス拡散層２ｇの外周端部は、保護シート４の上に配置されている。即ち、膜電極接合体５ｂでは、保護シート４によって、ガス拡散層２ｇと電解質膜１とが直接的に接触することが抑制されている。なお、保護シート４は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの樹脂部材によって構成することができる。
【００３７】
図３（Ｂ）は、保護シート４を設けたことによる電解質膜１の損傷を説明するための模式図である。図３（Ｂ）には、燃料電池に組み付けられ、発電している際の膜電極接合体５ｂの状態の変化が段階的に図示されている。なお、図３（Ｂ）では、膜電極接合体５ｂの一部のみが図示されており、ガス拡散層２ｇの図示および膜電極接合体５ｂ以外の燃料電池の他の構成部の図示は省略されている。
【００３８】
ここで、燃料電池の発電の際には、膜電極接合体は高温（例えば８０℃程度）となるとともに、その発電領域では、多量の水分が生成されるため、電解質膜は膨潤する。しかし、参考例の膜電極接合体５ｂの電解質膜１では、保護シート４で狭持された部位の膨潤が抑制される一方で、保護シート４によって囲まれた中央領域が膨潤する。そのため、電解質膜１の膨潤が始まると、電解質膜１の保護シート４で狭持された部位では、中央領域に向かって引っ張られる方向に応力が発生し、膜破れが生じてしまう可能性がある。
【００３９】
また、燃料電池の発電が停止され、膨潤した電解質膜１の収縮が始まる際には、保護シート４によって電解質膜１の収縮が抑制される。そのため、電解質膜１では、保護シート４で狭持された部位と、保護シート４に囲まれた中央領域とが乖離する方向に応力が働き、膜破れが生じてしまう可能性がある。
【００４０】
図４は、本実施例の膜電極接合体５において電解質膜１の劣化が抑制される効果を説明するための模式図である。図４には、燃料電池１００に組み付けられたときの膜電極接合体５の端部近傍が模式的に図示されている。なお、図４では、膜電極接合体５の一方の電極２のみが図示され、他方の電極２の図示は省略されている。また、図４では、燃料電池１００の他の構成部の図示は省略されている。
【００４１】
本実施例の膜電極接合体５では、ガス拡散層２ｇの外周端部が触媒層２ｃの外周端部より内側に配置されているため、触媒層２ｃによって、ガス拡散層２ｇの毛羽２ｆが電解質膜１に突き刺さることが抑制されている。即ち、触媒層２ｃを電解質膜１の保護層として機能させている。また、電極２において過酸化水素が生成され、ラジカル化してしまった場合であっても、その過酸化水素ラジカルは、触媒層２ｃの触媒作用によって酸素や水に変換され、電解質膜１に到達することが抑制される。
【００４２】
このように、本実施例の燃料電池１００では、膜電極接合体５において、ガス拡散層２ｇの外周端部が触媒層２ｃの外周端部より内側に入り込んでおり、ガス拡散層２ｇと電解質膜１との直接的な接触が抑制されている。従って、ガス拡散層２ｇの毛羽や、過酸化水素ラジカルによって、電解質膜１が損傷・劣化することを抑制できる。
【００４３】
B．第２実施例：
図５は本発明の第２実施例としての燃料電池１００Ａの構成を示す概略図である。図５は電極２Ａの構成が異なる点以外は図１とほぼ同じである。この燃料電池１００Ａの膜電極接合体５Ａでは、ガス拡散層２ｇの外周端部が、触媒層２ｃの側に向かって先細りとなる略テーパー状の傾斜面で構成されている。即ち、ガス拡散層２ｇの端面と、ガス拡散層２ｇの触媒層２ｃ側の表面とが形成する角度が鋭角となるように構成されている。また、ガス拡散層２ｇの外表面には撥水層３が設けられている。撥水層３は、ガス拡散層２ｇの触媒層２ｃ側の表面と、外周端面の一部とを被覆している。
【００４４】
図６（Ａ）〜（Ｆ）は、電極２Ａの形成工程を工程順に示す模式図である。なお、図６（Ａ）〜（Ｆ）では、一方の電極２Ａの形成工程のみを図示しているが、他方の電極２Ａの形成工程も同様であるため、その図示および説明は省略する。第１工程では、電解質膜１を準備する（図６（Ａ））。第２工程では、電解質膜１の外表面に、第１実施例で説明したのと同様な触媒インクを塗布し、乾燥・固化させ、触媒層２ｃを形成する（図６（Ｂ））。
【００４５】
第３工程では、ガス拡散層２ｇの基材を準備する（図６（Ｃ））。ガス拡散層２ｇの基材は、第１実施例で説明したのと同様な繊維基材である。ここで、ガス拡散層２ｇの基材には、触媒層２ｃと接触させる面全体に撥水層３が形成されている。撥水層３は、ガス拡散層２ｇの基材表面に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの撥水性樹脂とカーボンブラックなどの導電性材料とを主成分とする撥水薄膜（マイクロポーラス層（ＭＰＬ））として形成される。
【００４６】
図５で説明したように、撥水層３は、電極２Ａが構成されたときに、ガス拡散層２ｇと触媒層２ｃとの間に配置される。このように、ガス拡散層２ｇと触媒層２ｃとの間に撥水層３が設けられることにより、燃料電池１００の運転中において、電解質膜１の湿潤状態が良好に保持されるとともに、ガス拡散層２ｇの細孔が水分により閉塞されていまうことが抑制される。なお、この燃料電池１００Ａの撥水層３は、電解質膜１を保護する機能も有するが、その詳細については後述する。
【００４７】
第４工程では、ガス拡散層２ｇのサイズが触媒層２ｃのサイズより小さくなるように、ガス拡散層２ｇの基材の外周端部を切断する。なお、この切断加工は、以下に説明する２段階の工程で実施される。具体的には、まず、外周端部の切断に先だって、押圧工具２００によって、ガス拡散層２ｇの基材の撥水層３側の表面を、切断されるべき切断線に沿って予め押圧し、切断線上を走る溝部６を形成する（図６（Ｄ））。なお、この溝部６の形成工程では、撥水層３をガス拡散層２ｇの内側に入り込ませ、撥水層３によって溝部６の内壁面が構成されるように、ガス拡散層２ｇの表面を押圧する。
【００４８】
次に、切削工具２０２によって、溝部６の底面部を切断する（図６（Ｅ））。図６（Ｄ），（Ｅ）の工程によって、ガス拡散層２ｇの基材のサイズが、触媒層２ｃのサイズより小さくなり、ガス拡散層２ｇの外周端面が、その一部が撥水層３によって被覆された傾斜面として構成される。さらに、第５工程では、ガス拡散層２ｇの基材が、撥水層３と触媒層２ｃとが接触するように触媒層２ｃに重ねられて接合される（図６（Ｆ））。これによって、電解質膜１に電極２Ａが形成される。
【００４９】
図７は、図６（Ｆ）に示す破線領域７におけるガス拡散層２ｇの基材の端部を示す模式図である。ガス拡散層２ｇの基材の外表面、特に、その外周端部には、前記したように毛羽２ｆが存在している。しかし、ガス拡散層２ｇの電解質膜１側の表面および外周端面には撥水層３が設けられており、その毛羽２ｆは、撥水層３に被覆された状態となる。従って、ガス拡散層２ｇが触媒層２ｃと接合されたときに、毛羽２ｆが触媒層２ｃを介して電解質膜１に突き刺さり、電解質膜１を損傷させることが抑制される。
【００５０】
即ち、撥水層３は、触媒層２ｃとともに電解質膜１の保護するための保護層としても機能していると解釈することができる。特に、膜電極接合体５Ａでは、ガス拡散層２ｇの外周端面まで撥水層３が被覆しているため、ガス拡散層２ｇの外周端部に存在する毛羽２ｆによって、電解質膜１が損傷してしまうことを抑制できる。
【００５１】
また、電極２Ａの形成工程では、ガス拡散層２ｇの外周端部の切断に先立って、撥水層３をガス拡散層２ｇの内側に折り込み、図６（Ｄ）で説明した溝部６を形成していた。この加工によって、ガス拡散層２ｇの外周端部における毛羽立ちの方向は、溝部６の底面側（電極２Ａの外側）に向くように整えられる。従って、毛羽２ｆの突き刺しによる電解質膜１の損傷がより抑制される。
【００５２】
図８は、第２実施例の他の構成例としての膜電極接合体５Ａａの外周端部を示す模式図である。この膜電極接合体５Ａａの構成は、以下に説明する点以外は、上記の膜電極接合体５Ａと同様である。膜電極接合体５Ａａの電極２Ａａでは、ガス拡散層２ｇと触媒層２ｃとがほぼ同サイズで構成されている。しかし、ガス拡散層２ｇの外周端部には、触媒層２ｃ側の角部が押圧されることにより形成された撥水層３の傾斜面が設けられている。これによって、膜電極接合体５Ａａでは、触媒層２ｃのガス拡散層２ｇ側の面より、ガス拡散層２ｇの触媒層２ｃ側の面が大きくなり、ガス拡散層２ｇの外周端部が触媒層２ｃの外周端の内側に入り込んでいる。このような構成であっても、撥水層３によって電解質膜１をガス拡散層２ｇの毛羽から保護することができる。
【００５３】
ここで、膜電極接合体５Ａａでは、第１実施例の膜電極接合体５と同様に、触媒層２ｃの内周縁表面がガス拡散層２ｇから露出している。この露出面や触媒層２ｃ、ガス拡散層２ｇの端面は、シール部２０（図示は省略）によって被覆されることとなる。従って、この構成であっても、過酸化水素ラジカルは、触媒層２ｃを介さずにガス拡散層２ｇから電解質膜１へと移動してしまうことが抑制される。そのため、電解質膜１の劣化を抑制することができる。
【００５４】
このように、第２実施例の膜電極接合体５Ａ，５Ａａによれば、撥水層３やガス拡散層２ｇの外周端部の加工により、ガス拡散層２ｇの毛羽の突き刺しによる膜電極接合体５ａの損傷を抑制できる。また、過酸化水素ラジカルによる電解質膜１の劣化を抑制することができる。
【００５５】
C．第３実施例：
図９は、本発明の第３実施例としての燃料電池１００Ｂの構成を示す概略図である。図９は、膜電極接合体５Ｂの一方の面側に、電極２Ａとは外周端部の構成が異なる電極２Ｂが設けられている点以外は、図５とほぼ同じである。膜電極接合体５Ｂの一方の電極２Ｂでは、触媒層２ｃと、ガス拡散層２ｇと、撥水層３とが、電解質膜１とほぼ同じサイズで形成されており、電解質膜１と触媒層２ｃとガス拡散層２ｇと撥水層３のそれぞれの端面が、ほぼ揃った状態で積層されている。この燃料電池１００では、電極２Ａ側をカソードとし、電極２Ｂ側をアノードとして、それぞれに酸素と水素とが供給されるものとする。なお、電極２Ｂの撥水層３は省略されるものとしても良い。
【００５６】
このように、一方の電極２Ｂ側においてのみガス拡散層２ｇの外周端部が触媒層２ｃの外周端部より内側に入り込んでいる構成であっても、電極２側における電解質膜１の損傷・劣化を抑制することができる。また、この構成によれば、電極２Ｂの外周端を電解質膜１の外周端の支持部として機能させることができる。そのため、膜電極接合体５Ｂの外周にシール部２０を設ける工程など、膜電極接合体５Ｂの組み付け工程において、電解質膜１が損傷してしまうことを抑制することができる。
【００５７】
D．第４実施例：
図１０は、本発明の第４実施例としての燃料電池１００Ｃの構成を示す概略図である。図１０は、膜電極接合体５Ｃにおいて、アノード側の電極２Ａに換えて外周端部の構成が異なる電極２Ｃが設けられている点以外は、図９とほぼ同じである。燃料電池１００Ｃの膜電極接合体５Ｃでは、ガス拡散層２ｇの外周端面が傾斜しておらず、触媒層２ｃの外表面に対してほぼ垂直な面として構成されている。
【００５８】
このような構成であっても、電極２Ｃ側では、ガス拡散層２ｇの外周端部が、触媒層２ｃの外周端部より内側に入り込んでいるため、電解質膜１の電極２Ｃ側における損傷・劣化を抑制することができる。また、ガス拡散層２ｇと電解質膜１との間に設けられた撥水層３によっても、電解質膜１の損傷・劣化が上記実施例と同様に抑制される。なお、この第４実施例の構成において、ガス拡散層２ｇの外周端面の一部または全部が、撥水層３によって被覆されるものとしても良い。
【００５９】
E.第５実施例：
図１１は、本発明の第５実施例としての燃料電池１００Ｄの構成を示す概略図である。図１１は、２つの電極２Ａ，２Ｂのそれぞれの内部に含浸された接着部材７が設けられている点と、シール領域ＳＡの範囲が図示されている点以外は、図９とほぼ同じである。燃料電池１００Ｄは、２つの電極層２Ａ，２Ｂの内部に接着部材７が含浸された膜電極接合体５Ｄを備える。接着部材７は、ガス拡散層２ｇと触媒層２ｃとの乖離を抑制するためのものである。
【００６０】
接着部材７は、電解質膜１を構成する固体電解質と同種の化合物や、細孔への含浸が可能な接着剤によって構成することができる。具体的には、接着部材７として、デュポン社製のナフィオン（登録商標）溶液（商品名「ナフィオンＤＥ２０２０」など）や、コニシ社製のボンド（登録商標；商品名「ＭＯＳ７」など）を用いることができる。
【００６１】
図１２（Ａ），（Ｂ）は、２つの電極２Ａ，２Ｂのそれぞれにおいて接着部材７が含浸された領域を示す概略図である。図１２（Ａ）は、電極２Ａの外表面を電極面に対して垂直な方向に沿って見たときの図であり、図１２（Ｂ）は、電極２Ｂの外表面を電極面に対して垂直な方向に沿って見たときの図である。図１２（Ａ），（Ｂ）には、接着部材７の配置領域を、図１１と同様なハッチングを付すことにより示してある。また、図１２（Ａ），（Ｂ）には、電極２Ａ，２Ｂの外表面においてシール部２０によって囲まれたシール領域ＳＡを一点鎖線で図示してある。
【００６２】
接着部材７は、２つの電極２Ａ，２Ｂにおいて、シール領域ＳＡを囲むように、周状の領域に含浸されている。接着部材７は、流動性を有する状態のときに、ディスペンサーなどによって、図１２（Ａ），（Ｂ）に図示された領域に、ガス拡散層２ｇや触媒層２ｃの接着面側から、撥水層３やガス拡散層２ｇ、触媒層２ｃの細孔（気孔）に含浸される。なお、接着部材７は、スクリーン印刷によって、撥水層３やガス拡散層２ｇ、触媒層２ｃの細孔に含浸されるものとしても良い。
【００６３】
図１３は、ガス拡散層２ｇと触媒層２ｃとの乖離による不具合を説明するための模式図である。図１３には、参考例としての燃料電池１００ｃが図示されている。この燃料電池１００ｃは、撥水層３が省略されている点と、電極２Ｃの触媒層２ｃおよびガス拡散層２ｇのサイズが小さく構成されている点以外は、第４実施例の燃料電池１００Ｃと同様な構成である。なお、図１３では、電極２Ｂの端部において、ガス拡散層２ｇと触媒層２ｃとが剥離した状態が模式的に図示されている。
【００６４】
ここで、電解質膜１と触媒層２ｃとは、高温（例えば１００℃）において、熱収縮による変形を生じやすい。また、一般に、電解質膜１と触媒層２ｃとでは、電解質膜１の方が触媒層２ｃよりも熱収縮率が高い。そのため、シール部２０の成形工程などの加熱工程では、電極２Ｂの触媒層２ｃとガス拡散層２ｇとが乖離すると、それら電解質膜１と触媒層２ｃとが、電極２Ｃ側へとめくれあがるように変形してしまう可能性がある。
【００６５】
このような触媒層２ｃとガス拡散層２ｇとがめくれあがった変形が生じたまま、燃料電池１００ｃが構成されると、その変形部位において、電極２Ｂ側から電極２Ｃ側への反応ガスのリークが生じやすくなる。そのため、燃料電池１００ｃの性能低下や電解質膜１の劣化が生じる可能性が高くなる。
【００６６】
第５実施例の燃料電池１００Ｄも、参考例の燃料電池１００ｃと同様に、電極２Ａの外周端部から電解質膜１および電極２Ｂの外周端部が突出した構成を有している。しかし、電極２Ｂの外周端部には、接着部材７が含浸されており、ガス拡散層２ｇおよび撥水層３と、触媒層２ｃとの剥離が抑制されている。そのため、燃料電池１００Ｄの製造工程では、図１３で説明したような電解質膜１および触媒層２ｃの変形の発生が抑制される。
【００６７】
図１４（Ａ），（Ｂ）は、第５実施例における接着部材７による膜電極接合体１の劣化の抑制機能を説明するための模式図である。図１４（Ａ）には、第５実施例の燃料電池１００Ｄにおける膜電極接合体５Ｄの電解質膜１と電極２Ａの端部のみが図示されており、燃料電池１００Ｄの他の構成部の図示は省略されている。図１４（Ｂ）は、接着部材７が省略されている点以外は、図１４（Ａ）とほぼ同じである。
【００６８】
ここで、燃料電池１００Ｄでは、発電反応として、電極２Ａにおいて下記の反応（Ａ）が生じている。
Ｈ2  ＋  １／２Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ  …（Ａ）
この反応は発熱反応であるため、触媒層２ｃには反応熱が発生する。この反応熱の電解質膜１側への移動量が増大すると、電解質膜１の劣化が促進されてしまう。
【００６９】
ところで、図１２で説明したように、接着部材７はシール領域ＳＡを囲むように設けられている。そのため、この膜電極接合体５Ｄでは、接着部材７によって、シール領域ＳＡの外側における触媒層２ｃの突出部位にまで反応ガスが拡散してしまうことが抑制されており、反応熱が当該部位で発生することが抑制されている（図１４（Ａ））。シール領域ＳＡ内であれば、触媒層２ｃは、比較的熱伝導率の高いガス拡散層２ｇおよび撥水層３と隣接しているため、シール領域ＳＡ内の触媒層２ｃで発生した反応熱は、ガス拡散層２ｇ側へと移動することができ、電解質膜１の劣化は抑制される。
【００７０】
一方、接着部材７が省略されている場合には、ガス拡散層２ｇの外周端より突出した触媒層２ｃの外周端部まで拡散する反応ガスの量が増大する（図１４（Ｂ））。そのため、触媒層２ｃが、ガス拡散層２ｇおよび撥水層３と隣接せず、シール部２０と直接的に接触する部位における反応熱の発生量が増大する。樹脂部材で構成されるシール部２０は比較的熱伝導率が低いため、上記のような部位においては、電解質膜１側へと移動する反応熱の量が増大してしまう。従って、当該部位における反応熱によって電解質膜１の劣化が促進される可能性がある。
【００７１】
このように、第５実施例の膜電極接合体５Ｄであれば、接着部材７によって、シール領域ＳＡの外側の触媒層２ｃの突出部位への反応ガスの拡散を抑制でき、当該部位における反応熱の発生を抑制できる。従って、電解質膜１の劣化を抑制できる。
【００７２】
図１５（Ａ）は、第５実施例の他の構成例としての燃料電池１００Ｄａの構成を示す概略図である。図１５（Ａ）は、シール領域ＳＡの外側における電極２Ｂ，２Ｃの外周端部全体に接着部材７が含浸されている点以外は、図１１とほぼ同じである。この構成例における電極２Ｂ，２Ｃの接着部材７は、触媒層２ｃおよび撥水層３が設けられたガス拡散層２ｇの外周端部を接着部材７の液層に浸漬させる、いわゆるディッピング工程により、触媒層２ｃおよびガス拡散層２ｇの外周端部の内部全体に含浸されている。このような構成であれば、触媒層２ｃとガス拡散層２ｇとの乖離を、より確実に抑制できる。また、電極２Ｃの触媒層２ｃの外周端部における反応熱によって電解質膜１が劣化してしまうことを、より確実に抑制できる。
【００７３】
図１５（Ｂ）は、第５実施例の他の構成例としての燃料電池１００Ｄｂの構成を示す概略図である。図１５（Ｂ）は、接着部材７が、第５実施例の燃料電池１００Ｄと同様に設けられている点以外は、図１０とほぼ同じである。このように、第４実施例で説明した燃料電池１００Ｃの構成において、電極２Ｃ，２Ｂに接着部材７を含浸させて設けることも可能である。これによって、第５実施例の燃料電池１００Ｄと同様に、ガス拡散層２ｇと触媒層２ｃとの乖離が抑制されるとともに、反応熱による電解質膜１の劣化を抑制することができる。
【００７４】
F．第６実施例：
図１６は、本発明の第６実施例としての燃料電池１００Ｅの構成を示す概略図である。図１６は、紙面下側の電極２に換えて、外周端に係止部８が設けられた電極２Ｅが設けられている点以外は、図１とほぼ同じである。なお、図１６では、便宜上、電解質膜１の厚みが図１より薄型化して図示してある。
【００７５】
この燃料電池１００Ｅの膜電極接合体５Ｅは、第１の電極２と第２の電極２Ｅとを有している。第１の電極２は、第１実施例で説明したのと同様な構成であり、ガス拡散層２ｇのサイズが触媒層２ｃのサイズより小さく、ガス拡散層２ｇの外周端が触媒層２ｃの外周端に入り込んでいる。第２の電極２Ｅは、第１の電極２と同様に、ガス拡散層２ｇのサイズが触媒層２ｃのサイズより小さい構成を有している。なお、第２の電極２Ｅの触媒層２ｃは、電解質膜１の面全体に触媒インクを塗布することにより形成されている。
【００７６】
また、第２の電極２Ｅでは、ガス拡散層２ｇの外周端から突出した触媒層２ｃのガス拡散層２ｇ側の面２ｓを、ガス拡散層２ｇの外周端部に沿って折り曲げることにより、係止部８が形成されている。この係止部８は、触媒層２ｃとガス拡散層２ｇとの乖離を抑制するためのものであり、ガス拡散層２ｇの外周に沿って周状に形成されている。
【００７７】
このように、第５実施例の燃料電池１００Ｅでは、電解質膜１および触媒層２ｃを変形加工して係止部８を設けることにより、触媒層２ｃとガス拡散層２ｇとの乖離が抑制されている。従って、触媒層２ｃやガス拡散層２ｇの乖離を抑制するための別部材の追加を省略することができる。
【００７８】
なお、この第２の電極２Ｅにおいても、触媒層２ｃが、ガス拡散層２ｇに対する電解質膜１の保護層として機能している。ここで、第２の電極２Ｅにおける触媒層２ｃの外周端２ｃｔは、係止部８を構成する部位の最も外側に位置する部位である。従って、この電極２Ｅにおいても、ガス拡散層２ｇの外周端が触媒層２ｃの外周端より内側に入り込んだ構成を有していると解釈することができる。
【００７９】
図１７（Ａ）〜（Ｄ）は、第２の電極２Ｅにおける係止部８の形成工程を工程順に示す模式図である。図１７（Ａ）には、触媒層２ｃが形成された電解質膜１の概略断面図が示されている。第１工程では、電解質膜１の一方の面全体に触媒インクを塗布し、乾燥させることにより、触媒層２ｃを形成する。なお、触媒層２ｃは、フィルム基材に形成された触媒層２ｃを電解質膜１に転写することにより形成されるものとしても良い。
【００８０】
図１７（Ｂ）には、触媒層２ｃが形成された電解質膜１を触媒層２ｃの形成面側からみたときの模式図が図示されている。第２工程では、触媒層２ｃが形成された電解質膜１の４つの角部ＣＰを切除する。このように、４つの角部ＣＰを切除することにより、係止部８を形成したときに、電解質膜１および触媒層２ｃの係止部８を構成する部位同士が、ガス拡散層２ｇの面上で重なり合うことを回避する。
【００８１】
図１７（Ｃ）には、触媒層２ｃの外表面状にガス拡散層２ｇが配置された状態が模式的に図示されている。第３工程では、ガス拡散層２ｇが、触媒層２ｃの外表面内に収まるように配置される。図１７（Ｄ）には、電解質膜１および触媒層２ｃの外周端部を折り曲げて係止部８が形成された様子が模式的に図示されている。なお、図１７（Ｄ）では、便宜上、曲げ加工を施す前の電解質膜１および触媒層２ｃの外周輪郭線が破線で図示されている。
【００８２】
第４工程では、ガス拡散層２ｇの外周端より突出している触媒層２ｃを、電解質膜１とともに、ガス拡散層２ｇ側に折り曲げることにより、係止部８が形成される。なお、図１７（Ｂ）で説明したとおり、電解質膜１および触媒層２ｃの角部ＣＰが切除されているため、電解質膜１および触媒層２ｃの係止部８を構成する部位同士が重なり合うことが回避されている。
【００８３】
図１８（Ａ），（Ｂ）は、係止部８の他の形成工程を工程順に説明するための模式図である。図１８（Ａ）は、触媒層２ｃが形成された電解質膜１にガス拡散層２ｇを配置する工程を模式的に示している。この製造工程では、一方の面に触媒層２ｃが形成された電解質膜１は、電解質膜１側に凸の湾曲形状が保持できる程度の厚みで準備される。そして、触媒層２ｃの凹面に、ガス拡散層２ｇが、その外周端が触媒層２ｃの外周端より内側に収まるように配置される。なお、この製造工程においても、図１７（Ｂ）で説明したように、電解質膜１および触媒層２ｃの４つの角部ＣＰが切除されていることが好ましい。
【００８４】
図１８（Ｂ）は、触媒層２ｃとガス拡散層２ｇとを接合するホットプレス工程を模式的に示している。この工程では、２つの電熱板２１０によって、触媒層２ｃが形成された電解質膜１と、ガス拡散層２ｇとを狭持した状態で、押厚・加熱し、触媒層２ｃとガス拡散層２ｇとを接合する。ここで、電解質膜１は、上述のように湾曲した形状を有している。そのため、ガス拡散層２ｇの外周端から突出している電解質膜１の外周端部は、ホットプレス工程における電解質膜１の熱収縮により、ガス拡散層２ｇ側へと折れ曲がりやすくなっている。そこで、この工程では、変形加工しやすくなっている電解質膜１および触媒層２ｃの突出した外周端部を、ガス拡散層２ｇ側に折り曲げて係止部８を形成する。
【００８５】
なお、図１８（Ｂ）では、図１６に示した構成とは異なり、係止部８を構成する触媒層２ｃおよび電解質膜１は、ガス拡散層２ｇの触媒層２ｃの配置面とは反対側の面にまで折り曲げられてはいない。このように、係止部８は略Ｕ字状に折り曲がった構成を有していなくとも良い。また、係止部８は、ガス拡散層２ｇの外周端面を完全に被覆していなくとも良い。係止部８は、触媒層２ｃとガス拡散層２ｇとの乖離が抑制できる程度に、電解質膜１および触媒層２ｃが折り曲げられていれば良い。
【００８６】
ところで、燃料電池１００Ｅ（図１６）のシール部２０は、以下のように形成することができる。即ち、２つのセパレータ４０の間に、膜電極接合体５Ｅと、ガス拡散部材３０とを配置するとともに、膜電極接合体５Ｅの外周縁にゲル状の熱硬化性樹脂を配置する。そして、その熱硬化性樹脂を加熱して硬化させることにより、シール部２０を形成する。あるいは、シール部２０は、シール部２０を象った樹脂部材を予め準備し、その樹脂部材を、膜電極接合体５Ｅおよびガス拡散部材３０とともに２枚のセパレータ４０に狭持・接合することにより形成されるものとしても良い。
【００８７】
図１９は、第６実施例の他の構成例としての燃料電池１００Ｅａの構成を示す概略図である。図１９は、第２の電極２Ｅに換えて第２の電極２Ｅａが設けられている点以外は、図１６とほぼ同じである。この燃料電池１００Ｅａの膜電極接合体５Ｅａは、互いに構成の異なる第１と第２の電極２，２Ｅａを有する。第１の電極２は、図１６で説明した燃料電池１００Ｅの電極２と同様の構成である。
【００８８】
第２の電極２Ｅａは、電解質膜１の一方の面全体を被覆するように形成された触媒層２ｃと、触媒層２ｃよりも大きいサイズで構成されたガス拡散層２ｇＥとを備える。ガス拡散層２ｇＥの外周端部には、触媒層２ｃとの乖離を抑制するための係止部８ａが設けられている。具体的には、係止部８ａは、触媒層２ｃの外周端より突出したガス拡散層２ｇＥの外周部位を第１の電極２側へと折り曲げて、電解質膜１および触媒層２ｃの外周端部を被覆させることにより形成されている。なお、ガス拡散層２ｇＥは、図１７（Ｂ）で説明した触媒層２ｃおよび電解質膜１と同様に、係止部８ａを形成するために４つの角部が切除されていることが好ましい。
【００８９】
このように、ガス拡散層２ｇＥの外周部位を利用した係止部８ａを設けた場合であっても、ガス拡散層２ｇＥと触媒層２ｃとの乖離を抑制することができる。なお、この係止部８ａを形成した場合には、ガス拡散層２ｇＥの端面と電極２との間が、シール部２０によって確実にシールされることが望ましい。これによって、係止部８ａを介したクロスリークの発生を抑制できる。
【００９０】
図２０は、第６実施例の他の構成例としての燃料電池１００Ｅｂの構成を示す概略図である。図２０は、紙面左側において、係止部８ａに換えて、図１６で説明した係止部８が設けられている点以外は、図１９とほぼ同じである。この構成例の膜電極接合体５Ｅｂの第２の電極２Ｅｂは、触媒層２ｃＥｂと、ガス拡散層２ｇＥｂとを有し、２種類の係止部８，８ａが設けられている。
【００９１】
図２１（Ａ）〜（Ｃ）は、２種類の係止部８，８ａの形成工程を工程順に示す模式図である。図２１（Ａ）には、電解質膜１に形成された触媒層２ｃＥｂと、ガス拡散層２ｇＥｂとが図示されている。第１工程では、電解質膜１の一方の面全体を被覆するように形成された触媒層２ｃＥｂと、ガス拡散層２ｇＥｂとを準備する。なお、電解質膜１に形成された触媒層２ｃＥｂと、ガス拡散層２ｇＥｂとはそれぞれ、ほぼ同程度のサイズで準備されるとともに、１つの角部が切除された状態で準備されることが好ましい。
【００９２】
図２１（Ｂ）には、触媒層２ｃＥｂとガス拡散層２ｇＥｂとが重ね合わされた状態が図示されている。第２工程では、触媒層２ｃＥｂとガス拡散層２ｇＥｂとを互いの位置を対角線方向に沿ってオフセットさせつつ重ね合わせる。即ち、係止部８を構成する触媒層２ｃＥｂの二辺をガス拡散層２ｇＥｂの外周端より突出させつつ、係止部８ａを構成するガス拡散層２ｇＥｂの二辺を触媒層２ｃＥｂの外周端より突出させた状態で、触媒層２ｃＥｂとガス拡散層２ｇＥｂとを重ね合わせる。なお、触媒層２ｃＥｂ（電解質膜１）およびガス拡散層２ｇＥｂの角部が切除された部位はそれぞれ、上述のオフセット方向に沿って対角する位置に配置されることが好ましい。
【００９３】
図２１（Ｃ）には、触媒層２ｃＥｂおよびガス拡散層２ｇＥｂの端部を折り曲げて係止部８，８ａが形成された状態が図示されている。なお、図２１（Ｃ）には、便宜上、折り曲げ加工される前の触媒層２ｃＥｂとガス拡散層２ｇＥｂの外周輪郭線が破線で図示されている。第３工程では、ガス拡散層２ｇＥｂの外周端より突出した触媒層２ｃＥｂの二辺を、電解質膜１とともにガス拡散層２ｇＥｂ側に折り曲げて係止部８を形成する。また、この第３工程では、触媒層２ｃＥｂの外周端より突出したガス拡散層２ｇＥｂの二辺を、触媒層２ｃＥｂ側に折り曲げて係止部８ａを形成する。
【００９４】
このように、この構成例では、電極２Ｅｂの外周において、２種類の係止部８，８ａが組み合わされて設けられている。このような構成であっても、触媒層２ｃＥｂとガス拡散層２ｇＥｂとの乖離を抑制することができる。
【００９５】
図２２，図２３はそれぞれ、第６実施例の他の構成例の燃料電池１００Ｅｃ，１００Ｅｄの構成を示す概略図である。図２２，図２３はそれぞれ、電極２，２Ｅ，２Ｅａの内部に、第５実施例で説明したのと同様な接着部材７が含浸して設けられている点以外は、図１６および図１９とほぼ同じである。このように、係止部８，８ａとともに、接着部材７が設けられることにより、より確実に、触媒層２ｃとガス拡散層２ｇ，２ｇＥとの乖離を抑制することができる。また、反応熱による電解質膜１の劣化を抑制することができる。なお、図２０の構成において、電極２，２Ｅｂに接着部材７を設けるものとしても良い。
【００９６】
G．第７実施例：
図２４は、本発明の第７実施例としての燃料電池１００Ｆの構成を示す概略図である。この燃料電池１００Ｆの膜電極接合体５Ｆは、互いに接合された第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂを有し、第１の電解質膜１Ｆａの外表面には第１の電極２Ｆａが形成され、第２の電解質膜１Ｆｂの外表面には第２の電極２Ｆｂが形成されている。なお、図２４では、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂの接合面を破線で図示してある。
【００９７】
第１と第２の電極２Ｆａ，２Ｆｂはそれぞれ、第１または第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂの外表面全体を被覆するように形成された触媒層２ｃＦと、繊維基材によって構成されたガス拡散層２ｇとが積層された構成を有する。また、第１と第２の電極２Ｆａ，２Ｆｂにはそれぞれ、触媒層２ｃＦと第１または第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂの端部を折り曲げることにより、図１６で説明したのと同様な係止部８が設けられている。
【００９８】
即ち、第７実施例の燃料電池１００Ｆでは、第１と第２の電極２Ｆａ，２Ｆｂはともに、触媒層２ｃＦのガス拡散層２ｇ側の面より、ガス拡散層２ｇの触媒層２ｃＦ側の面が小さく構成されている。そして、ガス拡散層２ｇの外周端より突出した触媒層２ｃＦのガス拡散層２ｇ側の面を、第１または第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂとともにガス拡散層２ｇに向かって折り曲げることにより係止部８が構成されている。また、第１と第２の電極２Ｆａ，２Ｆｂでは、ガス拡散層２ｇの外周端は、係止部８を構成している触媒層２ｃＦの外周端２ｃｔより内側に入り込んだ構成を有している。なお、燃料電池１００Ｆでは、第１の電極２Ｆａがカソードとして機能し、第２の電極２Ｆｂがアノードとして機能する。
【００９９】
第５実施例の燃料電池１００Ｆによれば、第１と第２の電極２Ｆａ，２Ｆｂの両方において、触媒層２ｃＦを第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂの保護層として機能させることができ、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂの劣化を抑制できる。また、第１と第２の電極２Ｆａ，２Ｆｂの両方に係止部８が形成されているため、第１と第２の電極２Ｆａ，２Ｆｂの両方において、触媒層２ｃＦとガス拡散層２ｇとの乖離が抑制される。さらに、これらの係止部８によって、膜電極接合体５Ｆの各構成部の一体性が向上しており、燃料電池１００Ｆの製造工程における膜電極接合体５Ｆの取り扱い性（ハンドリング性）が向上している。
【０１００】
図２５（Ａ）〜（Ｄ）は、第７実施例の膜電極接合体５Ｆの製造工程を工程順に示す模式図である。第１工程では、一方の面全体を被覆するように触媒層２ｃＦが形成された第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂを準備する（図２５（Ａ））。第２工程では、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂ同士を、外側が触媒層２ｃＦとなるように互いに重ね合わせ、ホットプレスにより接合する（図２５（Ｂ））。
【０１０１】
ここで、この工程では、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂの外周端部が突出するように、電熱板２１０に第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂを狭持させてホットプレスを実行する。これによって、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂ同士が、それらの外周端部において互いに接合されないようにする。図２５（Ｂ）では、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂ同士が接合される境界を破線で図示してある。なお、電熱板２１０から突出した第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂの外周端部は、熱収縮による変形を抑制するために、保持部材２１１によって狭持されることが好ましい。
【０１０２】
第３工程では、２つの触媒層２ｃＦの外側にガス拡散層２ｇを配置し、電熱板２１０によってホットプレスし、触媒層２ｃＦとガス拡散層２ｇとを接合する（図２５（Ｃ））。この工程では、触媒層２ｃＦとガス拡散層２ｇとの接触面全体が接合されるようにする。ここで、このホットプレス工程の際には、第１と第２の電解質膜２Ｆａ，２Ｆｂの外周端部はそれぞれ、触媒層２ｃＦの外周端部とともに、熱収縮による変形によって、ガス拡散層２ｇ側へとめくれあがる。この変形により、係止部８が形成され、膜電極接合体５Ｆが完成する（図２５（Ｄ））。なお、この工程では、係止部８の形成のために、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂおよび触媒層２ｃＦの外周端部に、補助的な外力を加えるものとしても良い。
【０１０３】
図２６（Ａ）〜（Ｄ）は、第７実施例の膜電極接合体５Ｆの他の製造工程を工程順に示す模式図である。第１工程は、図２５（Ａ）で説明したのと同様な第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂの準備工程である（図２６（Ａ））。第２工程では、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂをそれぞれ、触媒層２ｃＦが上側となるように、基台２１２に配置するとともに、触媒層２ｃの上にガス拡散層２ｇを配置して、電熱板２１０によりホットプレスする（図２６（Ｂ））。
【０１０４】
ここで、この工程では、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂのいずれのホットプレスの際にも、ガス拡散層２ｇは、ガス拡散層２ｇの外周端より、第１または第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂの外周端が突出するように配置される。そして、ホットプレスが実行されたときに、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂの外周端部および触媒層２ｃＦの外周端部は、熱収縮による変形により、ガス拡散層２ｇ側へとめくれ上がる。これによって、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂのそれぞれに係止部８が形成された第１と第２の電極２Ｆａ，２Ｆｂが形成される。なお、この工程では、係止部８の形成のために補助的な外力を、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｃおよび触媒層２ｃＦの外周端部に加えるものとしても良い。
【０１０５】
第３工程では、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂ同士を重ね合わせた状態で電熱板２１０によって狭持し、ホットプレスにより、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂを接合する（図２６（Ｃ））。このホットプレス工程により、膜電極接合体５Ｆが完成する（図２６（Ｄ））。このように、図２５や図２６の製造工程によれば、ホットプレス工程の際の熱収縮による変形を利用して係止部８を形成することができ、効率よく膜電極接合体５Ｆを製造することができる。
【０１０６】
図２７は、第７実施例の他の構成例としての燃料電池１００Ｆａの構成を示す概略図である。図２７は、第１と第２の電極２Ｆａ，２Ｆｂのそれぞれの内部に、第１実施例で説明したのと同様な接着部材７が含浸されている点以外は、図２４とほぼ同じである。このように、係止部８に加えて、第１と第２の電極２Ｆａ，２Ｆｂのそれぞれに、第１実施例で説明したのと同様な接着部材７を設けることにより、触媒層２ｃＦとガス拡散層２ｇとの乖離をより確実に抑制できるとともに、電解質膜１の劣化を抑制することができる。
【０１０７】
H．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【０１０８】
H1．変形例１：
上記実施例において、ガス拡散層２ｇは繊維基材によって構成されていた。しかし、ガス拡散層２ｇは繊維基材によって構成されていなくとも良く、ガスを拡散するための多数の細孔を有する部材や、エキスパンドメタルのような金属加工板などによって構成されるものとしても良い。このような構成であっても、ガス拡散層と電解質膜との直接的な接触を抑制することにより、過酸化水素ラジカルが電解質膜に到達することが抑制され、電解質膜の劣化を抑制できる。また、ガス拡散層の基材外表面に存在する微少な凹凸や、ガス拡散層の基材端部などの押圧によって電解質膜が損傷してしまうことを抑制することができる。
【０１０９】
H2．変形例２：
上記第１実施例において、膜電極接合体５の電極２には撥水層３が設けられていなかった。しかし、膜電極接合体５のガス拡散層２ｇと触媒層２ｃとの間にも、撥水層３が設けられるものとしても良い。なお、この場合には、ガス拡散層２ｇの外周端面の少なくとも一部が撥水層３によって被覆されることが好ましい。
【０１１０】
H3．変形例３：
上記第２実施例では、電極２Ａの形成工程において、撥水層３が形成された面に溝部６を形成し、その溝部６に沿ってガス拡散層２ｇの外周端部を切断することにより、ガス拡散層２ｇの外周端面に撥水層３による被覆領域を形成していた。しかし、電極２Ａは、この工程によって形成されていなくとも良い。例えば、ガス拡散層２ｇの基材の外周端部を切断して、ガス拡散層２ｇの基材のサイズを触媒層２ｃのサイズより小さくした後に、ガス拡散層２ｇの基材の一方の面および外周端面を被覆するように撥水層３を設けるものとしても良い。
【０１１１】
H4．変形例４：
上記第２実施例では、触媒層２ｃとガス拡散層２ｇとの間に撥水層３が設けられていた。しかし、撥水層３は省略されるものとしても良い。この場合であっても、ガス拡散層２ｇの外周端部が触媒層２ｃ側に先細りとなるよう形成され、ガス拡散層２ｇの外周端部が、触媒層２ｃの外周端部より内側に入り込むことにより、ガス拡散層２ｇの毛羽などの突起部による電解質膜１の損傷や、過酸化水素ラジカルによる電解質膜１の劣化が抑制される。また、上記実施例では、撥水層３は、撥水性樹脂材料を主成分に含む撥水性薄膜により構成されていたが、撥水層３は、撥水性樹脂材料を主成分として含む撥水性薄膜によって構成されていなくとも良い。ただし、撥水層３を撥水性薄膜により構成することにより、図７で説明したように、ガス拡散層２ｇの毛羽２ｆを撥水性樹脂により被覆できるため好ましい。
【０１１２】
H5．変形例５：
上記第３実施例では、燃料電池１００Ｂは、電極２Ａ側をカソードとし、電極２Ａ側をアノードとして、それぞれに酸素と水素とが供給されていた。しかし、燃料電池１００Ｂは、電極２Ａをアノードとし、電極２Ｂをカソードとして、それぞれに水素と酸素とが供給されるものとしても良い。即ち、燃料電池の電極は、アノードおよびカソードのうち、少なくとも一方の電極において、ガス拡散層の外周端部が触媒層の外周端部より内側に入り込むように構成されていれば良い。
【０１１３】
H6．変形例６：
上記第５実施例では、接着部材７は、２つの電極２Ａ，２Ｂの両方に設けられていた。しかし、接着部材７は、２つの電極２Ａ，２Ｂのうちの一方において省略されるものとしても良い。第５実施例の他の構成例においても同様である。なお、電極２Ｂに接着部材７を設けた場合には、熱収縮などにより触媒層２ｃが電解質膜１とともに変形し、ガス拡散層２ｇから乖離してしまうことを抑制できる。また、電極２Ａに接着部材７を設けた場合には、触媒層２ｃの外周端部における反応熱によって電解質膜１が劣化してしまうことを抑制できる。
【０１１４】
H7．変形例７：
上記第５実施例の燃料電池１００Ｄでは、ガス拡散層２ｇの外周端が触媒層２ｃの外周端より内側に入り込んだ電極２Ａがカソードとして構成されていた。しかし、燃料電池１００Ｄでは、電極２Ａがアノードとして構成されるものとしても良い。
【０１１５】
H8.変形例８：
上記第５実施例では、接着部材７は、シール領域ＳＡを囲む周状の領域において含浸されていた。しかし、接着部材７は、触媒層２ｃの外周端より内側に入り込んでいるガス拡散層２ｇの外周端に沿って周状に含浸されていれば良く、シール領域ＳＡの内側において含浸されていても良い。
【０１１６】
H9．変形例９：
上記第５実施例では、接着部材７は、シール領域ＳＡを囲む領域の全周に渡って、触媒層２ｃと、ガス拡散層２ｇと、撥水層３の内部に含浸されていた。しかし、接着部材７は、シール領域ＳＡを囲む領域において全周に渡って、触媒層２ｃと、ガス拡散層２ｇと、撥水層３の内部に含浸されていなくとも良い。即ち、接着部材７は、ガス拡散層２ｇと触媒層２ｃとの乖離が抑制される程度に、ガス拡散層２ｇと触媒層２ｃの内周縁部の一部領域にのみ設けられるものとしても良い。また、接着部材７は、電極内部に含浸されていなくとも良く、ガス拡散層２ｇおよび撥水層３と、触媒層２ｃとの接触界面にのみ配置されるものとしても良い。ただし、図１４で説明したように、上記第５実施例のように構成することにより、反応熱による電解質膜１の劣化を抑制することができるため好ましい。
【０１１７】
H10．変形例１０：
上記第５実施例では、２つの電極２Ａ，２Ｂにそれぞれ撥水層３が設けられていた。しかし、撥水層３は省略されるものとしても良い。これは、第５実施例の他の構成例においても同様である。逆に、第６実施例や第７実施例においては、ガス拡散層２ｇ，２ｇＥ，２ｇＥｂの触媒層２ｃ側の面に撥水層３が設けられるものとしても良い。
【０１１８】
H11．変形例１１：
上記第６実施例では、触媒層２ｃの面内にガス拡散層２ｇの外周全体が収まるようにガス拡散層２ｇが配置され、ガス拡散層２ｇの外周端より突出した触媒層２ｃを折り曲げることにより、係止部８がガス拡散層２ｇの外周端に沿って周状に形成されていた。しかし、係止部８は、ガス拡散層２ｇの外周端に沿って周状に形成されていなくとも良い。例えば、係止部８は、ガス拡散層２ｇの外周端のうち、互いに対向する二辺についてのみ形成されるものとしても良い。また、係止部８は、触媒層２ｃの一部のみをガス拡散層２ｇの外周端より突出させ、その突出した一部を折り曲げることにより、ガス拡散層２ｇの外周端の一部のみを係止するように設けられるものとしても良い。
【０１１９】
H12．変形例１２：
上記第７実施例では、第１の電極２Ｆａの方が第２の電極２Ｆｂより小さいサイズで構成されていた。しかし、第１と第２の電極２Ｆａ，２Ｆｂは互いにほぼ同程度のサイズで構成されるものとしても良く、第２の電極２Ｆｂの方が、第１の電極２Ｆａよりも小さいサイズで構成されるものとしても良い。
【０１２０】
H13．変形例１３：
上記第７実施例では、第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂおよびそれらに形成された触媒層２ｃＦの熱収縮による変形を利用して係止部８が形成されていた（図２５（Ｃ），図２６（Ｂ））。しかし、係止部８は、そうした熱収縮による変形を利用して形成されなくとも良い。係止部８は、外力を付与して第１と第２の電解質膜１Ｆａ，１Ｆｂおよびそれらに形成された触媒層２ｃＦの外周端部を折り曲げることにより形成されるものとしても良い。
【符号の説明】
【０１２１】
１，１Ｅ，１Ｆａ，１Ｆｂ…電解質膜
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ,２Ｅ，２Ｅａ，２Ｅｂ，２Ｆａ，２Ｆｂ，２ａ…電極
２ｃ，２ｃＥ，２ｃＥｂ，２ｃＦ…触媒層
２ｆ…毛羽
２ｇ，２ｇＥ，２ｇＥｂ…ガス拡散層
２ｓ…面
２ｃｔ…外周端
３…撥水層
４…保護シート
５，５Ａ，５Ａａ，５Ｂ，５Ｃ，５ａ，５ｂ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｅａ…膜電極接合体
６…溝部
７…接着部材
８，８ａ…係止部
１０…シール一体型膜電極接合体
２０…シール部
３０…ガス流路部材
４０…セパレータ
４３…流路溝
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｄａ，１００Ｄｂ，１００Ｅ，１００Ｅａ〜１００Ｅｄ，１００Ｆ，１００ｃ…燃料電池
１１０…単セル
２００…押圧工具
２０２…切削工具
２１０…電熱板
２１１…保持部材
２１２…基台
【図１】
2012035591.tif 000003
【図２】
2012035591.tif 000004
【図３】
2012035591.tif 000005
【図４】
2012035591.tif 000006
【図５】
2012035591.tif 000007
【図６】
2012035591.tif 000008
【図７】
2012035591.tif 000009
【図８】
2012035591.tif 000010
【図９】
2012035591.tif 000011
【図１０】
2012035591.tif 000012
【図１１】
2012035591.tif 000013
【図１２】
2012035591.tif 000014
【図１３】
2012035591.tif 000015
【図１４】
2012035591.tif 000016
【図１５】
2012035591.tif 000017
【図１６】
2012035591.tif 000018
【図１７】
2012035591.tif 000019
【図１８】
2012035591.tif 000020
【図１９】
2012035591.tif 000021
【図２０】
2012035591.tif 000022
【図２１】
2012035591.tif 000023
【図２２】
2012035591.tif 000024
【図２３】
2012035591.tif 000025
【図２４】
2012035591.tif 000026
【図２５】
2012035591.tif 000027
【図２６】
2012035591.tif 000028
【図２７】
2012035591.tif 000029
【国際調査報告】
2012035591.tif 000030
2012035591.tif 000031
2012035591.tif 000032
2012035591.tif 000033