(57)【要約】      （修正有）【課題】有機物等の不純物を吸油体で吸収・捕捉することにより、触媒の被毒化を抑制することができる高分子電解質形燃料電池を提供する。【解決手段】一対の電極４Ａ、４Ｂの間に配置された電解質層１と、を有する電解質層−電極接合体５と、一対の電極４Ａ、４Ｂを囲むように配設された一対の環状のガスケット６Ａ、６Ｂと、板状で、電解質層−電極接合体５及び一対のガスケット６Ａ、６Ｂを挟持するように配設され、電極４Ａ、４Ｂと当接する一方の主面に反応ガスが流れる溝状の反応ガス流路１１、１２が形成された一対の導電性のセパレータ７Ａ、７Ｂと、セパレータ７Ａ、７Ｂの一方の主面の少なくとも一部に設けられた吸油体８Ａ、８Ｂと、を備える、高分子電解質形燃料電池。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と、前記電解質層の周縁部を除く部分を挟み、それぞれガス拡散層及び該ガス拡散層と前記電解質層との間に配置された触媒層を含む一対の電極と、を有する電解質層−電極接合体と、
前記電解質層−電極接合体の前記一対の電極のそれぞれを囲むように配設された一対の環状のガスケットと、
板状で、前記電解質層−電極接合体及び前記一対のガスケットを挟持するように配設され、前記電極と当接する一方の主面に反応ガスが流れる溝状の反応ガス流路が形成された一対の導電性のセパレータと、
前記セパレータの一方の主面の少なくとも一部に設けられた吸油体と、を備える、高分子電解質形燃料電池。
【請求項２】
前記セパレータの一方の主面の少なくとも一部には、溝部が設けられ、
前記吸油体は、前記溝部に設けられている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項３】
前記吸油体は、前記セパレータの厚み方向から見て、前記セパレータの一方の主面の前記触媒層よりも外方部分に設けられている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項４】
前記吸油体は、前記触媒層と前記ガスケットとの間に設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項５】
前記吸油体は、前記セパレータの厚み方向から見て、前記セパレータの一方の主面の前記ガスケットと対向する部分の少なくとも一部に設けられている、請求項１又は２に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項６】
前記吸油体は、前記セパレータの厚み方向から見て、前記セパレータの一方の主面の前記ガスケットと対向する部分全体に設けられている、請求項５に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項７】
前記吸油体は、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリスチレン繊維、ウレタンフォーム、カポック繊維、シリカゲルからなる物質群から選択される１以上の物質を含むように構成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子電解質形燃料電池の構造、特にセパレータの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣという）は、水素を含有した燃料ガスと空気等の酸素を含有した酸化剤ガスとを電気化学反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させるものである。ＰＥＦＣの単電池（セル）は、高分子電解質膜及び一対のガス拡散電極（アノード及びカソード）から構成されるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜−電極接合体）と、ガスケットと、導電性の板状のセパレータと、を有している。そして、ＰＥＦＣは、一般的には、このセルを複数積層し、積層されたセルの両端を端板で挟み、該端板とセルとを締結具により締結することにより、形成されている。
【０００３】
ところで、ＰＥＦＣは、多種の樹脂材料から構成されており、難燃剤、離型剤や潤滑剤等の添加成分（微量の有機物や亜硫酸イオン等のイオン）が、反応ガス中の水分や電気化学反応に伴って生成される生成水に溶出して、ガス拡散電極に至り、白金及び白金を含む合金からなる触媒が被毒されるという問題があった。また、溶出した有機物が、触媒層を構成する炭素材料の細孔部に吸着して物質移動を阻害することで、発電性能が著しく低下するという問題があった。
【０００４】
このような問題に対して、ガスケットを洗浄や熱処理等の前処理した高分子電解質型燃料電池（例えば、特許文献１参照）や、セパレータにトラッピング剤を混入させた高分子電解質型燃料電池（例えば、特許文献２参照）が知られている。特許文献１に開示されている高分子電解質型燃料電池では、ガスケットを洗浄や熱処理等の前処理することで、ガスケットから溶出される成分とその量を制御することにより、触媒の被毒化を抑制して、燃料電池の性能低下を抑制することができる。また、特許文献２に開示されている高分子電解質型燃料電池では、セパレータのバインダー樹脂から溶出される有機物やイオンをトラッピング剤で捕捉して、溶出を抑制することにより、燃料電池の性能低下を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５―２６１０４号公報
【特許文献２】特開２００４―２３５０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示されている高分子電解質型燃料電池では、触媒の被毒を抑制するために、材料選択の制約や工法上の制約により、充分な電池性能が発揮できなかったり、コストの増大を招いたりする等の課題や、溶出する有機物を遮断する機能が不充分である等の課題があった。
【０００７】
すなわち、特許文献１に開示されている高分子電解質型燃料電池では、溶出成分の有無により樹脂への添加剤が制限されると、樹脂に付加できる機能が限定されてしまい、充分な電池性能を発揮できる電池設計ができなくなるという課題があった。また、熱処理や洗浄等の前処理は製造コストが増大するという課題があった。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている高分子電解質型燃料電池では、部材の溶出面全てにトラッピング材を設ける必要があるため、直材コストが増大することや、ガスシール部などにはトラッピング材を設けることができないので、溶出する有機物が触媒層に到達しないように遮断する機能が不充分になるおそれがあった。
【０００９】
一方、触媒の被毒を抑制するために、構成材料に不純物の少ない、グレードの高い材料を使用することが考えられるが、一般的に純度の高いクリーンな材料は高価であり直材コストが増大することになる。また、低い機能の材料を用いた設計では、材料の使用量を増やすことで低い機能を補完が必要な場合が多く、直材コストが増大することになる。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ガスケットとして使用する樹脂材料の溶出成分による制約を受けずに、安価で高い発電性能を有する高分子形燃料電池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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る高分子電解質形燃料電池は、電解質層と、前記電解質層の周縁部を除く部分を挟み、それぞれガス拡散層及び該ガス拡散層と前記電解質層との間に配置された触媒層を含む一対の電極と、を有する電解質層−電極接合体と、前記一対の電極を囲むように配設された一対の環状のガスケットと、板状で、前記電解質層−電極接合体及び前記一対のガスケットを挟持するように配設され、前記電極と当接する一方の主面に反応ガスが流れる溝状の反応ガス流路が形成された一対の導電性のセパレータと、前記セパレータの一方の主面の少なくとも一部に設けられた吸油体と、を備える。
【００１２】
これにより、ガスケットから溶出された有機物等の不純物を吸油体で吸収・捕捉することができる。
【００１３】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記セパレータの一方の主面の少なくとも一部には、溝部が設けられ、前記吸油体は、前記溝部に設けられていてもよい。
【００１４】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記吸油体は、前記セパレータの厚み方向から見て、前記セパレータの一方の主面の前記触媒層よりも外方部分に設けられていてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記吸油体は、前記触媒層と前記ガスケットとの間に設けられていてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記吸油体は、前記セパレータの厚み方向から見て、前記セパレータの一方の主面の前記ガスケットと対向する部分の少なくとも一部に設けられていてもよい。
【００１７】
また、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記吸油体は、前記セパレータの厚み方向から見て、前記セパレータの一方の主面の前記ガスケットと対向する部分全体に設けられていてもよい。
【００１８】
さらに、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、前記吸油体は、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリスチレン繊維、ウレタンフォーム、カポック繊維、シリカゲルからなる物質群から選択される１以上の物質を含むように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の高分子電解質形燃料電池によれば、安価な材料を使用しても、有機物等の不純物を吸油体で吸収・捕捉することにより、触媒の被毒化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池の概略構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す高分子電解質形燃料電池におけるセルの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、図２に示すセルをその厚み方向から見た透視図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２に係る高分子電解質形燃料電池におけるセルの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、図４に示すセルをその厚み方向から見た透視図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３に係る高分子電解質形燃料電池におけるセルの概略構成を模式的に示す透視図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態４に係る高分子電解質形燃料電池におけるセルの概略構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
（実施の形態１）
[高分子電解質形燃料電池の構成]
図１は、本発明の実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池の概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、図１においては、高分子電解質形燃料電池における上下方向を図における上下方向として表している。
【００２３】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池１００は、複数のセル１０が積層されたセル積層体７０を有する、燃料電池スタックで構成されている。高分子電解質形燃料電池１００は、例えば、セル積層体７０と、該セル積層体７０の両端に配置された端板７１Ａ、７１Ｂと、セル積層体７０と端板７１Ａ、７１Ｂをセルの積層方向において締結する締結具（図示せず）と、を有する。また、端板７１Ａとセル積層体７０の間には、絶縁板７２Ａ及び集電板７３Ａが配置されている。同様に、端板７１Ｂとセル積層体７０との間には、絶縁板７２Ｂ及び集電板７３Ｂが配置されている。
【００２４】
セル積層体７０には、燃料ガス供給マニホールド、酸化剤ガス供給マニホールド、冷却媒体供給マニホールド、燃料ガス排出マニホールド、酸化剤ガス排出マニホールド、及び冷却媒体排出マニホールドが設けられている（いずれも図示せず）。また、端板７１Ａ、絶縁板７２Ａ、及び集電板７３Ａには、燃料ガス供給マニホールド等の各マニホールドに対応する（連通する）貫通孔が設けられている。そして、端板７１Ａの燃料ガス供給マニホールド等の各マニホールドに対応する貫通孔には、それぞれ、燃料ガス供給路８１、冷却媒体供給路８２、酸化剤ガス供給路８３、燃料ガス排出路８４、冷却媒体排出路８５、及び酸化剤ガス排出路８６が接続されている。これにより、燃料ガス等が高分子電解質形燃料電池１００に供給され、使用されなかった燃料ガス等が高分子電解質形燃料電池１００から排出される。
【００２５】
［セルの構成］
次に、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池１００におけるセル１０の構成について、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００２６】
図２は、図１に示す高分子電解質形燃料電池１００におけるセル１０の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図３は、図２に示すセル１０をその厚み方向から見た透視図である。なお、図２及び図３においては、セル１０における上下方向を図における上下方向として表している。また、図３においては、燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、及び冷却媒体流路と、一方のガスケットを省略し、吸油体をハッチングで示している。
【００２７】
図２及び図３に示すように、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池１００におけるセル１０は、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極接合体）５と、一対のガスケット６Ａ、６Ｂと、一対のセパレータ７Ａ、７Ｂと、吸油体８Ａ、８Ｂと、を備えている。
【００２８】
ＭＥＡ５は、一対の電極４Ａ、４Ｂと、一対の電極４Ａ、４Ｂの間に配置された電解質層１と、を有している。本実施の形態１においては、電極４Ａがアノード４Ａを構成し、電極４Ｂがカソード４Ｂを構成している。電解質層１としては、例えば、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜（例えば、米国デュポン（株）製のＮａｆｉｏｎ（商品名））を用いることができる。
【００２９】
電解質層１は、本実施の形態１においては、略４角形（ここでは、矩形）の形状を有している。電解質層１の両面には、その周縁部より内方に位置するように、アノード４Ａ及びカソード４Ｂが、それぞれ配設されている。なお、電解質層１の周縁部には、燃料ガス供給マニホールド孔５１、冷却媒体供給マニホールド孔５２、酸化剤ガス供給マニホールド５３、燃料ガス排出マニホールド孔５４、冷却媒体排出マニホールド孔５５、及び酸化剤ガス排出マニホールド孔５６が厚み方向に貫通するように設けられている（図３参照）。
【００３０】
アノード４Ａは、電解質層１の一方の主面上に設けられ、電極触媒（例えば、白金及び白金を含む合金）を担持した導電性炭素粒子と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなるアノード触媒層２Ａと、アノード触媒層２Ａの主面上に設けられ、ガス通気性と導電性を兼ね備えたアノードガス拡散層３Ａと、を有している。同様に、カソード４Ｂは、電解質層１の他方の主面上に設けられ、電極触媒（例えば、白金及び白金を含む合金）を担持した導電性炭素粒子と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなるカソード触媒層２Ｂと、カソード触媒層２Ｂの主面上に設けられ、ガス通気性と導電性を兼ね備えたカソードガス拡散層３Ｂと、を有している。
【００３１】
なお、アノード触媒層２Ａ及びカソード触媒層２Ｂは、白金及び白金を含む合金からなる電極触媒を担持した導電性炭素粒子と、高分子電解質と、分散媒と、を含む触媒層形成用インクを用いて、当該分野で公知の方法により形成することができる。また、アノードガス拡散層３Ａ及びカソードガス拡散層３Ｂを構成する材料としては、特に限定されることなく、当該分野で公知のものを使用することができ、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパーなどの導電性多孔質基材を用いることができる。また、この導電性多孔質基材には、従来公知の方法で撥水処理を施しても構わない。
【００３２】
また、ＭＥＡ５のアノード４Ａ及びカソード４Ｂの周囲（正確には、アノードガス拡散層３Ａ（カソードガス拡散層３Ｂ）の外方）には、電解質層１を挟んで一対の環状のガスケット６Ａ、６Ｂが配設されている。ガスケット６Ａ、６Ｂは、例えば、アノード４Ａ及びカソード４Ｂを囲む電極周囲部６０と、各マニホールド孔を囲むマニホールド孔周囲部６１〜６６とを有している。電極周囲部６０は、ここでは、略矩形に形成されていて、マニホールド孔周囲部６１〜６６は、長円状に形成されている。そして、電極周囲部６０にマニホールド孔周囲部６１〜６６が、それぞれ、接続されている。なお、本実施の形態においては、ガスケット６Ａ、６Ｂは、それぞれ、電極周囲部６０にマニホールド孔周囲部６１〜６６が接続されている構成としたが、これに限定されず、例えば、電極周囲部６０と各マニホールド孔周囲部６１〜６６が接続されていない構成としてもよく、また、各マニホールド孔周囲部６１〜６６がそれぞれ接続されている構成としてもよい。
【００３３】
アノード４Ａ側に配設されているガスケット６Ａでは、燃料ガスを燃料ガス供給マニホールド孔５１から後述する燃料ガス流路１１（図２参照）に供給できるように、マニホールド孔周囲部６１の第２の側部側の側部が開口されている。また、ガスケット６Ａでは、燃料ガス流路１１から燃料ガス排出マニホールド孔５４に使用されなかった燃料ガス等を排出できるように、マニホールド孔周囲部６４の第１の側部側の側部が開口されている。同様に、ガスケット６Ｂでは、酸化剤ガスを酸化剤ガス流路１２に供給できるように、マニホールド孔周囲部６３の第１の側部側の側部が開口され、酸化剤ガス流路１２から酸化剤ガスを排出できるように、マニホールド孔周囲部６６の第２の側部側の側部が開口されている。これにより、燃料ガスや酸化剤ガスがセル１０外にリークされることが抑制され、また、高分子電解質形燃料電池１００内でこれらのガスが互いに混合されることが抑制される。
【００３４】
ガスケット６Ａ、６Ｂを構成する材料としては、例えば、ゴム材料や熱可塑性エラストマーや接着剤等の化合物を使用することができる。ガスケットを構成するシール材の具体例として、フッ素ゴム、シリコーンゴム、天然ゴム、ＥＰＤＭ、ブチルゴム、塩化ブチルゴム、臭化ブチルゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニルゴム、アクリルゴム、ポリイソプロピレンポリマー、パーフルオロカーボン、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリエステル系及びポリアミド系等の熱可塑性エラストマー、あるいはイソプレンゴム及びブタジエンゴム等のラテックスを用いた接着剤、液状のポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、シリコーンゴム、フッ素ゴムおよびアクリロニトリル−ブタジエンゴム等を用いた接着剤等を挙げることができるが、これらの化合物に限定されない。また、これらの化合物を単体で用いても、あるいは２種類以上を混合もしくは複合して用いてもよい。
【００３５】
なお、ガスケット６Ａ、６Ｂは、燃料ガスや酸化剤ガスがセル１０外にリークされることが抑制され、また、高分子電解質形燃料電池１００内でこれらのガスが互いに混合されることが抑制されれば、その形状は任意である。
【００３６】
また、ＭＥＡ５とガスケット６Ａ、６Ｂを挟むように、導電性を有する板状の一対のセパレータ７Ａ、７Ｂが配設されている。これにより、ＭＥＡ５が機械的に固定され、複数のセル１０をその厚み方向に積層したときには、ＭＥＡ５が電気的に接続される。なお、これらのセパレータ７Ａ、７Ｂは、熱伝導性及び導電性に優れた金属、黒鉛、または、黒鉛と樹脂を混合したものを使用することができ、例えば、カーボン粉末とバインダー（溶剤）との混合物を射出成形により作製したものやチタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施したものを使用することができる。
【００３７】
セパレータ７Ａのアノード４Ａと接触する一方の主面（以下、内面という）には、燃料ガスが通流するための溝状の燃料ガス流路１１が設けられており、また、他方の主面（以下、外面という）には、冷却媒体が通流するための溝状の冷却媒体流路１３が設けられている。同様に、セパレータ７Ｂのカソード４Ｂと接触する一方の主面（以下、内面という）には、酸化剤ガスが通流するための溝状の酸化剤ガス流路１２が設けられており、また、他方の主面（以下、外面という）には、冷却媒体が通流するための溝状の冷却媒体流路１３が設けられている。なお、セパレータ７Ａ、７Ｂの主面の周縁部には、燃料ガス供給マニホールド孔５１等の各マニホールド孔が設けられている（図３参照）。
【００３８】
これにより、アノード４Ａ及びカソード４Ｂには、それぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、これらのガスが反応して電気と熱が発生する。また、冷却水等の冷却媒体を冷却媒体流路１３に通流させることにより、発生した熱の回収が行われる。
【００３９】
また、セパレータ７Ａ、７Ｂの内面には、吸油体８Ａ、８Ｂがそれぞれ設けられている。具体的には、吸油体８Ａは、セパレータ７Ａの厚み方向から見て、セパレータ７Ａの内面におけるアノード触媒層２Ａよりも外方部分（セパレータ７Ａの内面におけるアノード触媒層２Ａと対向する部分よりも外方部分）に設けられている。より詳しくは、吸油体８Ａは、セパレータ７Ａの内面におけるガスケット６Ａとアノード触媒層２Ａとの間に設けられていて、アノード触媒層２Ａを全体として囲むように設けられている。
【００４０】
同様に、吸油体８Ｂは、セパレータ７Ｂの厚み方向から見て、セパレータ７Ｂの内面におけるカソード触媒層２Ｂよりも外方部分（セパレータ７Ｂの内面におけるカソード触媒層２Ｂと対向する部分よりも外方部分）に設けられている。より詳しくは、吸油体８Ｂは、セパレータ７Ｂの内面におけるガスケット６Ｂとカソード触媒層２Ｂとの間に設けられていて、カソード触媒層２Ｂを全体として囲むように設けられている。
【００４１】
ここで、「セパレータの内面における触媒層よりも外方部分」とは、セパレータの厚み方向から見て、セパレータの内面における触媒層の端（ここでは、周面）を含んだ部分よりも外方の部分をいい、換言すると、セパレータの内面の周縁部である。「ガスケットと触媒層との間に吸油体が設けられている」とは、吸油体がガスケットと触媒層との間に形成される空間のみに設けられるだけでなく、ガスケット又は触媒層と接触するように設けられてもよいことをいう（図３参照）。なお、吸油体は、触媒層と接触しないように設けられている方が、電位により電食が発生する危険性が低下するので好ましい。
【００４２】
また、「全体として囲むように」とは、本発明の作用効果を奏する範囲で、吸油体８Ａ及び吸油体８Ｂの一部が、それぞれ、アノード触媒層２Ａ及びカソード触媒層２Ｂを囲まない部分を有していてもよいことをいう。
【００４３】
吸油体８Ａ、８Ｂを構成する材料としては、ガスケット６Ａ、６Ｂから溶出する微量の有機物を効率よく吸収する観点から、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリスチレン繊維、ウレタンフォーム、カポック繊維、シリカゲルからなる物質群から選択される１以上の物質を含むことが好ましい。
【００４４】
また、吸油体８Ａ、８Ｂを構成する材料としては、ガスケット６Ａ、６Ｂから溶出する微量の有機物を効率よく吸収する観点から、多孔質で吸油性が高い物質が好ましく、例えば、活性炭、活性炭素繊維、分子ふるい炭素、シリカゲル、活性アルミナ、ゼオライト、吸油性ポリマー、及び有機吸着体からなる物質群から選択される１以上の物質を含んでもよい。有機吸着体としては、例えば、スチレンージビニルベンゼンやメタクリル酸エステルやビニルビリジン等があるが、これらの化合物に、特に限定されるものではない。また、吸油体８Ａ、８Ｂは、長期間使用しても吸油性能が失われないようにする観点から、その吸油量がガスケット６Ａ、６Ｂに添加している添加剤の総量よりも大きくすることが好ましい。
【００４５】
また、吸油体８Ａ、８Ｂは、アノードガス拡散層３Ａ、カソードガス拡散層３Ｂ、ガスケット６Ａ、６Ｂ、及びセパレータ７Ａ、７Ｂの少なくともいずれかよりも親水になるように（親水性が高くなるように）構成されていることが好ましく、これらの構成部材よりも親水になるように構成されていることがより好ましい。ガスケット６Ａ、６Ｂから溶出する有機物は、結露水や生成水を媒介としてアノード触媒層２Ａおよびカソード触媒層２Ｂに達する。このため、吸油体８Ａ、８Ｂの親水性を隣接する部材に比べて高くすることで、溶出した有機物を含む水が、吸油体８Ａ、８Ｂを選択的に通るので、有機物の除去効果を高めることができる。
【００４６】
なお、親水性を高める方法としては、吸油体８Ａ、８Ｂとして、上記活性炭等の多孔質で吸油性が高い物質を使用するような場合には、酸化チタンや高分子電解質（例えば、米国デュポン（株）製のＮａｆｉｏｎ（商品名））等の親水性が高い材料を混入させる方法がある。また、吸油体８Ａ、８Ｂを構成する材料の表面を酸素プラズマやオゾン処理などにより改質し、親水性を高める方法もある。さらに、粉状の吸油材を用いる場合、結着材として触媒層と同様に電解質を用いることができるが、より親水性を高める観点から、粉状の吸油材に対する電解質の比率を高くした方が好ましい。電解質の比率を高くすると、吸油体８Ａ、８Ｂのガス拡散性を低下させることができるので、外部より供給される燃料ガスや酸化剤ガス中に含まれる不純物成分により吸油容量が浪費されることを抑制することができる。
【００４７】
また、吸油体８Ａ、８Ｂとして、上記活性炭等の多孔質で吸油性が高い物質を使用するような場合の作成方法としては、例えば、活性炭粉末とパーフルオロカーボンスルホン酸を混合したペーストを作成し、スクリーン印刷法を用いて作成してもよく、また、活性炭繊維からなる不織布を環状に打抜いて作成してもよい。
【００４８】
このように構成された本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池１００では、ガスケット６Ａ、６Ｂから溶出する微量の有機物は、アノード触媒層２Ａ又はカソード触媒層２Ｂに達する前に吸油体８Ａ、８Ｂで吸収・捕捉される。このため、アノード触媒層２Ａ及びカソード触媒層２Ｂの電極触媒（例えば、白金及び白金を含む合金）が被毒されることが抑制され、また、アノード触媒層２Ａ及びカソード触媒層２Ｂを構成する炭素材料の細孔部が塞がれることが抑制されるため、高い電池性能を維持することが可能となる。
【００４９】
なお、本実施の形態１においては、吸油体８Ａをアノード触媒層２Ａとガスケット６Ａとの間に設け、吸油体８Ｂをカソード触媒層２Ｂとガスケット６Ｂとの間に設ける構成としたが、これに限定されず、吸油体を一方の触媒層とガスケットとの間に設ける構成としてもよい。また、電解質層１の厚み方向から見て、吸油体８Ａ、８Ｂが、それぞれ、アノード触媒層２Ａ、カソード触媒層２Ｂを、全体として囲むように設ける構成としたが、これに限定されず、触媒層とガスケットとの間に設けられていれば、その形状は限定されない。
【００５０】
また、本実施の形態１においては、複数のセル１０が積層された燃料電池スタックで構成したが、これに限定されず、１のセル１０で燃料電池スタックを構成してもよい。
【００５１】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る高分子電解質形燃料電池におけるセルの概略構成を模式的に示す断面図である。図５は、図４に示すセルをその厚み方向から見た透視図である。なお、図４及び図５においては、セルにおける上下方向を図における上下方向として表している。また、図５においては、燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、及び冷却媒体流路と、一方のガスケットを省略し、吸油体をハッチングで示している。
【００５２】
図４及び図５に示すように、本発明の実施の形態２に係る高分子電解質形燃料電池１００は、実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、吸油体８Ａ、８Ｂが、セパレータ７Ａ、７Ｂの内面に設けられた溝部９Ａ、９Ｂにそれぞれ、配置されている（設けられている）点が異なる。
【００５３】
具体的には、溝部９Ａは、セパレータ７Ａの内面におけるガスケット６Ａとアノード触媒層２Ａとの間に設けられていて、アノード触媒層２Ａを全体として囲むように設けられている。同様に、溝部９Ｂは、セパレータ７Ｂの内面におけるガスケット６Ｂとカソード触媒層２Ｂとの間に設けられていて、カソード触媒層２Ｂを全体として囲むように設けられている。そして、このように構成された溝部９Ａ、９Ｂには、吸油体８Ａ、８Ｂが配置されている。
【００５４】
このように構成された本実施の形態２に係る高分子電解質形燃料電池１００であっても、実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態２に係る高分子電解質形燃料電池１００では、吸油体８Ａ、８Ｂが、それぞれ、溝部９Ａ、９Ｂに配置されているため、高分子電解質形燃料電池１００を組み立てるときに、吸油体８Ａ、８Ｂの位置決めを容易に行うことができる。また、ガスケット６Ａ、６Ｂから溶出する微量の有機物が、溝部９Ａ、９Ｂでトラップすることができ、セパレータ７Ａ、７Ｂの内面をつたって、アノード触媒層２Ａやカソード触媒層２Ｂに達することが抑制され、よりアノード触媒層２Ａ及びカソード触媒層２Ｂの電極触媒（例えば、白金及び白金を含む合金）が被毒されることが抑制され、また、アノード触媒層２Ａ及びカソード触媒層２Ｂを構成する炭素材料の細孔部が塞がれることがより抑制される。このため、本実施の形態２に係る高分子電解質形燃料電池１００では、より高い電池性能を維持することが可能となる。
【００５５】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３に係る高分子電解質形燃料電池におけるセルの概略構成を模式的に示す透視図である。なお、図６においては、セルにおける上下方向を図における上下方向として表し、燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、及び冷却媒体流路と、一方のガスケット及び吸油体を省略し、吸油体をハッチングで示している。
【００５６】
図６に示すように、本実施の形態３に係る高分子電解質形燃料電池１００は、実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、吸油体８Ａ及び吸油体８Ｂ（図６には示さず）が、開口されている点が異なる。具体的には、吸油体８Ａは、アノード触媒層２Ａとガスケット６Ａとの間の部分であって、燃料ガス排出マニホールド孔５４とアノード触媒層２Ａとの間の部分は吸油体８Ａが設けられていないように構成されている。同様に、吸油体８Ｂは、カソード触媒層２Ｂとガスケット６Ｂとの間の部分であって、酸化剤ガス排出マニホールド孔５６とカソード触媒層２Ｂとの間の部分は吸油体８Ｂが設けられていないように構成されている。
【００５７】
すなわち、吸油体８Ａは、燃料ガス排出マニホールド孔５４とアノード触媒層２Ａとの間の部分が開口部分となるように、アノード触媒層２Ａを囲むように設けられている。同様に、吸油体８Ｂは、酸化剤ガス排出マニホールド孔５６とカソード触媒層２Ｂとの間の部分が開口部分となるように、カソード触媒層２Ｂを囲むように設けられている。
【００５８】
燃料ガス排出マニホールド孔５４近傍のように、アノード触媒層２Ａからセル１０外に向かって、燃料ガス、水蒸気や水が流れていく部分では、ガスケット６Ａから有機物が溶出しても、溶出した有機物は、燃料ガス等の流れに沿って、セル１０外に排出される。酸化剤ガス排出マニホールド孔５６近傍についても、同様である。このため、燃料ガス排出マニホールド孔５４とアノード触媒層２Ａとの間の部分や酸化剤ガス排出マニホールド孔５６とカソード触媒層２Ｂとの間の部分に、吸油体８Ａ、８Ｂが設けられていなくても、アノード触媒層２Ａが被毒化等されるおそれが少ない。
【００５９】
したがって、上記のように構成された本実施の形態３に係る高分子電解質形燃料電池１００であっても、実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
【００６０】
（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４に係る高分子電解質形燃料電池におけるセルの概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図７においては、セルにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【００６１】
図７に示すように、本発明の実施の形態４に係る高分子電解質形燃料電池１００は、実施の形態２に係る高分子電解質形燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、ＭＥＡ５の電解質層１の周縁部を挟むように設けられた枠部材１４を備える点が異なる。
【００６２】
具体的には、枠部材１４は、略矩形のリング状に形成されており、ＭＥＡ５の電解質層１の外縁と接合している。枠部材１４の開口部は、ＭＥＡ５のアノード４Ａ又はカソード４Ｂよりも若干大きくなるように形成されている。また、枠部材１４の周縁部には、燃料ガス供給マニホールド孔等の各マニホールド孔が設けられている。さらに、枠部材１４の主面には、ガスケット６Ａ、６Ｂの位置決めを容易にするための位置決め溝１４Ａ、１４Ｂが形成されている。
【００６３】
また、セパレータ７Ａ、７Ｂに設けられた溝部９Ａ、９Ｂは、セパレータ７Ａ、７Ｂの厚み方向から見て、ガスケット６Ａ、６Ｂと重なるように形成されている。そして、該溝部９Ａ、９Ｂには、吸油体８Ａ、８Ｂが、それぞれは位置されている。
【００６４】
さらに、ガスケット６Ａ、６Ｂは、それぞれ、嵌合部１６Ａ、１６Ｂを有していて、これらの嵌合部１６Ａ、１６Ｂは、位置決め溝１４Ａ、１４Ｂに嵌合している。また、ガスケット６Ａ、６Ｂは、溝部９Ａ、９Ｂの幅よりも若干大きい寸法で形成されていて、高分子電解質形燃料電池１００を締結するときに、押圧されて、セパレータ７Ａ、７Ｂの溝部９Ａ、９Ｂに嵌入されるように構成されている。これにより、ガスケット６Ａ、６Ｂは、各マニホールド孔及びＭＥＡ５の周囲をより適切にシールすることができる。
【００６５】
このように構成された本実施の形態４に係る高分子電解質形燃料電池１００であっても、実施の形態２に係る高分子電解質形燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態４に係る高分子電解質形燃料電池１００では、吸油体８Ａ、８Ｂが、セパレータ７Ａ、７Ｂの厚み方向から見て、ガスケット６Ａ、６Ｂと対向する部分に設けられているため、ガスケット６Ａ、６Ｂから溶出する微量の有機物をより吸油体８Ａ、８Ｂで吸収・捕捉することができ、アノード触媒層２Ａ及びカソード触媒層２Ｂの電極触媒（例えば、白金及び白金を含む合金）が被毒されることがより抑制され、また、アノード触媒層２Ａ及びカソード触媒層２Ｂを構成する炭素材料の細孔部が塞がれることがより抑制されるため、高い電池性能をより維持することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の高分子電解質形燃料電池は、安価な材料を使用しても、有機物等の不純物を吸油体で吸収・捕捉することにより、触媒の被毒化を抑制することができるため、燃料電池の技術分野で有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１  電解質層
２Ａ  アノード触媒層
２Ｂ  カソード触媒層
３Ａ  アノードガス拡散層
３Ｂ  カソードガス拡散層
４Ａ  電極（アノード）
４Ｂ  電極（カソード）
５  ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質層−電極接合体）
６Ａ  ガスケット
６Ｂ  ガスケット
７Ａ  セパレータ
７Ｂ  セパレータ
８Ａ  吸油体
８Ｂ  吸油体
９Ａ  溝部
９Ｂ  溝部
１０  セル
１１  燃料ガス流路
１２  酸化剤ガス流路
１３  冷却媒体流路
１４  枠部材
１４Ａ  位置決め溝
１４Ｂ  位置決め溝
１６Ａ  嵌合部
１６Ｂ  嵌合部
５１  燃料ガス供給マニホールド孔
５２  冷却媒体供給マニホールド孔
５３  酸化剤ガス供給マニホールド
５４  燃料ガス排出マニホールド孔
５５  冷却媒体排出マニホールド孔
５６  酸化剤ガス排出マニホールド孔
６０  電極周囲部
６１  マニホールド孔周囲部
６２  マニホールド孔周囲部
６３  マニホールド孔周囲部
６４  マニホールド孔周囲部
６５  マニホールド孔周囲部
６６  マニホールド孔周囲部
７０  セル積層体
７１Ａ  端板
７１Ｂ  端板
７２Ａ  絶縁板
７２Ｂ  絶縁板
７３Ａ  集電板
７３Ｂ  集電板
８１  燃料ガス供給路
８２  冷却媒体供給路
８３  酸化剤ガス供給路
８４  燃料ガス排出路
８５  冷却媒体排出路
８６  酸化剤ガス排出路
１００  高分子電解質形燃料電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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