(57)【要約】【課題】スタッキング時の圧縮力を所望の値に維持しながら、拡散層基材や集電層にエキスパンドメタルの端部が突き刺さるのを効果的に抑止することができ、もってクロスリーク耐久性に優れた燃料電池を提供する。【解決手段】膜電極接合体３と、これを挟持するアノード側およびカソード側のガス拡散層４，４と、から電極体１０が形成され、ガス流路層を形成するエキスパンドメタル５，５Ａとセパレータ７，７が該電極体１０を挟持して燃料電池セル１００を成し、該燃料電池セル１００が積層されて形成される燃料電池であり、アノード側とカソード側のエキスパンドメタル５Ａ,５がガス拡散層４，４と接触した姿勢において、端部面積の相対的に小さなエキスパンドメタル５の該端部５１ａと、端部面積の相対的に大きなエキスパンドメタル５Ａの該端部５１Ａａの一部が、燃料電池セル１００の積層方向で一致している。【選択図】図１
2010170914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と、これを挟持するアノード側およびカソード側のガス拡散層と、から電極体が形成され、ガス流路層を形成するエキスパンドメタルからなる金属多孔体とセパレータが該電極体を挟持して燃料電池セルを成し、該燃料電池セルが積層されて形成される燃料電池において、
アノード側とカソード側のエキスパンドメタルにおいて、ガス拡散層と接触するそれぞれの端部面積が異なっており、双方のエキスパンドメタルがガス拡散層と接触した姿勢において、前記端部面積の相対的に小さなエキスパンドメタルの該端部と、前記端部面積の相対的に大きなエキスパンドメタルの該端部の一部が、燃料電池セルの積層方向で一致している、燃料電池。
【請求項２】
膜電極接合体と、これを挟持するアノード側およびカソード側のいずれか一方に配された、集電層と拡散層基材とからなるガス拡散層と、他方に配された集電層と、から電極体が形成され、ガス流路層を形成するエキスパンドメタルからなる金属多孔体とセパレータが該電極体を挟持して燃料電池セルを成し、該燃料電池セルが積層されて形成される燃料電池において、
アノード側とカソード側のエキスパンドメタルにおいて、ガス拡散層または集電層と接触するそれぞれの端部面積が異なっており、双方のエキスパンドメタルがガス拡散層または集電層と接触した姿勢において、前記端部面積の相対的に小さなエキスパンドメタルの該端部と、前記端部面積の相対的に大きなエキスパンドメタルの該端部の一部が、燃料電池セルの積層方向で一致している、燃料電池。
【請求項３】
アノード側のエキスパンドメタルの前記端部面積が相対的に大きくなっている、請求項１または２に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に係り、特に、エキスパンドメタルからなる金属多孔体をガス流路層として備える燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池の燃料電池セルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側およびカソード側の触媒層（電極層）とから膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を形成し、該膜電極接合体に燃料ガスもしくは酸化剤ガスを提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するためのアノード側およびカソード側のガス拡散層（ＧＤＬ：Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）が挟持して電極体（ＭＥＧＡ）を形成し、この電極体を直線状もしくは蛇行状のガス流路溝が一体に形成されたセパレータが挟持して構成されている。なお、このセパレータには、ガス流路層をたとえば特許文献１で開示されるようなエキスパンドメタルや金属発泡焼結体から形成してセパレータから分離させた、いわゆるフラットタイプ型のセパレータもある。燃料電池スタックは、所要電力に応じてこの燃料電池セルを所定数積層することによって形成されている。
【０００３】
上記する燃料電池では、アノード電極に燃料ガスとして水素ガス等が提供され、カソード電極には酸化剤ガスとして酸素や空気が提供され、各電極では固有のガス流路層（またはセパレータのガス流路溝）にて面内方向にガスが流れ、次いでガス拡散層にて拡散されたガスが触媒層に導かれて電気化学反応がおこなわれるものである。
【０００４】
燃料電池の組み付けにおいては、所定数の燃料電池セルを積層し、この両側端からテンションプレートを介して所与の圧縮力が付与されてスタッキングがおこなわれる。この圧縮力は、燃料電池セルの構成部材間（セパレータとガス拡散層の間や、ガス拡散層と膜電極接合体の間など）の界面の密着性を高め、もって界面における接触抵抗を可及的に低減させるようにその大きさが調整されている。さらには、燃料電池の使用環境（高負荷発電時の高温環境では構成部材が膨張したりガス圧が増加する、など）によって構成部材界面での相対的な圧縮力は変化するし、発電経過にともなう構成部材の厚み低減にともなって相対的な圧縮力が変化することなどから、これらを加味してスタッキング所期の圧縮力が設定されている。
【０００５】
スタッキング時に上記圧縮力が各燃料電池セルに作用すると、その構成部材であるセパレータや金属多孔体からなるガス流路層を介して、膜電極接合体やガス拡散層に圧縮力が伝達される。
【０００６】
ガス流路層を形成する金属多孔体としては上記するエキスパンドメタルや金属発泡焼結体があるが、たとえばエキスパンドメタルからなるガス流路層を有する燃料電池セルにおいては、上記する圧縮力がエキスパンドメタルの電極体側のエッジから、たとえばガス拡散層へ集中的に作用することは理解に易い。これを燃料電池セルのカソード側の構造を図示した図４を参照して説明する。図示する燃料電池セルは、電解質膜ａ１とカソード側およびアノード側の触媒層ａ２とから膜電極接合体ａが形成され、これを拡散層基材ｂ１と集電層ｂ２（ＭＰＬ）とからなるカソード側およびアノード側のガス拡散層ｂが挟持して電極体ｃを形成し、ガス拡散層ｂにガス流路層となるエキスパンドメタルｅが当接し、エキスパンドメタルｅにたとえば３層構造のフラットタイプセパレータｆが当接して燃料電池セルが構成されている。なお、一般には、電解質膜ａ１のうち、触媒層ａ２で被覆されていない周縁の露出領域には、拡散層基材ｂ１との間に保護フィルムｄが介層されており、これが拡散層基材ｄ１から突出する毛羽が電解質膜ａ１に突き刺さるのを効果的に防護している。
【０００７】
図示する燃料電池セルが所定数積層され、スタッキングされた際には、各燃料電池セルにスタッキング時の圧縮力Ｐ（締結力）がセパレータｆを介してエキスパンドメタルｅおよび電極体ｃに作用することとなる。ここで、エキスパンドメタルｅのうち、拡散層基材ｂ１と当接する側面においては、図示するように多数のエッジが拡散層基材側に突出しており、上記する圧縮力Ｐは、これらのエッジを介して集中的に拡散層基材ｂ１を押圧している（集中荷重Ｐ１）。ここで、アノード側とカソード側のエキスパンドメタルｅ，ｅのうち、対応するエッジから作用する集中荷重Ｐ１，Ｐ１は、図示のごとくオフセットされる場合があり（離間：ｔ）、このオフセットされた集中荷重により、膜電極接合体にはせん断力が作用することとなり、これに起因して、エキスパンドメタルのエッジがガス拡散層等に突き刺さってしまう、もしくはエッジの突き刺さりが助長されてしまうといった課題が生じている。
【０００８】
上記する課題を解消するべく、スタッキング時の圧縮力を低減させてエッジの突き刺さりを防止しようとすると、今度は圧縮力（締結力）不足によって燃料電池セルの構成部材間の界面における接触抵抗が増加してしまい、これは燃料電池の発電性能低下に直結することから適切な対処アプローチとは言えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２９３９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、スタッキング時の所与の圧縮力を維持しながら、ガス流路層を形成するエキスパンドメタルの端部から集中的に圧縮力が作用した場合でも、ガス拡散層の拡散層基材や、拡散層基材がない場合は集電層に対して該エキスパンドメタルの端部が突き刺さること、さらには、該端部の突き刺さりによって膜電極接合体を損傷させたり、ガスのクロスリーク路を形成するといった問題を効果的に抑止することのできる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】
前記目的を達成すべく、本発明による燃料電池は、膜電極接合体と、これを挟持するアノード側およびカソード側のガス拡散層と、から電極体が形成され、ガス流路層を形成するエキスパンドメタルからなる金属多孔体とセパレータが該電極体を挟持して燃料電池セルを成し、該燃料電池セルが積層されて形成される燃料電池において、アノード側とカソード側のエキスパンドメタルにおいて、ガス拡散層と接触するそれぞれの端部面積が異なっており、双方のエキスパンドメタルがガス拡散層と接触した姿勢において、前記端部面積の相対的に小さなエキスパンドメタルの該端部と、前記端部面積の相対的に大きなエキスパンドメタルの該端部の一部が、燃料電池セルの積層方向で一致しているものである。
【００１２】
本発明の燃料電池を構成する燃料電池セルは、アノード側とカソード側双方のエキスパンドメタルがガス拡散層と接触する端部の面積を相互に相違させ、相対的に端部面積の大きなエキスパンドメタルの端部の一部と他方のエキスパンドメタルの端部とをセル積層方向で一致させることにより、既述する従来技術のように、双方の端部（のエッジ）がセットオフされていることで生じ得るせん断力の発生を抑止し、もってエキスパンドメタルの端部がガス拡散層に突き刺さることを効果的に防止することのできる燃料電池である。
【００１３】
ここで、エキスパンドメタルからなる金属多孔体は、これがメタル板を連続的に押出しながら断続的にせん断加工され、せん断後のメタル板（メタルメッシュ）を引き伸ばした際に、台形、菱形等の気孔を有する多孔体が形成されることになる。それを縦断面的に見ると、この気孔を画成するメタルメッシュは傾斜したメタルビーム（該メタルビームの端部が上記するエッジとなる）が間欠的に並んだ態様を呈している。この加工に際して、たとえば、アノード側とカソード側の双方のエキスパンドメタルを同程度の厚みのメタル板から加工し、ガス拡散層と接触する端部の面積を相対的に広くしたいエキスパンドメタルにおいては、該端部を折り曲げ加工したり、加熱溶融して面積を広げる等の処理をおこなうことでその接触面積を広くすることができる。また、別の方法として、ガス拡散層と接触する端部の面積を相対的に広くしたいエキスパンドメタルを、他方のエキスパンドメタルに比して相対的に厚い肉厚のメタル板から加工してもよい。なお、この方法においても、せん断加工後の上記端部をさらに折り曲げ加工したり、加熱溶融してもよい。
【００１４】
また、本発明による燃料電池の他の実施の形態は、膜電極接合体と、これを挟持するアノード側およびカソード側のいずれか一方に配された、集電層と拡散層基材とからなるガス拡散層と、他方に配された集電層と、から電極体が形成され、ガス流路層を形成するエキスパンドメタルからなる金属多孔体とセパレータが該電極体を挟持して燃料電池セルを成し、該燃料電池セルが積層されて形成される燃料電池において、アノード側とカソード側のエキスパンドメタルにおいて、ガス拡散層または集電層と接触するそれぞれの端部面積が異なっており、双方のエキスパンドメタルがガス拡散層または集電層と接触した姿勢において、前記端部面積の相対的に小さなエキスパンドメタルの該端部と、前記端部面積の相対的に大きなエキスパンドメタルの該端部の一部が、燃料電池セルの積層方向で一致しているものである。
【００１５】
本実施の形態の燃料電池を構成する燃料電池セルは、アノード側とカソード側のいずれか一方のガス拡散層が拡散層基材を具備しない、すなわち、一方は拡散層基材および集電部からなるガス拡散層を有し、他方は集電層のみを有する燃料電池セルである。
【００１６】
本実施の形態は、燃料電池セルの構成部材内において弾性変形が可能な拡散層基材が両電極のいずれか一方のみにしか存在しない場合であっても、その弾性変形によって作用圧縮力を膜電極接合体の一方面に均一に付与できればよいという思想の下で、他方の拡散層基材を廃したものである。たとえば、プロトンと酸素との化学反応がおこなわれるカソード側において、膜電極接合体へ作用する圧縮力を可及的に面内均一にしたいという設計思想に則れば、カソード側には拡散層基材を有するガス拡散層を設け、アノード側に集電層のみを設けた構成とするのがよい。
【００１７】
ここで、拡散層基材を具備しない電極側の集電層は、たとえば、シート状（もしくはフィルム状）として製造することにより、その加工性（ハンドリング性）を担保できる。製造されたフィルム状の集電層を触媒層表面にホットプレス等することで膜電極接合体の一方面に集電層を設けることができる。なお、この集電層は、導電性材料である、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、金、銀、銅及びこれらの化合物または合金、導電性炭素（カーボン）材料などと、フッ素樹脂等の撥水性ポリマーとから形成することができる。
【００１８】
さらに、本発明による燃料電池の好ましい実施の形態は、アノード側のエキスパンドメタルの前記端部面積が相対的に大きくなっているものである。
【００１９】
上記するようにガス拡散層もしくは集電層に接触する端部面積が広いエキスパンドメタルを有する電極においては、エキスパンドメタルをその層方向に流れてきたガスが、面積の相対的に広い端部を回り込むようにして膜電極接合体に提供されることとなるため、膜電極接合体へのガスの提供効率がおのずと低下し易い。また、水素に比して酸素は相対的に分子が大きいことから相対的に流れ難いこと、カソード側には生成水が滞留し易いこと、などを総合勘案すると、アノード側のエキスパンドメタルの端部面積を相対的に大きくすることで、膜電極接合体への酸素の提供効率を低下させることなく、したがって、発電性能を低下させることなく、上記するせん断力の発生を防止し、もってクロスリーク耐久性の高い燃料電池を得ることができる。
【００２０】
上記する本発明の燃料電池によれば、エキスパンドメタルの構造の一部を改良しただけの簡易な構造変更により、スタッキング時の圧縮力を所望の値に維持しながら（スタッキング時の圧縮力を低減することなく）、少なくとも電極体（拡散層基材や集電層）の発電領域にエキスパンドメタルの端部が突き刺さること、さらには、該端部の突き刺さりによって膜電極接合体を損傷させたり、ガスのクロスリーク路を形成するといった問題を効果的に解消することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
以上の説明から理解できるように、本発明の燃料電池によれば、スタッキング時の圧縮力を所望の値に維持しながら、拡散層基材や集電層にエキスパンドメタルの端部が突き刺さるのを効果的に抑止することができ、もってクロスリーク耐久性に優れた燃料電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の燃料電池を構成する燃料電池セルの一実施の形態の縦断面図である。
【図２】本発明の燃料電池を構成する燃料電池セルの他の実施の形態の縦断面図である。
【図３】本発明の燃料電池を構成する燃料電池セルのさらに他の実施の形態の縦断面図である。
【図４】従来の燃料電池セルにおいて、エキスパンドメタルからなる金属多孔体が拡散層基材に突き刺さっている状態を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示例は、アノード側のエキスパンドメタルの端部が曲げ加工等されているものであるが、この形態以外にも、カソード側のエキスパンドメタルの端部が曲げ加工等されているものであってもよい。
【００２４】
図１は、本発明の燃料電池を構成する燃料電池セルの一実施の形態の縦断面図である。図１に示す燃料電池セル１００の構造は、イオン交換膜である電解質膜１とカソード側およびアノード側の触媒層２，２とから膜電極接合体３が形成され、これをカソード側およびアノード側のガス拡散層４、４が挟持して電極体１０が形成され、この電極体１０をカソード側およびアノード側のガス流路層５，５が挟持し、さらにこのガス流路層５，５を３層構造のセパレータ７，７が挟持しており、電極体１０の周縁には樹脂製のガスケット８が一体に形成されて構成される。さらに、触媒層２は電解質膜１に比してそれらの面積が狭小であり、したがって、電解質膜１の両側の触媒層２，２の周縁には該触媒層２，２が存在しない露出領域が形成されており、この露出領域には、カソード側およびアノード側の保護フィルム６，６が配されており、ガス拡散層４，４から突出する毛羽が電解質膜１に突き刺さるのを防護している。
【００２５】
ここで、膜電極接合体３を構成する電解質膜１は、たとえば、スルホン酸基やカルボニル基を持つフッ素系イオン交換膜、置換フェニレンオキサイドやスルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリアリールエーテルスルホン、スルホン化フェニレンスルファイドなどの非フッ素系のポリマーなどから形成される。また、触媒層２は、触媒が担持された導電性担体（粒子状のカーボン担体など）と、電解質と、分散溶媒（有機溶媒）と、を混合して触媒溶液（触媒インク）を生成し、これを電解質膜１やガス拡散層４等の基材に塗工ブレードにて層状に引き伸ばして塗膜を形成し、温風乾燥炉等で乾燥することで触媒層が形成される。ここで、触媒溶液を形成する電解質は、プロトン伝導性ポリマーである、有機系の含フッ素高分子を骨格とするイオン交換樹脂、例えばパーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等のスルホン化プラスチック系電解質、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルケトン、スルホアルキル化ポリエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリスルホン、スルホアルキル化ポリスルフィド、スルホアルキル化ポリフェニレンなどのスルホアルキル化プラスチック系電解質などを挙げることができる。なお、市販素材としては、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標、デュポン社製）やフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ）（登録商標、旭硝子株式会社製）などを挙げることができる。また、分散溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、酢酸エチルや酢酸ブチルなどのエステル類、芳香族系あるいはハロゲン系の種々の溶媒を挙げることができ、さらには、これらを単独で、もしくは混合液として使用することができる。さらに、触媒が担持された導電性担体に関し、この導電性担体としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のほか、炭化ケイ素などに代表される炭素化合物などを挙げることができ、この触媒（金属触媒）としては、たとえば、白金や白金合金、パラジウム、ロジウム、金、銀、オスミウム、イリジウムなどのうちのいずれか一種を使用することができ、好ましくは白金または白金合金を使用するのがよい。さらに、この白金合金としては、たとえば、白金と、アルミニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ガリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、バナジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、チタンおよび鉛のうちの少なくとも一種との合金を挙げることができる。
【００２６】
また、ガス流路層５を流れた酸化剤ガスや燃料ガスを膜電極接合体３に拡散提供するガス拡散層４は、拡散層基材４１と集電層４２（ＭＰＬ）とからなるものであり、拡散層基材４１としては、電気抵抗が低く、集電を行えるものであれば特に限定されるものではないが、たとえば、導電性無機物質を主とするものを挙げることができ、この導電性無機物質としては、ポリアクリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒鉛及び膨張黒鉛等の炭素材やこれらのナノカーボン材料、ステンレススチール、モリブデン、チタン等を挙げることができる。また、拡散層基材４１の導電性無機物質の形態は特に限定されるものではなく、たとえば繊維状あるいは粒子状で用いられるが、ガス透過性の点から無機導電性繊維であって、特に炭素繊維が好ましい。無機導電性繊維を用いた拡散層基材４１としては、織布あるいは不織布いずれの構造のものも使用することができ、カーボンペーパーやカーボンクロスなどを挙げることができる。織布としては、平織、紋織、綴織など、特に限定されるものではなく、不織布としては、抄紙法、ニードルパンチ法、ウォータージェットパンチ法によるものなどが挙げられる。さらに、この炭素繊維としては、フェノール系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などを挙げることができる。さらに、集電層４２はアノード側、カソード側の触媒層２，２から電子を集める電極の役割を果たすものであり、導電性材料である、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、金、銀、銅及びこれらの化合物または合金、導電性炭素材料などから形成できる。
【００２７】
また、保護フィルム６は、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＶＤＦ（二フッ化ポリビニル）、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、コポリアミド、ポリアミドエラストマ、ポリイミド、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマ、シリコーン、シリコンゴム、シリコンベースのエラストマなどから形成されるものである。
【００２８】
また、電極体の周縁であってセパレータ７と電極体１０で画成された領域に設けられたガスケット８は、たとえば成形型内に電極体を収容し、その周縁に樹脂を射出成形することで成形される。ここで、ガスケット８は、ブチル系ゴムやウレタン系ゴム、シリコーンＲＴＶゴム、耐メタノール性を有するエポキシ系樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、炭化水素樹脂などの樹脂素材にて成形される。
【００２９】
さらに、セパレータ７は、隣接する燃料電池セルとの間でセル間を画成するカソード側プレート７１と、アノード側プレート７３と、これらのプレート７１，７３間に介層され、プレート７１，７３の外周輪郭に沿う枠状（無端状）に形成されたスペーサ７２と、から構成されている。このプレート７１，７３は、導電性金属であるステンレスやチタンなどから形成されており、スペーサ７２は、同様の導電性金属もしくは樹脂から形成されている。一つの実施形態としては、プレート７１におけるプレート７３に対向する側面に多数のディンプルが備えてあり、このディンプルがスペーサ７２の厚み分の高さを有していることにより、３層構造となった際に、ディンプルの先端がプレート７３の側面と当接されて冷媒流路を形成する形態がある。また、他の形態としては、スペーサ７２に直線状もしくは蛇行状の冷媒流路が形成された形態もある。この３層構造セパレータでは、燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒のそれぞれがセパレータ内に流入し、さらに流出する固有のマニホールドＭが形成されており、ガスケット８に同軸に形成されたマニホールドＭと流体連通している。なお、ガスケット８のうち、マニホールドＭの周縁には無端リブ８１が形成されており、これをセパレータ７が押圧することで流体シール構造が形成される。
【００３０】
図１で示すガス流路層５は、エキスパンドメタルから形成される。これは、メタル製の板材を回転ロール上で連続的に押出しながら、断続的に順次せん断加工をおこない、次いで、せん断後のメタル板（メタルメッシュ）を引き伸ばすことにより、台形や菱形等の気孔を有する、カソード側のエキスパンドメタル５およびアノード側のエキスパンドメタル５Ａを形成するものである。たとえば、カソード側のエキスパンドメタル５を縦断面的に見ると、この気孔を画成するメタルメッシュは、図示のごとく傾斜したメタルビーム５１，…（該メタルビーム５１の端部５１ａ（のさらにエッジ）が拡散層基材４１と接触している）が間欠的に並んだ態様を呈している（図示を省略するが、図に直交する方向から見ると、メタルビームにて台形や菱形形状に画成された多数の気孔を視認できる）。
【００３１】
一方、アノード側のエキスパンドメタル５Ａを構成するメタルビーム５１Ａは、その拡散層基材４１と接触する端部５１Ａａがその接触面積を広げるようにして曲げ加工等されている。アノード側のエキスパンドメタル５Ａの端部５１Ａａの拡散層基材４１との接触面積が相対的に広いことで、この端部５１Ａａの一部と、これに対向するカソード側のエキスパンドメタル５のメタルビーム５１の端部５１ａとは、図示のごとく、燃料電池セル１００の積層方向（図では鉛直方向）にラインＬで一致することができる。このことにより、スタッキング時の圧縮力が燃料電池セル１００に作用し、端部５１Ａａや端部５１ａを介して集中荷重が拡散層基材４１に作用する場合でも、端部５１Ａａと端部５１ａがずれていないことから、双方の間でせん断力が生じることがない。したがって、該せん断力によって拡散層基材４１をはじめとする電極体１０の構成部材に亀裂が生じること、もしくは亀裂発生が助長されることを効果的に抑止できる。
【００３２】
実際の燃料電池スタックは、図示する燃料電池セル１００が所要電力に応じた基数だけ積層されて（たとえば２００〜４００基）セル積層体を形成し、この両側にエンドプレートが配され、さらに、テンションプレートやインシュレータ等が積層され、所与の圧縮力にてスタッキングされることによって形成される。電気自動車等に車載される燃料電池システムは、この燃料電池と、水素ガスや空気を収容する各種タンク、これらのガスを燃料電池に提供するためのブロア、燃料電池を冷却するためのラジエータ、燃料電池で生成された電力を蓄電するバッテリ、この電力で駆動する駆動モータ等から大略構成されるものである。
【００３３】
また、図２は燃料電池セルの他の実施の形態を示した縦断面図である。
この燃料電池セル１００Ａと燃料電池セル１００の異なる構成は、アノード側のエキスパンドメタル５Ｂがカソード側のエキスパンドメタル５よりも厚みのあるメタル材から加工されており、したがって、エキスパンドメタル５Ｂをせん断加工した段階で、そのメタルビーム５１Ｂの端部５１Ｂａの幅が相対的に大きくなっている点である。なお、端部５１Ｂａをさらに曲げ加工等してもよいことは言うまでもない。
【００３４】
燃料電池セル１００Ａにおいても、アノード側およびカソード側双方のエキスパンドメタル５，５Ｂで、対向するメタルビーム５１，５１Ｂの端部５１ａと５１Ｂａの一部がセル積層方向に沿うラインＬで一致しており、したがって、燃料電池セル１００と同様に、双方の間でせん断力が生じない。
【００３５】
さらに、図３は、燃料電池セルのさらに他の実施の形態を示した縦断面図である。
この燃料電池セル１００Ｂは、燃料電池セル１００Ａと同様に厚みの異なるエキスパンドメタル５，５Ｂを有するものであるが、アノード側の拡散層基材が廃された構造を呈する燃料電池セルである。この燃料電池セル１００Ｂによれば、上記するせん断力の発生を回避できるという効果に加えて、燃料電池セル全体の厚み（高さ）を少なくでき、もって、これが積層されてなる燃料電池スタックの体格低減を図ることもできる。
【００３６】
上記する燃料電池セル１００，１００Ａ，１００Ｂによれば、アノード側のエキスパンドメタルのガス拡散層もしくは集電層に接触する端部の面積を曲げ加工等によって広くするだけの極めて簡易な構造変更により、スタッキング時に作用する圧縮力によってエキスパンドメタルの端部が拡散層基材等に突き刺さり、燃料電池スタックのクロスリーク耐久性を低下させるという課題を効果的に解消することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１…電解質膜、２…触媒層、３…膜電極接合体、４…ガス拡散層、４１…拡散層基材、４２…集電層（ＭＰＬ）、５…ガス流路層（金属多孔体、エキスパンドメタル）、５１，５１Ａ,５１Ｂ…メタルビーム、５１ａ，５１Ａａ，５１Ｂａ…端部、６…保護フィルム、７…セパレータ、７１…カソード側プレート、７２…中間プレート、７３…アノード側プレート、８…ガスケット、８１…無端リブ、１０…電極体、１００，１００Ａ，１００Ｂ…燃料電池セル、Ｍ…マニホールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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