(57)【要約】【課題】耐久性を高めることが可能な膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池を提供する。【解決手段】膜電極接合体１０Ａは、電解質層１１と、電解質層１１と接触する燃料極触媒層１２と、電解質層１１と接触する空気極触媒層１３と、を備える。燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とは、電解質層１１の厚さ方向にて、電解質層１１に対して同じ側に配置されている。電解質層１１は、平坦面１１ａを備え、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とが、平坦面１１ａに配置されている。【選択図】図１
2014192095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と、
前記電解質層と接触する燃料極触媒層と、
前記電解質層と接触する空気極触媒層と、を備え、
前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層とが、
前記電解質層の厚さ方向にて、前記電解質層に対して同じ側に配置されている
膜電極接合体。
【請求項２】
前記電解質層は、平坦面を備え、
前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層とが、
前記平坦面に配置されている
請求項１に記載の膜電極接合体。
【請求項３】
前記電解質層は、段差面を備え、
前記段差面が有する凸部が、前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層との間に配置されている
請求項１に記載の膜電極接合体。
【請求項４】
前記電解質層を支持する基材をさらに備え、
前記基材は、
前記電解質層の厚さ方向にて、前記電解質層に対して前記燃料極触媒層および前記空気極触媒層と反対側に配置されている
請求項２に記載の膜電極接合体。
【請求項５】
前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層とを支持する基材をさらに備え、
前記基材は、
前記電解質層の厚さ方向にて、前記電解質層に対して前記燃料極触媒層および前記空気極触媒層と同じ側に配置されている
請求項３に記載の膜電極接合体。
【請求項６】
ガスの流通を抑制するガスシール部をさらに備え、
前記ガスシール部は、前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層との間に配置されている
請求項２または４に記載の膜電極接合体。
【請求項７】
前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層との間に、ガスが流通するガス流路が形成されている
請求項２，４，６のいずれか一項に記載の膜電極接合体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の膜電極接合体を備える
固体高分子形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の技術は、膜電極接合体、および、膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、原料ガスの反応エネルギーを電気エネルギーに直接的に変換する燃料電池が注目されている。燃料電池の一種である固体高分子形燃料電池は、電解質として高分子電解質膜を用いる。図１６は、固体高分子形燃料電池の構造の一例を示す断面図である。
【０００３】
図１６に示されるように、高分子電解質膜１１０は、燃料極を構成する触媒層１２０Ａと空気極を構成する触媒層１２０Ｃとに挟まれている。そして、高分子電解質膜１１０と、２つの触媒層１２０Ａ，１２０Ｃとから構成される膜電極接合体１００は、一対のセパレータ１３０Ａ，１３０Ｃによって挟持されている。高分子電解質膜１１０とセパレータ１３０Ａ，１３０Ｃとの間にて、触媒層１２０Ａ，１２０Ｃの周囲には、触媒層１２０Ａ，１２０Ｃに供給されるガスの漏れを抑えるガスケット１４０Ａ，１４０Ｃが配置されている。燃料極側の触媒層１２０Ａには、セパレータ１３０Ａに形成されたガス流路から、水素を含む燃料ガスが供給される。空気極側の触媒層１２０Ｃには、セパレータ１３０Ｃに形成されたガス流路から、酸素を含む酸化剤ガスが供給される。そして、触媒の存在下で燃料ガスと酸化剤ガスとが電極反応を進めることによって、燃料極と空気極との間に起電力が生じる。
【０００４】
上記構成では、高分子電解質膜１１０の表面と裏面との各々の面上にて、触媒層１２０Ａ，１２０Ｃの周囲にガスケット１４０Ａ，１４０Ｃが配置される。したがって、触媒層１２０Ａ，１２０Ｃの縁部、および、触媒層１２０Ａ，１２０Ｃの縁部と接するガスケット１４０Ａ，１４０Ｃの縁部は、高分子電解質膜１１０の面上に配置される。ここで、セパレータ１３０Ａ，１３０Ｃは、膜電極接合体１００を挟持するために、膜電極接合体１００の厚さ方向の両側から膜電極接合体１００を締め付けている。そのため、触媒層１２０Ａ，１２０Ｃの縁部やガスケット１４０Ａ，１４０Ｃの縁部と高分子電解質膜１１０とが接する部分に、高分子電解質膜１１０がセパレータ１３０Ａ，１３０Ｃから受ける力が集中する。結果として、高分子電解質膜１１０にかかる圧力が局所的に集中するため、高分子電解質膜１１０の潰れや破膜が生じやすくなり、膜電極接合体１００の耐久性が低下する。
【０００５】
上記構成に対し、燃料極側の触媒層と空気極側の触媒層とが互いに異なる大きさに形成された膜電極接合体が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。こうした構成によれば、高分子電解質膜の表面にて触媒層の縁部が高分子電解質膜に接する位置と、高分子電解質膜の裏面にて触媒層の縁部が高分子電解質膜に接する位置とが、高分子電解質膜を挟んで対向しない。したがって、高分子電解質膜にかかる圧力が集中する位置が高分子電解質膜の表裏で異なるため、圧力の集中が緩和される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３３８９３８号公報
【特許文献２】特開２００７−２４２６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、固体高分子形燃料電池の低加湿条件での発電性能を高めるために、高分子電解質膜の薄膜化が進んでいる。その結果、高分子電解質膜の機械的強度が低くなる傾向にある。したがって、セパレータから高分子電解質膜にかかる圧力に起因した高分子電解質膜の潰れや破膜も起こりやすくなるため、膜電極接合体の耐久性のさらなる向上が求められている。
【０００８】
本開示の技術は、耐久性を高めることが可能な膜電極接合体、および、固体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】
【０００９】
本開示の技術における膜電極接合体の一態様は、電解質層と、前記電解質層と接触する燃料極触媒層と、前記電解質層と接触する空気極触媒層と、を備え、前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層とが、前記電解質層の厚さ方向にて、前記電解質層に対して同じ側に配置されている。
【００１０】
上記構成によれば、二種類の触媒層が、電解質層の厚さ方向にて電解質層に対して同じ側で電解質層に接触する。したがって、固体高分子形燃料電池にて電解質層がセパレータから圧力を受ける場合に、圧力が集中する位置が電解質層の厚さ方向にて電解質層の一方側のみに形成される。その結果、圧力が集中する位置が電解質層の厚さ方向にて電解質層の両側に形成される場合と比較して、電解質層の潰れや破膜が抑えられる。したがって、膜電極接合体の耐久性が高められる。
【００１１】
本開示の技術における膜電極接合体の他の態様は、前記電解質層は、平坦面を備え、前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層とが、前記平坦面に配置されている。
上記構成によれば、二種類の触媒層が、電解質層が備える同一の平坦面に配置される。したがって、簡易な構成で膜電極接合体の耐久性が高められる。
【００１２】
本開示の技術における膜電極接合体の他の態様は、前記電解質層は、段差面を備え、前記段差面が有する凸部が、前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層との間に配置されている。
【００１３】
上記構成によれば、二種類の触媒層が、電解質層が備える段差面にて凸部を挟んで配置される。したがって、燃料極触媒層と空気極触媒層との間でガスが混ざることが抑えられる。
【００１４】
本開示の技術における膜電極接合体の他の態様は、前記電解質層を支持する基材をさらに備え、前記基材は、前記電解質層の厚さ方向にて、前記電解質層に対して前記燃料極触媒層および前記空気極触媒層と反対側に配置されている。
【００１５】
上記構成によれば、電解質層は、電解質層の厚さ方向にて二種類の触媒層とは反対側から基材に支持される。したがって、電解質層に皺や折れが生じることが抑えられる。その結果、膜電極接合体の信頼性が高められる。
【００１６】
本開示の技術における膜電極接合体の他の態様は、前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層とを支持する基材をさらに備え、前記基材は、前記電解質層の厚さ方向にて、前記電解質層に対して前記燃料極触媒層および前記空気極触媒層と同じ側に配置されている。
【００１７】
上記構成によれば、燃料極触媒層と空気極触媒層とは、電解質層の厚さ方向にて電解質層に対して当該触媒層と同じ側から基材に支持される。そのため、電解質層は、燃料極触媒層と空気極触媒層とを介して基材に支持される。したがって、電解質層に皺や折れが生じることが抑えられる。その結果、膜電極接合体の信頼性が高められる。
【００１８】
本開示の技術における膜電極接合体の他の態様は、ガスの流通を抑制するガスシール部をさらに備え、前記ガスシール部は、前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層との間に配置されている。
【００１９】
上記構成によれば、燃料極触媒層と空気極触媒層との間にガスシール部が配置されるため、二種類の触媒層の各々に供給されるガスが混ざることが抑えられる。
本開示の技術における膜電極接合体の他の態様は、前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層との間に、ガスが流通するガス流路が形成されている。
【００２０】
上記構成によれば、燃料極触媒層と空気極触媒層との間にガス流路が形成されているため、二種類の触媒層の各々に供給されるガスの拡散性が高められる。また、発電によって生成される水の排水性が高められる。
【００２１】
本開示の技術における固体高分子形燃料電池の一態様は、上記膜電極接合体を備える。
上記構成によれば、耐久性が高められた膜電極接合体が備えられることによって、固体高分子形燃料電池の耐久性が高められ、長期の運転が可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本開示の技術によれば、膜電極接合体の耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本開示の技術における第１の実施形態の膜電極接合体の断面構造を示す断面図。
【図２】第１の実施形態の膜電極接合体の平面構造を示す平面図。
【図３】第１の実施形態の固体高分子形燃料電池の断面構造を示す断面図。
【図４】第１の実施形態の固体高分子形燃料電池の平面構造を示す平面図。
【図５】本開示の技術における第２の実施形態の膜電極接合体の断面構造を示す断面図。
【図６】第２の実施形態の固体高分子形燃料電池であって、燃料極触媒層および空気極触媒層を支持する基材を備えない膜電極接合体を用いた固体高分子形燃料電池の断面構造を示す断面図。
【図７】第２の実施形態の固体高分子形燃料電池であって、燃料極触媒層および空気極触媒層を支持する基材を備える膜電極接合体を用いた固体高分子形燃料電池の断面構造を示す断面図。
【図８】本開示の技術における第３の実施形態の膜電極接合体の断面構造を示す断面図。
【図９】第３の実施形態の固体高分子形燃料電池の断面構造を示す断面図。
【図１０】本開示の技術における第４の実施形態の膜電極接合体の断面構造を示す断面図。
【図１１】第４の実施形態の固体高分子形燃料電池の断面構造を示す断面図。
【図１２】変形例の膜電極接合体の平面構造を示す平面図。
【図１３】変形例の膜電極接合体の平面構造を示す平面図。
【図１４】変形例の膜電極接合体を第４の実施形態に適用した膜電極接合体の平面構造を示す平面図。
【図１５】変形例の膜電極接合体を第４の実施形態に適用した固体高分子形燃料電池の平面構造を示す平面図。
【図１６】従来の固体高分子形燃料電池の断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
図１〜図４を参照して、膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池の第１の実施形態について説明する。
【００２５】
まず、図１および図２を参照して膜電極接合体の構成について説明する。
図１に示されるように、膜電極接合体１０Ａは、電解質層としての高分子電解質膜１１と、高分子電解質膜１１に積層された燃料極触媒層１２および空気極触媒層１３と、高分子電解質膜１１を支持する基材１４とを備えている。
【００２６】
高分子電解質膜１１は、高分子電解質膜１１の表面および裏面として、２つの平坦面１１ａ，１１ｂを備えている。一方の平坦面１１ａにて、燃料極触媒層１２および空気極触媒層１３と高分子電解質膜１１とが接している。他方の平坦面１１ｂにて、基材１４と高分子電解質膜１１とが接している。すなわち、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とは、高分子電解質膜１１の厚さ方向にて、高分子電解質膜１１に対して同じ側に配置されている。そして、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とは、同一の平坦面１１ａにて、高分子電解質膜１１と接している。基材１４は、高分子電解質膜１１の厚さ方向にて、高分子電解質膜１１に対して燃料極触媒層１２および空気極触媒層１３と反対側に配置されている。
【００２７】
図２に示されるように、高分子電解質膜１１の平面形状は、基材１４の平面形状よりも小さく形成されている。高分子電解質膜１１の縁部の外側には、基材１４の上面が露出している。
【００２８】
平坦面１１ａ上には、１つの燃料極触媒層１２と１つの空気極触媒層１３とが配置されている。燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間には、隙間が設けられている。燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間の隙間には、高分子電解質膜１１の平坦面１１ａが露出している。空気極触媒層１３の縁部と対向しない燃料極触媒層１２の縁部は、高分子電解質膜１１の縁部と重なっている。また、燃料極触媒層１２の縁部と対向しない空気極触媒層１３の縁部は、高分子電解質膜１１の縁部と重なっている。
【００２９】
膜電極接合体１０Ａの製造方法について説明する。
まず、基材１４の上に高分子電解質膜１１が成膜される。成膜方法としては、塗布形成等、公知の成膜方法が用いられる。
【００３０】
基材１４の材料には、電解質との密着性に優れるとともに、電解質に腐食しない材料が用いられる。基材１４の材料の例として、金、または、ステンレス等の金属板や、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリプロピレン、ポリエチレン、または、ポリイミド等の樹脂フィルムが挙げられる。
【００３１】
高分子電解質膜１１は、イオン伝導性を有する膜であればよい。高分子電解質膜１１の材料の例として、Ｎａｆｉｏｎ（デュポン社製、登録商標）等のフッ素系樹脂や、エンジニアリングプラスチック、または、エンジニアリングプラスチックの共重合体にスルホン酸基を導入した樹脂等の炭化水素系樹脂等が挙げられる。
【００３２】
次に、高分子電解質膜１１の上に燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とが成膜される。成膜方法としては、触媒層１２，１３と高分子電解質膜１１の密着性が良好であれば、公知の成膜方法を用いることができる。例えば、触媒層１２，１３の構成材料が含まれた触媒層形成用スラリーを高分子電解質膜１１の上に塗布した後、触媒層用スラリーを乾燥させることにより、触媒層１２，１３が形成される。塗布方法の例としては、ドクターブレードコート法、ディッピングコート法、スリットコート法、ダイコート法、スプレー法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、ディスペンサ印刷法、インクジェット印刷法、または、グラビア印刷法等が挙げられる。乾燥方法の例としては、温風乾燥、ＩＲ（赤外）乾燥、減圧乾燥等が挙げられる。
【００３３】
触媒層１２，１３は、電解質と触媒粒子とを含む。電解質としては、触媒層１２，１３と高分子電解質膜１１の密着性を向上させるために、高分子電解質膜１１に含まれる電解質と同質の電解質を用いることが好ましい。触媒粒子の例としては、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、または、オスミウム等の白金族元素や、鉄、鉛、銅、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウムなどの金属、または、これらの金属の合金、酸化物、複酸化物等が挙げられる。特に、触媒粒子として白金や白金合金を用いることが好ましい。
【００３４】
触媒粒子の粒径は、０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上５ｎｍ以下がさらに好ましい。触媒粒子の粒径が大きすぎると触媒の活性が低下する。また、触媒粒子の粒径が小さすぎると触媒の安定性が低下する。
【００３５】
触媒粒子は、単体の触媒粒子を用いても良く、あるいは、導電性担体に担持された触媒粒子を用いてもよい。導電性担体に担持された触媒粒子を用いる方が好ましい。導電性担体としては、カーボン粒子が用いられる。カーボン粒子は、微粒子状で導電性を有するとともに、触媒に侵されないものであればよい。カーボン粒子の例としては、カーボンブラック、グラファイト、黒鉛、活性炭、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、または、フラーレン等が挙げられる。カーボン粒子の粒径は、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下がさらに好ましい。カーボン粒子の粒径が小さすぎると電子伝導パスが形成されにくくなる。また。カーボン粒子の粒径が大きすぎると触媒層が厚くなるため、抵抗が増加して固体高分子形燃料電池の出力特性の低下を招く。
【００３６】
触媒層用スラリーの溶媒としては、電解質を分散または溶解できる溶媒が用いられる。溶媒の例としては、水、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブチルアルコール、または、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等のアルコール類や、アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイゾブチルケトン、メチルアミルケトン、ペンタノン、へプタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、アセトニルアセトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、または、ジイソブチルケトン等のケトン類や、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アニソール、メトキシトルエン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、または、ジブチルエーテル等のエーテル類や、イソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、シクロヘキシルアミン、ジエチルアミン、または、アニリン等のアミン類や、蟻酸プロピル、蟻酸イソブチル、蟻酸アミル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、または、プロピオン酸ブチル等のエステル類が挙げられる。また、溶媒の他の例としては、酢酸、プロピオン酸、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、または、Ｎ−メチルピロリドン等が挙げられる。また、グリコール系溶媒や、グリコールエーテル系溶媒の例として、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジアセトンアルコール、１−メトキシ−２−プロパノール、１−エトキシ−２−プロパノール等が挙げられる。
【００３７】
なお、上述の方法に代えて、先に作成した高分子電解質膜１１と触媒層１２，１３との積層体を基材１４に貼り合わせて、膜電極接合体１０Ａを形成してもよい。
続いて、図３および図４を参照して、固体高分子形燃料電池の構成について説明する。なお、図４は固体高分子形燃料電池の平面図であって、集電体とガス流路との位置を破線で示す図である。
【００３８】
図３に示されるように、固体高分子形燃料電池２０Ａは、膜電極接合体１０Ａと、燃料極触媒層１２に積層された燃料極集電体２２と、空気極触媒層１３に積層された空気極集電体２３とを備えている。さらに、固体高分子形燃料電池２０Ａは、膜電極接合体１０Ａと集電体２２，２３とを押さえるセパレータ２１を備えている。燃料極触媒層１２と、燃料極集電体２２と、セパレータ２１とによって、燃料極ガス流路２４が区画されている。空気極触媒層１３と、空気極集電体２３と、セパレータ２１とによって、空気極ガス流路２５が区画されている。
【００３９】
燃料極ガス流路２４は、燃料極触媒層１２における高分子電解質膜１１と反対側の面と接している。燃料極集電体２２は、燃料極触媒層１２における高分子電解質膜１１と反対側の面のうち、燃料極ガス流路２４が配置されない部分と接している。燃料極集電体２２と燃料極触媒層１２とから、燃料極が構成される。
【００４０】
空気極ガス流路２５は、空気極触媒層１３における高分子電解質膜１１と反対側の面と接している。空気極集電体２３は、空気極触媒層１３における高分子電解質膜１１と反対側の面のうち、空気極ガス流路２５が配置されない部分と接している。空気極集電体２３と空気極触媒層１３とから、空気極が構成される。
【００４１】
セパレータ２１は、基材１４上にて、高分子電解質膜１１と、触媒層１２，１３と、集電体２２，２３とに被せられている。セパレータ２１は、触媒層１２，１３の上に配置されて膜電極接合体１０Ａの面方向に延びる上板部２１ａと、上板部２１ａから基材１４に向けて膜電極接合体１０Ａの厚さ方向に延びる中板部２１ｂおよび側板部２１ｃとを備えている。
【００４２】
セパレータ２１の上板部２１ａには、燃料極集電体２２の間にて露出する燃料極触媒層１２と対向する位置に、燃料極ガス流路２４を区画する溝が形成されている。すなわち、燃料極ガス流路２４は、燃料極触媒層１２とセパレータ２１との間で、燃料極集電体２２を貫通してセパレータ２１に食い込んでいる。燃料極ガス流路２４に燃料ガスが流されることによって、燃料極触媒層１２に燃料ガスが供給される。
【００４３】
また、セパレータ２１の上板部２１ａには、空気極集電体２３の間にて露出する空気極触媒層１３と対向する位置に、空気極ガス流路２５を区画する溝が形成されている。すなわち、空気極ガス流路２５は、空気極触媒層１３とセパレータ２１との間で、空気極集電体２３を貫通してセパレータ２１に食い込んでいる。空気極ガス流路２５に酸化剤ガスが流されることによって、空気極触媒層１３に酸化剤ガスが供給される。
【００４４】
セパレータ２１の中板部２１ｂは、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間の隙間を埋めている。これにより、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間でガスが混ざることが抑えられる。
【００４５】
セパレータ２１の側板部２１ｃは、高分子電解質膜１１の縁部の外側にて、高分子電解質膜１１と触媒層１２，１３とを囲んでいる。側板部２１ｃは、高分子電解質膜１１の縁部および触媒層１２，１３の縁部および基材１４の上面と接している。
【００４６】
図４に示されるように、燃料極ガス流路２４は、燃料極触媒層１２の上で、膜電極接合体１０Ａの面方向に固体高分子形燃料電池２０Ａを貫通している。また、空気極ガス流路２５は、空気極触媒層１３の上で、膜電極接合体１０Ａの面方向に固体高分子形燃料電池２０Ａを貫通している。なお、燃料極ガス流路２４および空気極ガス流路２５の数は、１以上であればよい。
【００４７】
膜電極接合体１０Ａに、触媒層１２，１３とセパレータ２１とが組み付けられ、さらに、燃料ガスと酸化剤ガスとの供給機構等が設けられて、単セルの固体高分子形燃料電池２０Ａが製造される。固体高分子形燃料電池２０Ａは、単セルの状態、もしくは、複数の固体高分子形燃料電池２０Ａが組み合わされた状態で使用される。
【００４８】
なお、膜電極接合体１０Ａの形成後に、高分子電解質膜１１の成膜時の基材である基材１４が膜電極接合体１０Ａから除去されてもよい。この場合、固体高分子形燃料電池２０Ａでは、高分子電解質膜１１と触媒層１２，１３とから構成される膜電極接合体１０Ａが、高分子電解質膜１１の成膜時の基材とは異なる基材の上に配置される。
【００４９】
第１の実施形態の膜電極接合体１０Ａ、および、固体高分子形燃料電池２０Ａの作用について説明する。
セパレータ２１が膜電極接合体１０Ａを押さえることによって、高分子電解質膜１１は、セパレータ２１から圧力を受ける。高分子電解質膜１１が受ける圧力は、高分子電解質膜１１の面上で、触媒層１２，１３の縁部と高分子電解質膜１１とが接する部分に集中する。ここで、膜電極接合体１０Ａにおいて、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とは、高分子電解質膜１１の厚さ方向にて、高分子電解質膜１１に対して同じ側に配置されている。したがって、圧力が集中する位置は、高分子電解質膜１１における厚さ方向の一方側にのみ形成される。そのため、高分子電解質膜１１の潰れや破膜の要因となる高分子電解質膜１１の変形は、高分子電解質膜１１の一方の面にしか生じない。その結果、従来のように、高分子電解質膜１１における厚さ方向の両側に圧力が集中する位置が形成されて、高分子電解質膜１１の両面に高分子電解質膜１１の変形が生じる場合と比較して、高分子電解質膜１１の潰れや破膜が抑えられる。したがって、膜電極接合体１０Ａの耐久性が高められる。膜電極接合体１０Ａの耐久性が高められる結果、固体高分子形燃料電池２０Ａの耐久性が高められ、長期の運転が可能となる。
【００５０】
また、一般に、高分子電解質膜１１は剛性が低いため、高分子電解質膜１１には皺や折れが発生しやすい。この点、第１の実施形態において、膜電極接合体１０Ａが基材１４を備えている場合には、高分子電解質膜１１が基材１４に支持されていることにより、高分子電解質膜１１に皺や折れが生じることが抑えられる。従来のように、高分子電解質膜を挟む２つの触媒層が互いに異なる大きさに形成された膜電極接合体では、特に、高分子電解質膜に皺や折れが発生しやすくなる。これに対し、第１の実施形態では、高分子電解質膜１１の皺や折れを抑えつつ、膜電極接合体１０Ａの耐久性を高めることができる。したがって、膜電極接合体１０Ａの信頼性が高められる。
【００５１】
また、高分子電解質膜１１の成膜時の基材である基材１４が固体高分子形燃料電池２０Ａの構成部材として利用される。したがって、固体高分子形燃料電池２０Ａにて膜電極接合体１０Ａが配置される新たな基材が用いられる場合と比較して、固体高分子形燃料電池２０Ａの製造に必要な材料が削減される。また、固体高分子形燃料電池２０Ａの製造工程も簡素化される。
【００５２】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とが、高分子電解質膜１１の厚さ方向にて、高分子電解質膜１１に対して同じ側に配置されている。その結果、圧力が集中する位置が、高分子電解質膜１１における厚さ方向の一方側にのみ形成されるため、２つの触媒層が高分子電解質膜を挟んで配置される場合と比較して、膜電極接合体１０Ａの耐久性が高められる。
【００５３】
（２）高分子電解質膜１１が、触媒層１２，１３とは反対側から基材１４に支持される。したがって、高分子電解質膜１１に皺や折れが生じることが抑えられるため、膜電極接合体１０Ａの信頼性が高められる。
【００５４】
（３）燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とが、同一の平坦面１１ａにて、高分子電解質膜１１と接している。したがって、簡易な構成で、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とを、高分子電解質膜１１における厚さ方向の同じ側に配置することができる。その結果、高分子電解質膜１１や触媒層１２，１３の形成方法の自由度も高くなる。
【００５５】
（第２の実施形態）
図５〜図７を参照して、膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池の第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
まず、図５を参照して膜電極接合体の構成について説明する。
図５に示されるように、膜電極接合体３０は、高分子電解質膜３１と、高分子電解質膜３１に積層された燃料極触媒層１２および空気極触媒層１３と、燃料極触媒層１２および空気極触媒層１３を支持する基材３４とを備えている。
【００５７】
高分子電解質膜３１は、高分子電解質膜３１の厚さ方向の一方側に、段差面３１ａを備えている。高分子電解質膜３１は、高分子電解質膜３１の厚さ方向の他方側に、平坦面３１ｂを備えている。段差面３１ａにて、燃料極触媒層１２および空気極触媒層１３と高分子電解質膜３１とが接している。すなわち、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とは、高分子電解質膜３１の厚さ方向にて、高分子電解質膜３１に対して同じ側に配置されている。
【００５８】
段差面３１ａは、段差面３１ａの他の部分よりも高分子電解質膜３１の厚さ方向に突出する凸部３２を有している。高分子電解質膜３１において、凸部３２が形成されている部分の厚さは、他の部分の厚さよりも厚くなっている。凸部３２は、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間に配置されている。燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とは、凸部３２に接している。すなわち、段差面３１ａ上にて、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とは、凸部３２を挟んで配置されている。
【００５９】
基材３４は、高分子電解質膜３１の厚さ方向にて、高分子電解質膜３１に対して燃料極触媒層１２および空気極触媒層１３と同じ側に配置されている。基材３４は、燃料極触媒層１２における高分子電解質膜３１と厚さ方向にて反対側の面と接している。基材３４は、空気極触媒層１３における高分子電解質膜３１と厚さ方向にて反対側の面と接している。基材３４は、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とに挟まれる凸部３２の上面と接している。
【００６０】
燃料極触媒層１２および空気極触媒層１３の平面形状は、先の図２に示される第１の実施形態の燃料極触媒層１２および空気極触媒層１３の平面形状と同一である。すなわち、燃料極触媒層１２における凸部３２と接していない縁部は、高分子電解質膜３１の縁部と重なっている。また、空気極触媒層１３における凸部３２と接していない縁部は、高分子電解質膜３１の縁部と重なっている。
【００６１】
膜電極接合体３０の製造方法について説明する。
まず、基材３４の上に燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とが成膜される。基材３４と触媒層１２，１３の材料には、第１の実施形態にて例示した基材１４と触媒層１２，１３の材料と同様の材料が用いられる。触媒層１２，１３の成膜方法には、第１の実施形態にて例示した触媒層１２，１３の成膜方法と同様の方法が用いられる。
【００６２】
次に、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とが形成された基材３４の上に、高分子電解質膜３１が成膜される。高分子電解質膜３１の材料には、第１の実施形態にて例示した高分子電解質膜１１の材料と同様の材料が用いられる。高分子電解質膜３１の成膜方法には、第１の実施形態にて例示した高分子電解質膜１１の成膜方法と同様の方法が用いられる。
【００６３】
なお、先に作成した触媒層１２，１３と高分子電解質膜３１との積層体を基材３４に貼り合わせて、膜電極接合体３０を形成してもよい。また、膜電極接合体３０の形成後に、高分子電解質膜３１の成膜時の基材である基材３４が膜電極接合体３０から除去されてもよい。
【００６４】
続いて、図６および図７を参照して、固体高分子形燃料電池の構成について説明する。
まず、図６を参照して、膜電極接合体３０から基材３４が除去されて、膜電極接合体３０が高分子電解質膜３１と触媒層１２，１３とから構成される場合について説明する。
【００６５】
図６に示されるように、固体高分子形燃料電池４０Ａは、第１の実施形態の固体高分子形燃料電池２０Ａとは、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とに挟まれる部分の構成が異なっている。
【００６６】
燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とに挟まれる部分には、高分子電解質膜３１の凸部３２が配置されている。第１の実施形態の固体高分子形燃料電池２０Ａと比較して、凸部３２の厚さの分、セパレータ４１の中板部４１ｂの厚さ方向の長さが短縮されている。
【００６７】
固体高分子形燃料電池４０Ａの製造工程では、膜電極接合体３０が基材４４の上に配置され、基材４４の上に配置された膜電極接合体３０に、触媒層１２，１３とセパレータ４１とが組み付けられる。
【００６８】
次に、図７を参照して、膜電極接合体３０が基材３４を備えている場合について説明する。
図７に示されるように、固体高分子形燃料電池４０Ｂにおいて、基材３４にて燃料極触媒層１２と向かい合う部分には、燃料極集電体３５と燃料極ガス流路３７とが配置されている。基材３４にて空気極触媒層１３と向かい合う部分には、空気極集電体３６と空気極ガス流路３８とが配置されている。
【００６９】
セパレータ４２は、基材３４を含めて膜電極接合体３０を覆っている。第１の実施形態の固体高分子形燃料電池２０Ａと異なり、セパレータ４２は、中板部を有していない。
集電体３５，３６とガス流路３７，３８とは、予め基材３４に設けられる。集電体３５，３６とガス流路３７，３８とが設けられた基材３４に、触媒層１２，１３と高分子電解質膜３１との積層体が貼り合わされて、膜電極接合体３０が形成される。固体高分子形燃料電池４０Ｂの製造工程では、膜電極接合体３０が基材４４の上に配置され、基材４４の上に配置された膜電極接合体３０にセパレータ４２が組み付けられる。
【００７０】
このように、基材３４に集電体３５，３６とガス流路３７，３８とが備えられている構成であれば、基材３４を有する膜電極接合体３０を用いて、固体高分子形燃料電池４０Ｂを形成することができる。
【００７１】
第２の実施形態の膜電極接合体３０、および、固体高分子形燃料電池４０Ａ，４０Ｂの作用について説明する。
第２の実施形態の膜電極接合体３０においても、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とは、高分子電解質膜３１の厚さ方向にて、高分子電解質膜３１に対して同じ側に配置されている。したがって、圧力が集中する位置は、高分子電解質膜３１における厚さ方向の一方側にのみ形成される。その結果、２つの触媒層が高分子電解質膜を挟んで配置される場合と比較して、高分子電解質膜１１の潰れや破膜が抑えられるため、膜電極接合体３０の耐久性が高められる。
【００７２】
また、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間に高分子電解質膜３１の凸部が配置されている。したがって、燃料極触媒層１２および空気極触媒層１３と高分子電解質膜３１との接触する面積を広く確保できる。また、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間でガスが混ざることが抑えられる。
【００７３】
また、膜電極接合体３０が基材３４を有している場合には、高分子電解質膜３１が、触媒層１２，１３を介して基材３４に支持される。したがって、高分子電解質膜１１に皺や折れが生じることが抑えられるため、膜電極接合体３０の信頼性が高められる。
【００７４】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）の効果に加え、以下の効果が得られる。
（４）高分子電解質膜３１が、触媒層１２，１３と同じ側から基材３４に支持されている。したがって、高分子電解質膜３１に皺や折れが生じることが抑えられるため、膜電極接合体３０の信頼性が高められる。
【００７５】
（５）燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とが高分子電解質膜３１の段差面３１ａに配置され、段差面３１ａが有する凸部３２が、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間に配置されている。したがって、燃料極触媒層１２および空気極触媒層１３と高分子電解質膜３１との接触する面積を広く確保できる。また、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間でガスが混ざることが抑えられる。
【００７６】
（第３の実施形態）
図８および図９を参照して、膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池の第３の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【００７７】
まず、図８を参照して膜電極接合体の構成について説明する。第３の実施形態の膜電極接合体１０Ｂと第１の実施形態の膜電極接合体１０Ａとは、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間の構成が異なっている。
【００７８】
図８に示されるように、高分子電解質膜１１の平坦面１１ａ上にて、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間には、ガスシール部１５が設けられている。燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とは、ガスシール部１５に接している。
【００７９】
ガスシール部１５の材料には、気体の透過を抑える材料が用いられる。ガスシール部１５の材料の例としては、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、または、ニトリルブタジエンゴム等のゴム類や、シリコーンエラストマー類、熱可塑性エラストマー類、熱硬化性エラストマー類、または、ＵＶ硬化樹脂等が挙げられる。
【００８０】
ガスシール部１５は、上記材料を単独で燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間に配置することにより形成される。あるいは、ガスシール部１５は、上記材料を溶媒に溶解させて調整した塗布液を燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間に塗布し、必要に応じて乾燥や硬化を行うことによって形成される。
【００８１】
次に、図９を参照して、固体高分子形燃料電池の構成について説明する。
図９に示されるように、固体高分子形燃料電池２０Ｂは、第１の実施形態の固体高分子形燃料電池２０Ａとは、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とに挟まれる部分の構成が異なっている。
【００８２】
燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３とに挟まれる部分には、ガスシール部１５が配置されている。第１の実施形態の固体高分子形燃料電池２０Ａと異なり、セパレータ２６は中板部を有していない。
【００８３】
第３の実施形態の膜電極接合体１０Ｂ、および、固体高分子形燃料電池２０Ｂの作用について説明する。
一般に、燃料ガスと酸化剤ガスとが反応すると、過酸化水素が生じて膜電極接合体の耐久性が低下する。第３実施形態では、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間にガスシール部１５が設けられている。したがって、燃料極触媒層１２に供給された燃料ガスと空気極触媒層１３に供給された酸化剤ガスとが、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間で接触して反応を起こすことが抑制される。
【００８４】
また、膜電極接合体１０Ｂにガスの混合を抑える部材が配置されているため、セパレータ２６にガスの混合を抑える部材を設ける必要がない。したがって、セパレータ２６の構成が簡易となる。また、固体高分子形燃料電池２０Ｂの製造工程において、セパレータ２６と膜電極接合体１０Ｂとの位置合わせも容易となる。
【００８５】
以上説明したように、第３の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（３）の効果に加え、以下の効果が得られる。
（６）燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間にガスシール部１５が配置されるため、二種類の触媒層の各々に供給されるガスが混ざることが抑えられる。
【００８６】
（第４の実施形態）
図１０および図１１を参照して、膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池の第４の実施形態について、第３の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第３の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【００８７】
まず、図１０を参照して膜電極接合体の構成について説明する。第４の実施形態の膜電極接合体１０Ｃと第３の実施形態の膜電極接合体１０Ｂとは、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との周辺の構成が異なっている。
【００８８】
図１０に示されるように、高分子電解質膜１１の平坦面１１ａ上にて、燃料極触媒層１２とガスシール部１５との間には空間Ｓａが形成されている。高分子電解質膜１１の平坦面１１ａ上にて、空気極触媒層１３とガスシール部１５との間には空間Ｓｂが形成されている。
【００８９】
燃料極触媒層１２におけるガスシール部１５と対向する縁部と反対側の縁部を縁部１２ｅとすると、縁部１２ｅは、高分子電解質膜１１の縁部よりも内側に配置される。そして、縁部１２ｅの外側には、高分子電解質膜１１の平坦面１１ａが露出している。すなわち、高分子電解質膜１１の平坦面１１ａ上にて、縁部１２ｅの外側には、空間Ｓｃが形成されている。
【００９０】
空気極触媒層１３におけるガスシール部１５と対向する縁部と反対側の縁部を縁部１３ｅとすると、縁部１３ｅは、高分子電解質膜１１の縁部よりも内側に配置される。そして、縁部１３ｅの外側には、高分子電解質膜１１の平坦面１１ａが露出している。すなわち、高分子電解質膜１１の平坦面１１ａ上にて、縁部１３ｅの外側には、空間Ｓｄが形成されている。
【００９１】
上記構成では、高分子電解質膜１１の平坦面１１ａ上にて、面方向における燃料極触媒層１２の周囲に形成された空間Ｓａ，Ｓｃが、燃料極ガス流路１６を形成している。燃料極ガス流路１６は、燃料極触媒層１２の周囲にて、燃料極触媒層１２の縁部と接している。また、高分子電解質膜１１の平坦面１１ａ上にて、面方向における空気極触媒層１３の周囲に形成された空間Ｓｂ，Ｓｄが、空気極ガス流路１７を形成している。空気極ガス流路１７は、空気極触媒層１３の周囲にて、空気極触媒層１３の縁部と接している。
【００９２】
換言すれば、燃料極ガス流路１６は、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間、および、燃料極触媒層１２に対して空気極触媒層１３と反対側に形成されている。空気極ガス流路１７は、空気極触媒層１３と燃料極触媒層１２との間、および、空気極触媒層１３に対して燃料極触媒層１２と反対側に形成されている。
【００９３】
次に、図１１を参照して、固体高分子形燃料電池の構成について説明する。
図１１に示されるように、固体高分子形燃料電池２０Ｃにて、燃料極集電体２７は、燃料極触媒層１２における高分子電解質膜１１と反対側の面の全面と接している。空気極集電体２８は、空気極触媒層１３における高分子電解質膜１１と反対側の面の全面と接している。
【００９４】
セパレータ２９の上板部２９ａは、第３の実施形態の固体高分子形燃料電池２０Ｂと異なり、集電体２７，２８と対向する位置に溝を有していない。
燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間にて、空間Ｓａが形成されている部分では、セパレータ２９の上板部２９ａと燃料極触媒層１２とガスシール部１５と高分子電解質膜１１とによって燃料極ガス流路１６が区画される。燃料極触媒層１２に対して空気極触媒層１３と反対側にて、空間Ｓｃが形成されている部分では、セパレータ２９の上板部２９ａと側板部２９ｃと燃料極触媒層１２と高分子電解質膜１１とによって燃料極ガス流路１６が区画される。
【００９５】
燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間にて、空間Ｓｂが形成されている部分では、セパレータ２９の上板部２９ａと空気極触媒層１３とガスシール部１５と高分子電解質膜１１とによって空気極ガス流路１７が区画される。空気極触媒層１３に対して燃料極触媒層１２と反対側にて、空間Ｓｄが形成されている部分では、セパレータ２９の上板部２９ａと側板部２９ｃと空気極触媒層１３と高分子電解質膜１１とによって空気極ガス流路１７が区画される。
【００９６】
第４の実施形態の膜電極接合体１０Ｃ、および、固体高分子形燃料電池２０Ｃの作用について説明する。
ガス流路１６，１７が触媒層１２，１３の縁部と接しているため、触媒層１２，１３に供給されるガスの拡散性が高められる。その結果、触媒層１２，１３に効率的にガスを供給することができる。また、発電によって生成された水が空気極触媒層１３の縁部からガス流路１７に排水されるため、生成水の排水性が高められる。ガスの拡散性と生成水の排水性が高められることによって、固体高分子形燃料電池２０Ｃの出力が向上される。
【００９７】
また、膜電極接合体１０Ｃにガス流路１６，１７が形成されているため、セパレータ２９にガス流路を区画する溝を設ける必要がない。したがって、セパレータ２９の構成が簡易となる。また、固体高分子形燃料電池２０Ｃの製造工程において、セパレータ２９と膜電極接合体１０Ｃとの位置合わせも容易となる。
【００９８】
以上説明したように、第４の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（３）、第３の実施形態の（６）の効果に加え、以下の効果が得られる。
（７）燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間にガス流路１６，１７が形成されているため、触媒層１２，１３に供給されるガスの拡散性が高められる。また、生成水の排水性が高められる。
【００９９】
（変形例）
上記実施形態は、以下のように変更して実施することが可能である。
・膜電極接合体が、複数の燃料極触媒層と複数の空気極触媒層とを備えていてもよい。例えば、図１２に示されるように、膜電極接合体１０Ｄにて、複数の燃料極触媒層５２と複数の空気極触媒層５３とがマトリクス状に配置されてもよい。配列の縦方向に燃料極触媒層５２と空気極触媒層５３とが隣接し、配列の横方向に燃料極触媒層５２と空気極触媒層５３とが隣接する。また、例えば、図１３に示されるように、膜電極接合体１０Ｅにて、一方向に延びる複数の燃料極触媒層６２と複数の空気極触媒層６３とが交互に配置されてもよい。また、燃料極触媒層と空気極触媒層とが矩形とは異なる形状に形成されていてもよい。
【０１００】
第４の実施形態に、図１３に示される触媒層の配置を適用した膜電極接合体１０Ｆおよび固体高分子形燃料電池２０Ｆの平面図を図１４および図１５に示す。なお、図１５は固体高分子形燃料電池２０Ｆの平面図であって、集電体の位置を破線で示す図である。
【０１０１】
図１４に示されるように、燃料極触媒層６２と空気極触媒層６３との間の各々に、ガスシール部６５が配置されている。燃料極触媒層６２とガスシール部６５の間の各々に、燃料極ガス流路６６が形成されている。空気極触媒層６３とガスシール部６５の間の各々に、空気極ガス流路６７が形成されている。燃料極ガス流路６６は、燃料極触媒層６２と空気極触媒層６３との並設方向の端部に配置される燃料極触媒層６２の外側にも形成されている。空気極ガス流路６７は、燃料極触媒層６２と空気極触媒層６３との並設方向の端部に配置される空気極触媒層６３の外側にも形成されている。
【０１０２】
図１５に示されるように、各燃料極触媒層６２と接する燃料極集電体６８は、燃料極触媒層６２が延びる方向の一端にて、互いに接続されている。各空気極触媒層６３と接する空気極集電体６９は、空気極触媒層６３が延びる方向の一端にて、互いに接続されている。
【０１０３】
このように、膜電極接合体が、複数の燃料極触媒層と複数の空気極触媒層とを備える構成であれば、各触媒層の配置や周辺回路の構成によって、固体高分子形燃料電池の出力の調整に関する自由度が向上される。
【０１０４】
上記実施形態および変形例において、燃料極触媒層と空気極触媒層との間隔は、高分子電解質膜の抵抗の増加による固体高分子形燃料電池の出力の低下を抑えるために、１μｍ以上８００μｍ以下であることが好ましい。１μｍ以上８００μｍ以下の範囲で、燃料極触媒層と空気極触媒層との間隔は小さい方が望ましい。具体的には、燃料極触媒層と空気極触媒層との間隔は、１μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、１μｍ以上３００μｍ以下がより好ましく、１μｍ以上２０μｍ以下がさらに好ましい。燃料極触媒層と空気極触媒層との間隔が１μｍより小さいと、触媒層の形成が困難になる。
【０１０５】
・燃料極触媒層が接触する部分の高分子電解質膜の厚さと、空気極触媒層が接触する部分の高分子電解質膜の厚さが異なっていてもよい。要は、燃料極触媒層と空気極触媒層とが、高分子電解質膜の厚さ方向にて、高分子電解質膜に対して同じ側に配置されていればよい。
【０１０６】
・第１の実施形態に、第４の実施形態を組み合わせてもよい。例えば、セパレータ２１の中板部２１ｂと燃料極触媒層１２および空気極触媒層１３との間に空間を設けて、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間にガス流路を形成してもよい。
【０１０７】
・第４の実施形態において、ガス流路１６，１７は、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３との間にのみ形成されてもよい。また、燃料極触媒層１２と空気極触媒層１３の面上にもガス流路が形成されてもよい。
【０１０８】
・第１〜第３の実施形態において、セパレータは、側板部を備えていなくてもよい。すなわち、セパレータは、高分子電解質膜の縁部を囲まず、膜電極接合体の上部のみを覆ってもよい。
【０１０９】
・ガス流路は、通気性を有する材料から形成してもよい。通気性を有する材料としては、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、または、カーボン不織布等が挙げられる。
【符号の説明】
【０１１０】
１０Ａ〜１０Ｆ，３０…膜電極接合体、１１，３１…高分子電解質膜、１１ａ，１１ｂ，３１ｂ…平坦面、１２，５２，６２…燃料極触媒層、１３，５３，６３…空気極側触媒層、１４，３４，４４…基材、１５，６５…ガスシール部、１６，２４，３７，６６…燃料極ガス流路、１７，２５，３８，６７…空気極ガス流路、２２，２７，３５，６８…燃料極集電体、２３，２８，３６，６９…空気極集電体、２１，２６，２９，４１，４２…セパレータ、３１ａ…段差面、３２…凸部。
【図１】
2014192095.tif 000003
【図２】
2014192095.tif 000004
【図３】
2014192095.tif 000005
【図４】
2014192095.tif 000006
【図５】
2014192095.tif 000007
【図６】
2014192095.tif 000008
【図７】
2014192095.tif 000009
【図８】
2014192095.tif 000010
【図９】
2014192095.tif 000011
【図１０】
2014192095.tif 000012
【図１１】
2014192095.tif 000013
【図１２】
2014192095.tif 000014
【図１３】
2014192095.tif 000015
【図１４】
2014192095.tif 000016
【図１５】
2014192095.tif 000017
【図１６】
2014192095.tif 000018