(57)【要約】【課題】シーリングプレートを用いる燃料電池において電解質膜の膜やせを防止する。【解決手段】燃料電池は、カソード側拡散層の端部上に配置され、カソード側セパレータとの間に、酸化剤ガス内部流路と酸化剤ガスマニホールドとを連通する連通流路を確保するシーリングプレートを備える。また燃料電池は、カソード側拡散層の端部においてシール材が含浸しておらず、かつ、シーリングプレートの内側縁より外側に位置する部分である特定部分に対して積層方向に沿って重なるカソード側触媒層の部分への、酸化剤ガスと燃料ガスとの少なくとも一方の流入を抑制する反応ガス流入抑制部を備える。【選択図】図７
2014186852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜と、前記電解質膜の一方の表面上に配置されたアノード側触媒層と、前記電解質膜の他方の表面上に配置されたカソード側触媒層と、を含む膜電極接合体と、
前記膜電極接合体におけるカソード側の表面上に配置されたカソード側拡散層と、
前記膜電極接合体と前記カソード側拡散層との端部におけるアノード側とカソード側との間の反応ガスの漏洩を抑制するシール材と、
酸化剤ガスを前記カソード側拡散層の表面と平行な方向に流動させる酸化剤ガス内部流路を挟んで、前記カソード側拡散層に対向するように配置されたカソード側セパレータと、
前記カソード側拡散層の前記端部上に配置され、前記カソード側セパレータとの間に、前記酸化剤ガス内部流路と前記燃料電池の積層方向に沿って酸化剤ガスを流動させる酸化剤ガスマニホールドとを連通する連通流路を確保するシーリングプレートと、
前記カソード側拡散層の前記端部において前記シール材が含浸しておらず、かつ、前記シーリングプレートの内側縁より外側に位置する部分である特定部分に対して前記積層方向に沿って重なる前記カソード側触媒層の部分への、酸化剤ガスと燃料ガスとの少なくとも一方の流入を抑制する反応ガス流入抑制部と、を備える、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記反応ガス流入抑制部は、前記カソード側拡散層と前記カソード側触媒層との界面と、前記カソード側触媒層と前記電解質膜との界面と、前記電解質膜と前記アノード側触媒層との界面と、の少なくとも１つにおける、前記積層方向に沿って前記特定部分と重なる位置に配置されたガス非透過性のフィルム部材である、燃料電池。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記反応ガス流入抑制部は、ガスの流入が抑制されるように閉塞された前記特定部分と、前記積層方向に沿って前記特定部分と重なる前記カソード側拡散層の部分であってガスの流入が抑制されるように閉塞された部分と、前記積層方向に沿って前記特定部分と重なる前記アノード側触媒層の部分であってガスの流入が抑制されるように閉塞された部分と、の少なくとも１つである、燃料電池。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記反応ガス流入抑制部は、前記シーリングプレートの内側縁から前記カソード側拡散層の方向に向けて突出した凸部である、燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池であって、
前記凸部は、前記積層方向に沿った長さをＴ１とし、前記カソード側拡散層の厚さおよび空隙率をそれぞれＴ２およびＰ１としたときに、Ｔ１＝Ｔ２×Ｐ１を満たすように構成されている、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般に、電解質膜の一方の表面上にアノード側触媒層が設けられ他方の表面上にカソード側触媒層が設けられた構成の膜電極接合体と膜電極接合体を挟むように配置された一対の拡散層とを含む発電モジュールと、セパレータと、が交互に積層されたスタック構造の形態で利用される。燃料電池は、膜電極接合体に供給された反応ガス（燃料ガス（例えば水素）および酸化剤ガス（例えば空気））を利用して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。
【０００３】
燃料電池には、各発電モジュールを積層する方向に平行な複数のマニホールドが形成されており、各マニホールドを介して各発電モジュールについての反応ガスの供給および排出が行われる。また、各発電モジュールにおけるセパレータと拡散層との間には反応ガスを面方向（積層方向に略直交する方向）に流動させる反応ガス内部流路が設けられており、反応ガス内部流路内を流動する反応ガスは、拡散層を介して触媒層に供給される。例えば、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給マニホールドから各発電モジュールのカソード側の反応ガス内部流路に供給され、拡散層を介して触媒層に供給される。発電モジュールにおける発電に使用されなかった酸化剤ガスは、反応ガス内部流路から酸化剤ガス排出マニホールドへと排出される。また、各発電モジュールの膜電極接合体や拡散層の端部には、アノード側とカソード側との間の反応ガスの漏洩（クロスリーク）を抑制するためのシール材が設けられる。このシール材は、膜電極接合体や拡散層の端部に含浸する。
【０００４】
燃料電池において、各マニホールドと反応ガス内部流路とを連通する部分に、シーリングプレートが用いられる。シーリングプレートは、拡散層の端部上に配置され、セパレータとの間にマニホールドと反応ガス内部流路とを連通する連通流路を確保すると共に、ガスシール性を向上させるための部品である。シーリングプレートの存在により、拡散層に含浸したシール材が連通流路内まで流入することが抑制され、連通流路の圧力損失増加や閉塞が防止される（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
他方、電解質膜の確実な湿潤を図るために、アノード側拡散層における膜電極接合体とは反対側の表面に溝を設ける技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−６９４４５号公報
【特許文献２】特開２０１２−６９２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シール材の充填量が多過ぎると、拡散層に含浸したシール材がシーリングプレートの内側縁のさらに内側まで侵入し、連通流路や反応ガス内部流路の圧力損失増加や閉塞を引き起こすおそれがある。そのため、シール材の充填量は少なめに設定される。その結果、拡散層に含浸するシール材の内側縁は、シーリングプレートの内側縁より外側に位置することとなる。すなわち、シーリングプレートの内側縁より外側に、拡散層においてシール材が含浸されていない部分が形成されることとなる。
【０００８】
カソード側において、シーリングプレートの内側縁より外側に、拡散層においてシール材が含浸されていない部分が形成されると、当該部分に酸化剤ガスは供給されるものの、その供給量は不十分なものとなる。このとき、カソード側拡散層の上記部分に対向するアノード側において燃料ガスが十分に供給されると、アノード側から透過した燃料ガスによってカソード側における酸素濃度が低下し、これによりカソード側の電位が低下し、面内の他の部分に比べて発電による過酸化水素の発生量が多くなる。過酸化水素の発生量が多くなると、電解質膜の膜やせが引き起こされ、ひいてはクロスリークが助長されるため、好ましくない。なお、拡散層における膜電極接合体とは反対側の表面に溝を設けることによって拡散層に含浸するシール材の内側縁をシーリングプレートの内側縁と一致させることも考えられるが、精度良く一致させることは困難である上に、比較的薄くて強度の低い拡散層に溝を形成するためには高価な装置や多くの工数を必要とするため、好ましくない。このように、従来のシーリングプレートを用いる燃料電池は、シーリングプレートの内側縁より外側において、電解質膜の膜やせが発生するおそれがあるという課題があった。そのほか、従来の燃料電池においては、その小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、以下の形態として実現することが可能である。
【００１０】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の表面上に配置されたアノード側触媒層と、前記電解質膜の他方の表面上に配置されたカソード側触媒層と、を含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体におけるカソード側の表面上に配置されたカソード側拡散層と、前記膜電極接合体と前記カソード側拡散層との端部におけるアノード側とカソード側との間の反応ガスの漏洩を抑制するシール材と、酸化剤ガスを前記カソード側拡散層の表面と平行な方向に流動させる酸化剤ガス内部流路を挟んで、前記カソード側拡散層に対向するように配置されたカソード側セパレータと、前記カソード側拡散層の前記端部上に配置され、前記カソード側セパレータとの間に、前記酸化剤ガス内部流路と前記燃料電池の積層方向に沿って酸化剤ガスを流動させる酸化剤ガスマニホールドとを連通する連通流路を確保するシーリングプレートと、前記カソード側拡散層の前記端部において前記シール材が含浸しておらず、かつ、前記シーリングプレートの内側縁より外側に位置する部分である特定部分に対して前記積層方向に沿って重なる前記カソード側触媒層の部分への、酸化剤ガスと燃料ガスとの少なくとも一方の流入を抑制する反応ガス流入抑制部と、を備える。この形態の燃料電池によれば、反応ガス流入抑制部によって、カソード側拡散層の端部においてシール材が含浸しておらず、かつ、シーリングプレートの内側縁より外側に位置する部分である特定部分に対して積層方向に沿って重なるカソード側触媒層の部分への、酸化剤ガスと燃料ガスとの少なくとも一方の流入が抑制される。カソード側拡散層の上記特定部分に対して積層方向に沿って重なるカソード側触媒層の部分への酸化剤ガスの流入が抑制されると、この部分において発電が行われないため、含浸したシール材の内側縁がシーリングプレートの内側縁よりも外側となり、カソード側拡散層に空気が十分に供給されない特定部分が形成されても、過酸化水素の発生を防止することができ、その結果、電解質膜の膜やせを防止することができる。また、カソード側拡散層の上記特定部分に対して積層方向に沿って重なるカソード側触媒層の部分への燃料ガスの流入が抑制されると、アノード側からカソード側触媒層の上記部分への燃料ガスの透過が阻止されるため、燃料ガス透過によるカソード側の電位低下を抑制することができ、その結果、発電による過酸化水素発生量の増加が抑制され、電解質膜の膜やせを抑制することができる。
【００１１】
（２）上記形態の燃料電池において、前記反応ガス流入抑制部は、前記カソード側拡散層と前記カソード側触媒層との界面と、前記カソード側触媒層と前記電解質膜との界面と、前記電解質膜と前記アノード側触媒層との界面と、の少なくとも１つにおける、前記積層方向に沿って前記特定部分と重なる位置に配置されたガス非透過性のフィルム部材であるとしてもよい。この形態の燃料電池によれば、反応ガス流入抑制部を、カソード側触媒層の上記部分への酸化剤ガスと燃料ガスとの少なくとも一方の流入を抑制する構成とすることができる。
【００１２】
（３）上記形態の燃料電池において、前記反応ガス流入抑制部は、ガスの流入が抑制されるように閉塞された前記特定部分と、前記積層方向に沿って前記特定部分と重なる前記カソード側拡散層の部分であってガスの流入が抑制されるように閉塞された部分と、前記積層方向に沿って前記特定部分と重なる前記アノード側触媒層の部分であってガスの流入が抑制されるように閉塞された部分と、の少なくとも１つであるとしてもよい。この形態の燃料電池によれば、反応ガス流入抑制部を、カソード側触媒層の上記部分への酸化剤ガスと燃料ガスとの少なくとも一方の流入を抑制する構成とすることができる。
【００１３】
（４）上記形態の燃料電池において、前記反応ガス流入抑制部は、前記シーリングプレートの内側縁から前記カソード側拡散層の方向に向けて突出した凸部であるとしてもよい。この形態の燃料電池によれば、反応ガス流入抑制部を、カソード側触媒層の上記部分への酸化剤ガスと燃料ガスとの少なくとも一方の流入を抑制する構成とすることができる。
【００１４】
（５）上記形態の燃料電池において、前記凸部は、前記積層方向に沿った長さをＴ１とし、前記カソード側拡散層の厚さおよび空隙率をそれぞれＴ２およびＰ１としたときに、Ｔ１＝Ｔ２×Ｐ１を満たすように構成されているとしてもよい。この形態の燃料電池によれば、凸部の存在によるカソード側触媒層や電解質膜の変形を抑制しつつ、反応ガス流入抑制部を、カソード側触媒層の上記部分への酸化剤ガスと燃料ガスとの少なくとも一方の流入を抑制する構成とすることができる。
【００１５】
上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。
【００１６】
本発明は、燃料電池以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、本発明は、燃料電池、燃料電池を備える燃料電池システム、燃料電池システムを備える移動体、これらの装置等の製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池１００の単セル１４０の平面構成を示す説明図である。
【図３】単セル１４０の平面構成をより詳細に示す説明図である。
【図４】単セル１４０の断面構成を示す説明図である。
【図５】単セル１４０の断面構成を示す説明図である。
【図６】カソード側セパレータ３２０の開口３２１付近の構成を示す斜視図である。
【図７】単セル１４０の詳細構成を示す説明図である。
【図８】第１実施形態の第１変形例における単セル１４０ａの詳細構成を示す説明図である。
【図９】第１実施形態の第２変形例における単セル１４０ｂの詳細構成を示す説明図である。
【図１０】第２実施形態における単セル１４０ｃの詳細構成を示す説明図である。
【図１１】第２実施形態の第１変形例における単セル１４０ｄの詳細構成を示す説明図である。
【図１２】第２実施形態の第２変形例における単セル１４０ｅの詳細構成を示す説明図である。
【図１３】第３実施形態における単セル１４０ｆの詳細構成を示す説明図である。
【図１４】第３実施形態の第１変形例における単セル１４０ｇの詳細構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）を利用して電気化学反応を引き起こすことにより発電を行う燃料電池（燃料電池スタック）１００を備えている。燃料電池１００は、エンドプレート１１０と、絶縁板１２０と、集電板１３０と、複数の単セル１４０と、集電板１３０と、絶縁板１２０と、エンドプレート１１０と、が、この順に積層されたスタック構造を有している。以下の説明では、複数の単セルを積層する方向を「積層方向」と呼ぶ。
【００１９】
燃料電池１００には、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、シャットバルブ５１、レギュレータ５２、配管５３を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。燃料電池１００における発電に利用されなかった燃料ガス（アノードオフガス）は、排出配管６３を介して燃料電池１００の外部に排出される。なお、燃料電池システム１０は、アノードオフガスを配管５３側に再循環させる再循環機構を有するとしてもよい。燃料電池１００には、また、エアポンプ６０および配管６１を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。燃料電池１００における発電に利用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）は、排出配管５４を介して燃料電池１００の外部に排出される。
【００２０】
さらに、燃料電池１００には、燃料電池１００を冷却するため、ウォーターポンプ７１および配管７２を介して、ラジエータ７０により冷却された冷却媒体が供給される。燃料電池１００から排出された冷却媒体は、配管７３を介してラジエータ７０に循環する。冷却媒体としては、例えば水、エチレングリコール等の不凍液、空気などが用いられる。
【００２１】
図２は、燃料電池１００の単セル１４０の平面構成を示す説明図である。単セル１４０は、後述するように、電解質膜の両面に、それぞれ、アノード側触媒層およびカソード側触媒層が配置された膜電極接合体（ＭＥＡとも呼ばれる）を含む発電モジュールを、一対のセパレータによって挟持した構成となっている。
【００２２】
燃料電池１００の内部には、図２に示すように、燃料電池１００に供給された燃料ガスとしての水素を各単セル１４０に分配する燃料ガス供給マニホールド１６２と、燃料電池１００に供給された酸化剤ガスとしての空気を各単セル１４０に分配する酸化剤ガス供給マニホールド１５２と、各単セル１４０における発電に利用されなかった燃料ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する燃料ガス排出マニホールド１６４と、各単セル１４０における発電に利用されなかった酸化剤ガスを集めて燃料電池１００の外部に排出する酸化剤ガス排出マニホールド１５４と、が形成されている。上記各マニホールドは、燃料電池１００の積層方向（すなわち発電モジュールの面方向に略直交する方向）に伸びる形状の流路である。燃料電池１００の内部には、さらに、冷却媒体を単セル１４０に分配する冷却媒体供給マニホールド１７２と、各単セル１４０から排出される冷却媒体を集めて燃料電池１００の外部に排出する冷却媒体排出マニホールド１７４と、が形成されている。
【００２３】
図３は、単セル１４０の平面構成をより詳細に示す説明図である。図３（ａ）には、単セル１４０における燃料ガス供給マニホールド１６２付近の部分（図２のＸ１部）の平面構成を拡大して示しており、図３（ｂ）には、単セル１４０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の部分（図２のＸ２部）の平面構成を拡大して示している。また、図４および図５は、単セル１４０の断面構成を示す説明図である。図４（ａ）には図３（ａ）のＡ１−Ａ１断面を示しており、図４（ｂ）には図３（ａ）のＢ１−Ｂ１断面を示しており、図５（ａ）には図３（ｂ）のＣ１−Ｃ１断面を示しており、図５（ｂ）には図３（ｂ）のＤ１−Ｄ１断面を示している。
【００２４】
図４および図５に示すように、単セル１４０は、発電モジュール２００と、発電モジュール２００を挟持する一対のセパレータ（カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０）と、を有している。発電モジュール２００は、カソード側多孔体流路層２３０と、カソード側拡散層２１７と、膜電極接合体２１０と、アノード側拡散層２１６と、アノード側多孔体流路層２２０と、が、この順に積層された構成を有している。膜電極接合体２１０は、電解質膜２１２と、電解質膜２１２の一方の表面上に配置（塗布）されたカソード側触媒層２１５と、電解質膜２１２の他方の表面上に配置（塗布）されたアノード側触媒層２１４と、から構成されている。図２には、単セル１４０の平面における発電モジュール２００の概略位置をハッチングにより示している。
【００２５】
電解質膜２１２は、フッ素系樹脂材料や炭化水素系樹脂材料等で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン導電性を有する。カソード側触媒層２１５およびアノード側触媒層２１４は、例えば、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。カソード側拡散層２１７およびアノード側拡散層２１６は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成されている。カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、金属多孔体（例えばエキスパンドメタル）などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。カソード側多孔体流路層２３０およびアノード側多孔体流路層２２０は、カソード側拡散層２１７およびアノード側拡散層２１６より空孔率が高い（すなわち、内部におけるガスの流動抵抗が低い）ため、それぞれ、反応ガスをカソード側拡散層２１７およびアノード側拡散層２１６の表面と平行な方向に流動させる反応ガス内部流路として機能する。この反応ガス内部流路は、拡散層とセパレータとの間に形成されることとなる。
【００２６】
なお、以下の説明では、発電モジュール２００の面方向（すなわち積層方向と略直交する方向）を単に「面方向」と呼ぶものとする。また、面方向の内、燃料ガス供給マニホールド１６２や酸化剤ガス供給マニホールド１５２に最も近い発電モジュール２００の各層の外周辺に平行な方向をＹ方向と呼び、Ｙ方向に略直交する面方向をＸ方向と呼ぶものとする（図３ないし図５参照）。
【００２７】
図４および図５に示すように、電解質膜２１２およびアノード側の各層（アノード側触媒層２１４、アノード側拡散層２１６、アノード側多孔体流路層２２０）のＸ方向に沿った長さは、カソード側の各層（カソード側触媒層２１５、カソード側拡散層２１７、カソード側多孔体流路層２３０）の長さより長い。すなわち、燃料電池１００の積層方向から発電モジュール２００を見ると、電解質膜２１２およびアノード側の各層は、カソード側の各層よりＸ方向に突出している。図３（ａ）および（ｂ）には、単セル１４０の平面における電解質膜２１２とカソード側拡散層２１７の位置をハッチングにより示している。なお、本実施形態では、図５に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に対向する位置において、カソード側拡散層２１７の端部は、カソード側多孔体流路層２３０よりＸ方向外側に突出している。
【００２８】
カソード側セパレータ３２０およびアノード側セパレータ３１０は、金属板を加工して形成される。カソード側セパレータ３２０には、図４に示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３２１が形成されていると共に、図５に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３２３が形成されている。
【００２９】
図６は、カソード側セパレータ３２０の開口３２１付近の構成を示す斜視図である。図４および図６に示すように、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス供給マニホールド１６２を構成するための開口３２１に隣接した位置には、折り返し部分３２２が形成されている。折り返し部分３２２は、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２１が形成される位置の部分の少なくとも一部が、開口３２１の発電モジュール２００側の辺を折り曲げ線として、単セル１４０の積層方向に沿った内側方向（アノード側セパレータ３１０に向かう方向）で、かつ、Ｘ方向に沿った内側方向（発電モジュール２００に向かう方向）に折り返されることにより、形成される。
【００３０】
図４に示すように、折り返し部分３２２は、面方向に略直交する（積層方向に略平行な）垂直部分と面方向に略平行な平行部分とにより構成されている。折り返し部分３２２の平行部分の積層方向に沿った位置は、電解質膜２１２の位置よりカソード側よりの位置である。折り返し部分３２２の平行部分と、積層方向に沿って折り返し部分３２２の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の部分と、の間には、内部連通流路空間３５０が形成されている。また、折り返し部分３２２の垂直部分には、燃料ガス供給マニホールド１６２と内部連通流路空間３５０とを連通するための複数の連通孔３２６が形成されている。複数の連通孔３２６は、Ｙ方向に沿って互いに所定の間隔を空けて並んで配置されている（図６参照）。
【００３１】
図４および図６に示すように、積層方向に沿って折り返し部分３２２の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の位置には、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な形状（すなわち内部連通流路空間３５０に突出する形状）の凸部３２４が複数形成されている。複数の凸部３２４は、Ｙ方向に沿った位置が連通孔３２６と重ならないように、Ｙ方向に沿って互いに所定間隔を空けて並んで配置されている。各凸部３２４は、Ｘ方向に伸びる略長方形形状の平面を有している。各凸部３２４の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２２の平行部分に隣接するような位置である。
【００３２】
同様に、図５に示すように、カソード側セパレータ３２０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成するための開口３２３に隣接した位置には、折り返し部分３２５が形成されている。折り返し部分３２５は、カソード側セパレータ３２０の材料としての金属板における開口３２３が形成される位置の部分の少なくとも一部が、開口３２３の発電モジュール２００側の辺を折り曲げ線として、単セル１４０の積層方向に沿った内側方向で、かつ、Ｘ方向に沿った内側方向に折り返されることにより、形成される。折り返し部分３２５は、面方向に略直交する垂直部分と面方向に略平行な平行部分とにより構成されている。折り返し部分３２５の平行部分の積層方向に沿った位置は、電解質膜２１２の位置よりカソード側よりの位置である。また、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁から所定の範囲の部分（図中においてＯＬと示す部分）は、カソード側拡散層２１７の端部のカソード側セパレータ３２０側表面に接触している。すなわち、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側拡散層２１７とが積層方向に沿ってオーバーラップしている。折り返し部分３２５の平行部分と、積層方向に沿って折り返し部分３２５の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の部分と、の間には、内部連通流路空間３６０が形成されている。折り返し部分３２５の垂直部分には、酸化剤ガス供給マニホールド１５２と内部連通流路空間３６０とを連通するための複数の連通孔３２６が形成されている。複数の連通孔３２６は、Ｙ方向に沿って互いに所定の間隔を空けて並んで配置されている。なお、内部連通流路空間３６０は、酸化剤ガス供給マニホールド１５２（および酸化剤ガス排出マニホールド１５４）とカソード側多孔体流路層２３０とを連通する連通流路として機能する。また、折り返し部分３２５は、カソード側セパレータ３２０との間に内部連通流路空間３６０を確保するシーリングプレートとして機能する。
【００３３】
積層方向に沿って折り返し部分３２５の平行部分に対向するカソード側セパレータ３２０の位置には、カソード側セパレータ３２０からアノード側セパレータ３１０に向かう方向に凸な形状（すなわち内部連通流路空間３６０に突出する形状）の凸部３２４が複数形成されている。複数の凸部３２４は、Ｙ方向に沿った位置が連通孔３２６と重ならないように、Ｙ方向に沿って互いに所定間隔を空けて並んで配置されている。各凸部３２４は、Ｘ方向に伸びる略長方形形状の平面を有している。各凸部３２４の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、折り返し部分３２５の平行部分に隣接するような位置である。
【００３４】
なお、以下の説明では、カソード側セパレータ３２０における燃料ガス供給マニホールド１６２を構成するための開口３２１に隣接する折り返し部分３２２を、燃料ガス側折り返し部分３２２とも呼び、カソード側セパレータ３２０における酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成するための開口３２３に隣接する折り返し部分３２５を、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とも呼ぶ。
【００３５】
図４に示すように、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分のＸ方向に沿った長さは、積層方向に沿って電解質膜２１２とは重ならないような長さとなっている。これに対して、図５に示すように、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分のＸ方向に沿った長さは、積層方向に沿って電解質膜２１２と重なるような長さとなっている。すなわち、燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分のＸ方向に沿った長さは、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分のＸ方向に沿った長さより短い。図３には、単セル１４０の平面における燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分および酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分の位置を、ハッチングにより示している。
【００３６】
カソード側セパレータ３２０における膜電極接合体２１０と対向する位置には、複数のディンプル３１９が形成されている。複数の単セル１４０を積層した際に、ディンプル３１９の積層方向最外側の表面は、積層方向に沿って隣接する他の単セル１４０のアノード側セパレータ３１０の表面に接触する。これにより、２つの単セル１４０間（すなわち、カソード側セパレータ３２０と当該カソード側セパレータ３２０に膜電極接合体２１０を挟まずに隣接するアノード側セパレータ３１０との間）には、面方向に沿って連続した空間が形成される。この空間は、図２に示した冷却媒体供給マニホールド１７２および冷却媒体排出マニホールド１７４に連通しており、冷却媒体の流路として利用される。
【００３７】
図４および図５に示すように、アノード側セパレータ３１０には、カソード側セパレータ３２０と同様に、燃料ガス供給マニホールド１６２を構成する開口３１１が形成されていると共に、酸化剤ガス供給マニホールド１５２を構成する開口３１３が形成されている。また、アノード側セパレータ３１０におけるカソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２に対向する位置から面方向外側には、アノード側セパレータ３１０からカソード側セパレータ３２０に向かう方向に凸な形状の凸部３１２が形成されている。凸部３１２の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、燃料ガス側折り返し部分３２２の面方向に略平行な部分との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。また、アノード側セパレータ３１０におけるカソード側セパレータ３２０の酸化剤ガス側折り返し部分３２５に対向する位置から面方向外側には、アノード側セパレータ３１０からカソード側セパレータ３２０に向かう方向に凸な形状の凸部３１５が形成されている。凸部３１５の面方向に略平行な部分の積層方向に沿った位置は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の面方向に略平行な部分との間にシールのためのわずかな空間が確保されるような位置である。
【００３８】
図４に示すように、カソード側セパレータ３２０の燃料ガス側折り返し部分３２２の平行部分とアノード側セパレータ３１０の凸部３１２との間（図中のＲ２部分）は、シール材４２０によりシールされている。また、カソード側セパレータ３２０と発電モジュール２００のカソード側端部との間（図中のＲ１部分）は、シール材４１０によりシールされている。また、図５に示すように、カソード側セパレータ３２０の酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分とアノード側セパレータ３１０との間、および、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の平行部分と発電モジュール２００の端部との間（図中のＲ３部分）は、シール材４４０によりシールされている。各シール材としては、例えば、接着剤や熱可塑性樹脂、ゴム等が用いられる。各シール材は、シール箇所におけるガスシール機能と短絡防止機能とを発揮する。なお、各シール材は、単セル１４０の組み立て前に、発電モジュール２００やアノード側セパレータ３１０、カソード側セパレータ３２０の所定の位置に配置される。発電モジュール２００とアノード側セパレータ３１０とカソード側セパレータ３２０とが積層されて圧縮されると、配置されたシール材が圧縮されて、図示する各位置に充填される。このとき、例えば、シール材４４０は、発電モジュール２００（ただしカソード側多孔体流路層２３０を除く）の端部に含浸し、シール材４１０は、カソード側触媒層２１５およびカソード側拡散層２１７の端部に含浸する。この点については後述する。
【００３９】
図３ないし図５には、単セル１４０における燃料ガス供給マニホールド１６２および酸化剤ガス供給マニホールド１５２付近の構成を示したが、燃料ガス排出マニホールド１６４および酸化剤ガス排出マニホールド１５４付近の構成も同様である。また、その他の部分における発電モジュール２００の構成は、図３ないし図５に示した発電モジュール２００の構成と同様である。
【００４０】
図４および図５に示すように、単セル１４０には、複数の単セル１４０を積層した際に、図２および図３に示す発電モジュール２００および各マニホールド用の開口を面方向に囲むシールラインＳＬを形成するために、ガスケット５００が配置されている。ガスケット５００は、射出成形により形成される。ガスケット５００は、凸部５０２を有している。ある単セル１４０に配置されたガスケット５００の凸部５０２は、複数の単セル１４０を積層した際に、隣接する他の単セル１４０のアノード側セパレータ３１０の表面に密着してシールラインＳＬを形成する。単セル１４０の平面におけるガスケット５００および凸部５０２の配置は、図２および図３に示すシールラインＳＬが形成されるような配置となっている。
【００４１】
図４において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１６２に供給された燃料ガスとしての水素は、連通孔３２６を介して内部連通流路空間３５０に導かれる。内部連通流路空間３５０は、アノード側多孔体流路層２２０における面方向に沿った端部に連通しているため、内部連通流路空間３５０に導かれた燃料ガスは、アノード側多孔体流路層２２０内に進入する。その後、燃料ガスは、アノード側多孔体流路層２２０内を面方向に沿って流動しつつアノード側拡散層２１６およびアノード側触媒層２１４に供給される。発電モジュール２００における発電に利用されなかった燃料ガスは、燃料ガス排出マニホールド１６４側に形成された図示しない内部流路空間を介して燃料ガス排出マニホールド１６４に排出される。
【００４２】
また、図５において矢印で示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に供給された酸化剤ガスとしての空気は、連通孔３２６を介して内部連通流路空間３６０に導かれる。内部連通流路空間３６０は、カソード側多孔体流路層２３０における面方向に沿った端部に連通しているため、内部連通流路空間３６０に導かれた酸化剤ガスは、カソード側多孔体流路層２３０内に進入する。その後、酸化剤ガスは、カソード側多孔体流路層２３０内を面方向に沿って流動しつつカソード側拡散層２１７およびカソード側触媒層２１５に供給される。発電モジュール２００における発電に利用されなかった酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出マニホールド１５４側に形成された図示しない内部流路空間を介して酸化剤ガス排出マニホールド１５４に排出される。
【００４３】
次に、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に対向する位置における単セル１４０の詳細構成について説明する。図７は、単セル１４０の詳細構成を示す説明図である。図７には、図５（ｂ）のＸ３部を拡大して示している。上述したように、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥから所定の範囲の部分は、カソード側拡散層２１７の端部のカソード側セパレータ３２０側表面に接触している。すなわち、酸化剤ガス側折り返し部分３２５は、カソード側拡散層２１７の端部上に配置されている。そのため、本実施形態では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側拡散層２１７とのオーバーラップ部分により空気がアノード側に漏洩することが抑制され、ガスシール性を向上させることができる。特に、折り曲げ加工により形成される酸化剤ガス側折り返し部分３２５には、スプリングバックによって、その端部が積層方向に沿ってアノード側セパレータ３１０側に近づく方向の力が作用するため、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の端部は、カソード側拡散層２１７のカソード側セパレータ３２０側の表面に押し付けられる。そのため、本実施形態の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とカソード側拡散層２１７とのオーバーラップ部分によって、良好なガスシール性を確保することができる。さらに、酸化剤ガス側折り返し部分３２５にスプリングバックによる力が作用しても、カソード側拡散層２１７の存在により、酸化剤ガス側折り返し部分３２５がアノード側セパレータ３１０に近づくことが制限されるため、カソード側セパレータ３２０とアノード側セパレータ３１０との接触による短絡を確実に抑制することができる。
【００４４】
また、上述したように、シール材４４０は、発電モジュール２００（ただしカソード側多孔体流路層２３０を除く）の端部に含浸している。本実施形態では、発電モジュール２００に含浸したシール材４４０の内側縁ＳＥが、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥよりも面方向外側となるように、シール材４４０の充填量が設定されている。これは、シール材４４０が酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥよりも面方向内側まで含浸すると、シール材４４０が内部連通流路空間３６０やカソード側多孔体流路層２３０内に侵入し、内部連通流路空間３６０やカソード側多孔体流路層２３０の圧力損失が増大したり、内部連通流路空間３６０やカソード側多孔体流路層２３０が閉塞されたりするおそれがあるからである。
【００４５】
他方、発電モジュール２００に含浸したシール材４４０の内側縁ＳＥが酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥよりも面方向外側となると、カソード側拡散層２１７に、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥより外側に位置し、かつ、シール材４４０が含浸していない部分（以下「拡散層特定部分ＧＰ」とも呼ぶ）が形成されることとなる。カソード側拡散層２１７における拡散層特定部分ＧＰは、内部連通流路空間３６０やカソード側多孔体流路層２３０に面していない。そのため、カソード側拡散層２１７の拡散層特定部分ＧＰには、内部連通流路空間３６０やカソード側多孔体流路層２３０から直接的に空気が供給されることはなく、隣接するカソード側拡散層２１７の部分を介して間接的にわずかな量の空気が供給されるのみである。このとき、カソード側拡散層２１７の拡散層特定部分ＧＰに対向するアノード側において水素が十分に供給されると、アノード側から透過してくる水素によってカソード側の酸素濃度が低下し、これによりカソード側の電位が低下し、面内の他の部分に比べて発電による過酸化水素の発生量が多くなる。過酸化水素の発生量が多くなると、電解質膜２１２の膜やせが引き起こされ、ひいてはクロスリークが助長されるため、好ましくない。
【００４６】
本実施形態の燃料電池１００では、カソード側拡散層２１７とカソード側触媒層２１５との界面における、積層方向に沿ってカソード側拡散層２１７の拡散層特定部分ＧＰと重なる位置に、フィルム部材２５０が配置されている。フィルム部材２５０は、ガス非透過性のフィルム部材であり、例えば樹脂により形成されている。本実施形態では、フィルム部材２５０の内側縁の位置は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥの位置と略同一であり、フィルム部材２５０の外側縁の位置は、シール材４４０の内側縁ＳＥより外側である。なお、フィルム部材２５０は、少なくとも積層方向に沿って拡散層特定部分ＧＰと重なる部分をカバーしていればよく、シール材４４０の内側縁ＳＥより外側まで延伸している必要はないし、反対に、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥより内側まで延伸していてもよい。
【００４７】
本実施形態の燃料電池１００では、フィルム部材２５０の存在により、カソード側拡散層２１７の拡散層特定部分ＧＰから、積層方向に沿って拡散層特定部分ＧＰと重なるカソード側触媒層２１５の部分（以下「触媒層特定部分ＣＰ」とも呼ぶ）への空気の流入が阻止される。そのため、触媒層特定部分ＣＰの部分では発電が行われない。従って、含浸したシール材４４０の内側縁ＳＥが酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥよりも外側となり、空気が十分に供給されない拡散層特定部分ＧＰが形成されても、過酸化水素の発生を防止することができ、その結果、電解質膜２１２の膜やせを防止することができる。なお、酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置における単セル１４０の構成も、図７に示した構成と同様であるため、酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置においても電解質膜２１２の膜やせを防止することができる。
【００４８】
図８は、第１実施形態の第１変形例における単セル１４０ａの詳細構成を示す説明図である。図８に示す第１実施形態の第１変形例における単セル１４０ａの構成は、フィルム部材２５０の位置を除き、図７に示す第１実施形態における単セル１４０の構成と同じである。
【００４９】
第１実施形態の第１変形例における単セル１４０ａでは、フィルム部材２５０が、カソード側触媒層２１５と電解質膜２１２との界面における、積層方向に沿ってカソード側拡散層２１７の拡散層特定部分ＧＰと重なる位置に配置されている。第１実施形態の第１変形例では、フィルム部材２５０の存在により、アノード側からカソード側触媒層２１５への水素透過が阻止されるため、水素透過によるカソード側の電位低下を抑制することができ、その結果、発電による過酸化水素発生量の増加が抑制され、電解質膜２１２の膜やせを抑制することができる。
【００５０】
図９は、第１実施形態の第２変形例における単セル１４０ｂの詳細構成を示す説明図である。図９に示す第１実施形態の第２変形例における単セル１４０ｂの構成は、フィルム部材２５０の位置を除き、図７に示す第１実施形態における単セル１４０の構成と同じである。
【００５１】
第１実施形態の第２変形例における単セル１４０ｂでは、フィルム部材２５０が、電解質膜２１２とアノード側触媒層２１４との界面における、積層方向に沿ってカソード側拡散層２１７の拡散層特定部分ＧＰと重なる位置に配置されている。第１実施形態の第２変形例では、フィルム部材２５０の存在により、アノード側からカソード側触媒層２１５への水素透過が阻止されるため、水素透過によるカソード側の電位低下を抑制することができ、その結果、発電による過酸化水素発生量の増加が抑制され、電解質膜２１２の膜やせを抑制することができる。
【００５２】
Ｂ．第２実施形態：
図１０は、第２実施形態における単セル１４０ｃの詳細構成を示す説明図である。図１０に示す第２実施形態における単セル１４０ｃは、フィルム部材２５０を有していない点と、カソード側拡散層２１７に閉塞部ＦＰが設けられている点とが、図７に示す第１実施形態における単セル１４０と異なっており、その他の構成は同じである。
【００５３】
第２実施形態の燃料電池１００では、酸化剤ガス供給マニホールド１５２および酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置において、カソード側拡散層２１７の端部に、閉塞部ＦＰが設けられている。カソード側拡散層２１７の閉塞部ＦＰは、他の部分よりカーボン粉量を増加することによって、ガスの流入が抑制されるように構成された部分である。なお、閉塞部ＦＰは、他の部分よりバインダー樹脂量を増加することにより形成されてもよいし、ゴムや樹脂を含浸することにより形成されてもよい。また、本実施形態では、閉塞部ＦＰの内側縁の位置は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥの位置と略同一であり、閉塞部ＦＰの外側縁の位置は、シール材４４０の内側縁ＳＥより外側である。なお、閉塞部ＦＰは、少なくとも拡散層特定部分ＧＰの位置に配置されていればよく、シール材４４０の内側縁ＳＥより外側まで延伸している必要はないし、反対に、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥより内側まで延伸していてもよい。
【００５４】
第２実施形態の燃料電池１００では、カソード側拡散層２１７の閉塞部ＦＰの存在により、拡散層特定部分ＧＰへの空気の流入が抑制され、これにより、拡散層特定部分ＧＰから触媒層特定部分ＣＰへの空気の流入も抑制される。そのため、触媒層特定部分ＣＰの部分では発電が行われない。従って、含浸したシール材４４０の内側縁ＳＥが酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥよりも外側となっても、過酸化水素の発生を防止することができ、その結果、電解質膜２１２の膜やせを防止することができる。なお、酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置における単セル１４０の構成も、図１０に示した構成と同様であるため、酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置においても電解質膜２１２の膜やせを防止することができる。
【００５５】
図１１は、第２実施形態の第１変形例における単セル１４０ｄの詳細構成を示す説明図である。図１１に示す第２実施形態の第１変形例における単セル１４０ｄの構成は、閉塞部ＦＰの構成を除き、図１０に示す第２実施形態における単セル１４０ｃの構成と同じである。
【００５６】
第２実施形態の第１変形例における単セル１４０ｄでは、カソード側拡散層２１７ではなくカソード側触媒層２１５に閉塞部ＦＰが設けられている。カソード側触媒層２１５の閉塞部ＦＰは、他の部分よりアイオノマ量を増加することによって、ガスの流入が抑制されるように構成された部分である。なお、閉塞部ＦＰは、ゴムや樹脂を含浸することにより形成されてもよい。また、閉塞部ＦＰの内側縁の位置は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥの位置と略同一であり、閉塞部ＦＰの外側縁の位置は、シール材４４０の内側縁ＳＥより外側である。なお、閉塞部ＦＰは、少なくとも積層方向に沿って拡散層特定部分ＧＰに重なる位置に配置されていればよく、シール材４４０の内側縁ＳＥより外側まで延伸している必要はないし、反対に、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥより内側まで延伸していてもよい。
【００５７】
第２実施形態の第１変形例では、カソード側触媒層２１５の閉塞部ＦＰの存在により、拡散層特定部分ＧＰら触媒層特定部分ＣＰへの空気の流入が抑制されるため、触媒層特定部分ＣＰの部分では発電が行われない。なお、カソード側触媒層２１５の閉塞部ＦＰの存在により、アノード側からカソード側触媒層２１５への水素透過が阻止されるため、水素透過によるカソード側の電位低下を抑制することもできる。従って、含浸したシール材４４０の内側縁ＳＥが酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥよりも外側となっても、過酸化水素の発生を防止することができ、その結果、電解質膜２１２の膜やせを防止することができる。
【００５８】
図１２は、第２実施形態の第２変形例における単セル１４０ｅの詳細構成を示す説明図である。図１２に示す第２実施形態の第２変形例における単セル１４０ｅの構成は、閉塞部ＦＰの構成を除き、図１０に示す第２実施形態における単セル１４０ｃの構成と同じである。
【００５９】
第２実施形態の第２変形例における単セル１４０ｅでは、カソード側拡散層２１７ではなくアノード側触媒層２１４に閉塞部ＦＰが設けられている。アノード側触媒層２１４の閉塞部ＦＰは、他の部分よりアイオノマ量を増加することによって、ガスの流入が抑制されるように構成された部分である。なお、閉塞部ＦＰは、ゴムや樹脂を含浸することにより形成されてもよい。また、閉塞部ＦＰの内側縁の位置は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥの位置と略同一であり、閉塞部ＦＰの外側縁の位置は、シール材４４０の内側縁ＳＥより外側である。なお、閉塞部ＦＰは、少なくとも積層方向に沿って拡散層特定部分ＧＰに重なる位置に配置されていればよく、シール材４４０の内側縁ＳＥより外側まで延伸している必要はないし、反対に、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥより内側まで延伸していてもよい。
【００６０】
第２実施形態の第２変形例では、アノード側触媒層２１４の存在により、アノード側からカソード側触媒層２１５への水素透過が阻止されるため、水素透過によるカソード側の電位低下を抑制することができ、その結果、発電による過酸化水素発生量の増加が抑制され、電解質膜２１２の膜やせを抑制することができる。
【００６１】
Ｃ．第３実施形態：
図１３は、第３実施形態における単セル１４０ｆの詳細構成を示す説明図である。図１３に示す第３実施形態における単セル１４０ｆは、フィルム部材２５０を有していない点と、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の構成の点とが、図７に示す第１実施形態における単セル１４０と異なっており、その他の構成は同じである。
【００６２】
第３実施形態の燃料電池１００では、酸化剤ガス側折り返し部分３２５に、内側縁ＰＥからカソード側拡散層２１７の方向に向けて突出した凸部３２８が内側縁ＰＥに沿って連続的に形成されている。凸部３２８は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の端部を折り曲げ加工することにより形成される。より詳細には、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の端部が、積層方向に略平行な２つの平板部分と積層方向に略直交する１つの平板部分とを有する略Ｕ字形に折り曲げられることにより、凸部３２８が形成される。本実施形態では、凸部３２８の積層方向に沿った長さは、カソード側拡散層２１７の厚さと略同一である。そのため、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥの位置では、凸部３２８によって、カソード側拡散層２１７が厚さ方向に潰されている。
【００６３】
第３実施形態の燃料電池１００では、凸部３２８の存在により、拡散層特定部分ＧＰへの空気の流入が抑制され、これにより、拡散層特定部分ＧＰから触媒層特定部分ＣＰへの空気の流入も抑制される。そのため、触媒層特定部分ＣＰの部分では発電が行われない。従って、含浸したシール材４４０の内側縁ＳＥが酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥよりも外側となっても、過酸化水素の発生を防止することができ、その結果、電解質膜２１２の膜やせを防止することができる。なお、酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置における単セル１４０の構成も、図１３に示した構成と同様であるため、酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置においても電解質膜２１２の膜やせを防止することができる。
【００６４】
図１４は、第３実施形態の第１変形例における単セル１４０ｇの詳細構成を示す説明図である。図１４に示す第３実施形態の第１変形例における単セル１４０ｇの構成は、凸部３２８の構成を除き、図１３に示す第３実施形態における単セル１４０ｆの構成と同じである。
【００６５】
第３実施形態の第１変形例における単セル１４０ｇでは、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の端部が、つづら折り状に（積層方向に略直交する複数の平板部分が積層されるように）折り曲げられることにより、凸部３２８が形成される。また、第３実施形態の第１変形例では、凸部３２８は、凸部３２８の積層方向に沿った長さをＴ１とし、カソード側拡散層２１７の厚さおよび空隙率をそれぞれＴ２およびＰ１としたときに、以下の式（１）を満たすように構成されている。すなわち、凸部３２８の長さＴ１は、カソード側拡散層２１７中の空隙をすべて潰しきるのに必要十分な長さに設定されている。そのため、凸部３２８により、拡散層特定部分ＧＰへの空気の流入が抑制される。
Ｔ１＝Ｔ２×Ｐ１・・・（１）
【００６６】
第３実施形態の第１の変形例では、上述した第３実施形態と同様に、凸部３２８の存在により、拡散層特定部分ＧＰへの空気の流入が抑制され、これにより、拡散層特定部分ＧＰから触媒層特定部分ＣＰへの空気の流入も抑制される。そのため、触媒層特定部分ＣＰの部分では発電が行われない。従って、含浸したシール材４４０の内側縁ＳＥが酸化剤ガス側折り返し部分３２５の内側縁ＰＥよりも外側となっても、過酸化水素の発生を防止することができ、その結果、電解質膜２１２の膜やせを防止することができる。
【００６７】
また、第３実施形態の第１の変形例では、凸部３２８の長さＴ１がカソード側拡散層２１７中の空隙をすべて潰しきるのに必要十分な長さに設定されているため、凸部３２８に押圧されることによってカソード側触媒層２１５や電解質膜２１２が変形することを抑制しつつ、拡散層特定部分ＧＰへの空気の流入を抑制することができる。なお、上述した第３実施形態においても、凸部３２８が上記式（１）を満たすように構成されるとしてもよい。
【００６８】
Ｄ．その他の変形例：
上記各実施形態における燃料電池システム１０の構成はあくまで一例であり、燃料電池システム１０の構成は種々変更可能である。例えば、上記各実施形態では、カソード側セパレータ３２０の一部である酸化剤ガス側折り返し部分３２５がシーリングプレートとして機能するとしているが、シーリングプレートをカソード側セパレータ３２０から独立した別の部品としてもよい。
【００６９】
また、上記各実施例では、カソード側多孔体流路層２３０として金属多孔体が用いられるとしているが、カソード側多孔体流路層２３０としてカーボン多孔体といった他の多孔体材料が用いられるとしてもよい。また、カソード側セパレータ３２０に溝を形成するなどして、カソード側セパレータ３２０とカソード側拡散層２１７との間に酸化剤ガス流路として機能する空間を確保するものとしてもよい。
【００７０】
また、上記第１実施形態では、フィルム部材２５０は樹脂により形成されるとしているが、フィルム部材２５０はガス非透過性の材料であれば樹脂以外の材料により形成されてもよい。また、上記第１実施形態では、酸化剤ガス供給マニホールド１５２に対向する位置と酸化剤ガス排出マニホールド１５４に対向する位置との両方にフィルム部材２５０が配置されるとしているが、２つの位置の内の一方のみにフィルム部材２５０が配置されるとしてもよい。また、上記第１実施形態およびその変形例では、フィルム部材２５０が、カソード側拡散層２１７とカソード側触媒層２１５との界面と、カソード側触媒層２１５と電解質膜２１２との界面と、電解質膜２１２とアノード側触媒層２１４との界面と、のいずれか１つに設けられているが、フィルム部材２５０は、上記３つの界面の内のいずれか２つ、または上記３つの界面のすべてに設けられていてもよい。
【００７１】
また、上記第２実施形態およびその変形例では、閉塞部ＦＰが、カソード側拡散層２１７とカソード側触媒層２１５とアノード側触媒層２１４とのいずれか１つに設けられているが、閉塞部ＦＰは、上記３つの層の内のいずれか２つ、または上記３つの層のすべてに設けられていてもよい。
【００７２】
また、上記第３実施形態およびその変形例では、凸部３２８が、酸化剤ガス側折り返し部分３２５の端部を折り曲げ加工することにより形成されるとしているが、凸部３２８は、酸化剤ガス側折り返し部分３２５とは独立した別部品であってもよい。
【００７３】
また、上記各実施形態において、発電モジュール２００を構成する各層の面方向に沿った長さは、任意に変更可能である。また、上記各実施形態では、燃料電池１００を構成する各部の材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。また、上記各実施形態の単セル１４０における各マニホールドの配置はあくまで一例であり、各マニホールドの異なる配置を採用することも可能である。
【００７４】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１０…燃料電池システム
５０…水素タンク
５１…シャットバルブ
５２…レギュレータ
５３…配管
５４…排出配管
６０…エアポンプ
６１…配管
６３…排出配管
７０…ラジエータ
７１…ウォーターポンプ
７２…配管
７３…配管
１００…燃料電池
１１０…エンドプレート
１２０…絶縁板
１３０…集電板
１４０…単セル
１５２…酸化剤ガス供給マニホールド
１５４…酸化剤ガス排出マニホールド
１６２…燃料ガス供給マニホールド
１６４…燃料ガス排出マニホールド
１７２…冷却媒体供給マニホールド
１７４…冷却媒体排出マニホールド
２００…発電モジュール
２１０…膜電極接合体
２１２…電解質膜
２１４…アノード側触媒層
２１５…カソード側触媒層
２１６…アノード側拡散層
２１７…カソード側拡散層
２２０…アノード側多孔体流路層
２３０…カソード側多孔体流路層
２５０…フィルム部材
３１０…アノード側セパレータ
３１１…開口
３１２…凸部
３１３…開口
３１５…凸部
３１９…ディンプル
３２０…カソード側セパレータ
３２１…開口
３２２…燃料ガス側折り返し部分
３２３…開口
３２４…凸部
３２５…酸化剤ガス側折り返し部分
３２６…連通孔
３２８…凸部
３５０…内部連通流路空間
３６０…内部連通流路空間
４１０…シール材
４２０…シール材
４４０…シール材
５００…ガスケット
５０２…凸部
ＰＥ…内側縁
ＳＥ…内側縁
ＳＬ…シールライン
ＧＰ…拡散層特定部分
ＣＰ…触媒層特定部分
ＦＰ…閉塞部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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