(57)【要約】【課題】膜電極接合体の外周部で発生する電解質膜の膜痩せを抑制する。【解決手段】発明の燃料電池は、電解質膜の一方の面にアノードが形成され、他方の面にカソードが形成された膜電極接合体と、前記アノードの表面に配置されたアノード側ガス拡散層と、前記カソードの表面に配置されたカソード側ガス拡散層と、前記アノード側ガス拡散層および前記カソード側ガス拡散層が配置された前記膜電極接合体を挟持するアノード側セパレータおよびカソード側セパレータと、前記アノード側ガス拡散層および前記カソード側ガス拡散層が配置された前記膜電極接合体の周囲に形成されたシール部と、を備える。前記カソードから前記カソード側セパレータまでを含む領域のうちの前記カソードの内側の外周部に対応する外周領域には、電気絶縁性の絶縁領域が形成されている。【選択図】図４
2014203638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜の一方の面にアノードが形成され、他方の面にカソードが形成された膜電極接合体と、
前記アノードの表面に配置されたアノード側ガス拡散層と、
前記カソードの表面に配置されたカソード側ガス拡散層と、
前記アノード側ガス拡散層および前記カソード側ガス拡散層が配置された前記膜電極接合体を挟持するアノード側セパレータおよびカソード側セパレータと、
前記アノード側ガス拡散層および前記カソード側ガス拡散層が配置された前記膜電極接合体の周囲に形成されたシール部と、
を備え、
前記カソードから前記カソード側セパレータまでを含む領域のうちの前記カソードの内側の外周部に対応する外周領域には、電気絶縁性の絶縁領域が形成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記絶縁領域は前記カソードの内側の外周部の全周にわたって形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池であって、
前記シール部は流動性を有する流動性シール材を硬化することによって形成されており、
前記外周領域には、少なくとも、前記シール部が形成される際に、前記カソード側ガス拡散層の外周部において、前記流動性シール材が外周側から内側へ向かって流入した領域に挟まれた領域であって前記流動性シール材が流入しなかった領域が含まれる
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記カソード側ガス拡散層の表面に沿ってカソードガスを流し、前記カソード側ガス拡散層を介して前記カソードに前記カソードガスを供給するためのカソードガス流路が、（ｉ）前記カソード側セパレータの前記カソード側ガス拡散層の側の表面に溝状のガス流路により形成され、又は、（ｉｉ）前記カソード側セパレータと前記カソード側ガス拡散層との間に配置された流路形成部材により形成されており、
前記シール部が形成される際に、前記流動性シール材の前記カソードガス流路への流入を防止するための導電性のシーリングプレートが、前記シール部と前記カソードガス流路との間に配置されており、
前記外周領域には、少なくとも、前記シーリングプレートが配置された領域が含まれる
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記カソード側セパレータの前記カソード側ガス拡散層の側の表面に、前記カソードガス流路よりも外周側で前記カソードガス流路から独立した空間領域が形成されており、
前記外周領域には、少なくとも、前記空間領域の形成された領域が含まれる
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記絶縁領域は、前記外周領域における前記カソード側ガス拡散層から前記カソード側セパレータまでの少なくとも一層が絶縁処理されることによって形成される
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記絶縁領域は、前記外周領域における前記カソードから前記カソード側セパレータまでの複数の層間のうちのいずれかの層間に、絶縁性部材が配置されることによって形成される
ことを特徴とする燃料電池。
【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】
燃料電池を構成する１つのセル（以下、「単位セル」とも呼ぶ）は、例えば、膜電極接合体をガス拡散層およびセパレータで挟持することによって構成される。膜電極接合体は、電解質膜の両面に触媒電極（アノードおよびカソード）が接合された発電モジュールである。なお、発電に供する反応ガスを流すためのガス流路は、セパレータのガス拡散層側の面に形成された溝流路や、ガス拡散層とセパレータとの間に配置された多孔体流路部材により構成される。
【０００３】
燃料電池に関し、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、アノード側ガス拡散層のセパレータ側の表面に、アノード流入側から下流に向かう有底の溝部を多列に有し、溝部に入り込んでいる水成分を下流側に持ち去ることにより、電解質膜の湿潤を図る構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
ところで、膜電極接合体およびガス拡散層の周囲には、アノード側とカソード側とをシールするためのシール部（シール材）が設けられる。このシール部は、燃料電池の単位セルの製造時において、例えば、膜電極接合体およびガス拡散層をセパレータで挟んで加圧する際に、膜電極接合体およびガス拡散層の周囲に、流動性を有する液状あるいはジェル状のシール材（以下、「流動性シール材」と呼ぶ）を抽入して、熱硬化することによって形成される場合がある。そして、このようなシール部を有する単位セルでは、膜電極接合体の外周部で、電解質膜に膜痩せと呼ばれる現象が発生し、膜痩せが進むとアノードとカソードとの間で反応ガスのクロスリークが増大し、発電性能が低下する、という課題があった。しかしながら、上記特許文献１には、膜電極接合体の外周部で発生する電解質膜の膜痩せに関して何らの記載も示唆もなく、上記課題を解決することはできない。また、従来の燃料電池では、製造の容易化、低コスト化等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
（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、電解質膜の一方の面にアノードが形成され、他方の面にカソードが形成された膜電極接合体と；前記アノードの表面に配置されたアノード側ガス拡散層と；前記カソードの表面に配置されたカソード側ガス拡散層と；前記アノード側ガス拡散層および前記カソード側ガス拡散層が配置された前記膜電極接合体を挟持する一対のセパレータと；前記アノード側ガス拡散層および前記カソード側ガス拡散層が配置された前記膜電極接合体の周囲に形成されたシール部と；を備え、前記カソードから前記カソード側セパレータまでを含む領域のうちの前記カソードの内側の外周部に対応する外周領域には、電気絶縁性の絶縁領域が形成されている。カソード側ガス拡散層の拡散によるカソードガスの供給のみでは供給量が不足する可能性があるカソードの内側の外周部において、カソードの電気化学反応に起因して電解質膜の膜痩せが発生する可能性があるのに対して、この形態の燃料電池では、カソードの内側の外周部に対応する外周領域に、電気絶縁性の絶縁領域が形成されているため、カソードの内側の外周部における電気化学反応を抑制することによって電気化学反応に起因して発生する電解質膜の膜痩せを抑制することが可能となる。
【０００８】
（２）上記形態の燃料電池において、前記絶縁領域は前記カソードの内側の外周部の全周にわたって形成されているようにしてもよい。この形態の燃料電池では、カソード側ガス拡散層の拡散によるカソードガスの供給のみでは供給量が不足する可能性があるカソードの内側の外周部の全周にわたって電気化学反応を抑制するが可能であり、電気化学反応に起因して発生する電解質膜の膜痩せを抑制することが可能となる。
【０００９】
（３）上記形態の燃料電池において、前記シール部は流動性を有する流動性シール材を硬化することによって形成されており、前記外周領域には、少なくとも、前記シール部が形成される際に、前記カソード側ガス拡散層の外周部において、前記流動性シール材が外周側から内側へ向かって流入した領域に挟まれた領域であって前記流動性シール材が流入しなかった領域が含まれるようにしてもよい。流動性シール材を硬化することによってシール部が形成される際に、カソード側ガス拡散層の外周部のうち、流動性シール材が流入した領域に挟まれた領域であって流動性シール材が流入しなかった領域に対応するカソードの内側の外周部では、カソード側ガス拡散層の拡散によるカソードガスの供給のみでは供給量が不足する可能性があり、カソードの電気化学反応に起因して電解質膜の膜痩せが発生する可能性がある。これに対して、この形態の燃料電池では、この領域を含む外周領域に、電気絶縁性の絶縁領域が形成されているため、この領域に配置されたカソードにおける電気化学反応を抑制することによって電気化学反応に起因して発生する電解質膜の膜痩せを抑制することが可能となる。
【００１０】
（４）上記形態の燃料電池において、前記カソード側ガス拡散層の表面に沿ってカソードガスを流し、前記カソード側ガス拡散層を介して前記カソードに前記カソードガスを供給するためのカソードガス流路が、（ｉ）前記カソード側セパレータの前記カソード側ガス拡散層の側の表面に溝状のガス流路により形成され、又は、（ｉｉ）前記カソード側セパレータと前記カソード側ガス拡散層との間に配置された流路形成部材により形成されており；前記シール部が形成される際に、前記流動性シール材の前記カソードガス流路への流入を防止するための導電性のシーリングプレートが、前記シール部と前記カソードガス流路との間に配置されており；前記外周領域には、少なくとも、前記シーリングプレートが配置された領域が含まれるようにしてもよい。シーリングプレートが配置された領域に対応するカソードの内側の外周部では、カソード側ガス拡散層の拡散によるカソードガスの供給のみでは供給量が不足する可能性があり、カソードの電気化学反応に起因して電解質膜の膜痩せが発生する可能性がある。これに対して、この形態の燃料電池おいては、この領域を含む外周領域に、電気絶縁性の絶縁領域が形成されているため、この領域に配置されたカソードにおける電気化学反応を抑制することによって電気化学反応に起因して発生する電解質膜の膜痩せを抑制することが可能となる。
【００１１】
（５）上記形態の燃料電池において、前記カソード側セパレータの前記カソード側ガス拡散層の側の表面に、前記カソードガス流路よりも外周側で前記カソードガス流路から独立した空間領域が形成されており；前記外周領域には、少なくとも、前記空間領域の形成された領域が含まれるようにしてもよい。カソードガス流路よりも外周側に形成された空間領域に位置するカソードの内側の外周部では、カソード側ガス拡散層の拡散によるカソードガスの供給のみでは供給量が不足する可能性があり、カソードの電気化学反応に起因して電解質膜の膜痩せが発生する可能性がある。これに対して、この形態の燃料電池においては、この領域を含む外周領域に、電気絶縁性の絶縁領域が形成されているため、この領域に配置されたカソードにおける電気化学反応を抑制することによって電気化学反応に起因して発生する電解質膜の膜痩せを抑制することが可能となる。
【００１２】
（６）上記形態の燃料電池において、前記絶縁領域は、前記外周領域における前記カソード側ガス拡散層から前記カソード側セパレータまでの少なくとも一層が絶縁処理されることによって形成されるようにしてもよい。この形態の燃料電池では、外周領域に容易に絶縁領域を形成することが可能である。
【００１３】
（７）上記形態の燃料電池において、前記絶縁領域は、前記外周領域における前記カソードから前記カソード側セパレータまでの複数の層間のうちのいずれかの層間に、絶縁性部材が配置されることによって形成されるようにしてもよい。この形態の燃料電池でも、外周領域に容易に絶縁領域を形成することが可能である。
【００１４】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池を複数積層した燃料電池等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態としての燃料電池の単位セルの構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】単位セルの断面を概略的に示す断面図である。
【図３】単位セルのカソード側ガス拡散層およびカソードをカソード側セパレータの側から見た平面図である。
【図４】図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面におけるカソードの外周部に対応するカソード側ガス拡散層の外周部に形成された絶縁領域について示す説明図である。
【図５】図２（ｃ）のＣ−Ｃ断面におけるカソードの外周部に対応するカソード側ガス拡散層の外周部に形成された絶縁領域について示す説明図である。
【図６】カソード側のガス流路を溝状のガス流路とした場合の変形例を示す説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態としての単位セルの流路形成部とカソード側ガス拡散層とカソードとをカソード側セパレータの側から見た平面図である。
【図８】流路形成部の外周部に形成された絶縁領域について示す説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態としての単位セルのカソード側ガス拡散層とカソードとをカソード側セパレータの側から見た平面図である。
【図１０】カソード側セパレータの外周部に形成された絶縁領域について示す説明図である。
【図１１】本発明の第４実施形態としての単位セルについて示す説明図である。
【図１２】シーリングプレートに絶縁領域が形成される場合の変形例を示す説明図である。
【図１３】本発明の第５実施形態としての単位セルについて示す説明図である。
【図１４】絶縁領域が絶縁性フィルムによって形成される場合の変形例を示す説明図である。
【図１５】本発明の第６実施形態としての単位セルの構成を概略的に示す斜視図である。
【図１６】図１５のＡ−Ａ断面を概略的に示す断面図である。
【図１７】図１５のＢ−Ｂ断面を概略的に示す断面図である。
【図１８】単位セルのカソード側ガス拡散層およびカソードをカソード側セパレータの側から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．燃料電池の概略構成：
図１は、本発明の第１実施形態としての燃料電池の単位セル１００の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、単位セル１００の断面を概略的に示す断面図である。図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、図１の単位セル１００のＡ−Ａ断面，Ｂ−Ｂ断面，Ｃ−Ｃ断面を示している。なお、通常は、この単位セル１００を複数積層することによって、スタック構造の燃料電池が構成される。
【００１７】
単位セル１００は、図２（ａ）に示すように、膜電極接合体１０（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ，ＭＥＡ）を備える。膜電極接合体１０は、電解質膜１１の両面にアノード１２ａおよびカソード１２ｃが形成された発電体モジュールである。また、単位セル１００は、膜電極接合体１０を両側から挟持するように、アノード側の面にガス拡散層（以下、「アノード側ガス拡散層」とも呼ぶ）２０ａおよびセパレータ（以下、「アノード側セパレータ」とも呼ぶ）４０ａを備えるとともに、カソード側の面にガス拡散層（以下、「カソード側ガス拡散層」とも呼ぶ）２０ｃ、流路形成部３０ｃ、およびセパレータ（以下、「カソード側セパレータ」とも呼ぶ）４０ｃを備える。また、単位セル１００は、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、一対のセパレータ４０ａ，４０ｃの間に、膜電極接合体１０とガス拡散層２０ａ，２０ｃと流路形成部３０ｃの周囲を覆うシール部５０を備える。
【００１８】
図１（ａ）の単位セル１００の概略斜視図は、下側に位置するアノード側セパレータ４０ａのガス拡散層２０ａ側の面の概略を主に示すために、上側に位置するカソード側セパレータ４０ｃを破線で示している。また、一対のセパレータ４０ａ，４０ｃで挟持された他の要素（膜電極接合体１０、ガス拡散層２０ａ，２０ｃ、流路形成部３０ｃ、シール部５０）を省略して示している。
【００１９】
電解質膜１１は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂あるいは炭化水素系樹脂等により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。アノード１２ａおよびカソード１２ｃは、触媒（例えば白金、あるいは白金合金）を備えており、これらの触媒を、導電性を有する担体（例えば、カーボン粒子）上に担持させることによって形成されている。アノード１２ａの大きさは、本実施形態では、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、電解質膜１１とほぼ同じ大きさのものとした。また、カソード１２ｃの大きさは、本実施形態では、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、アノード１２ａの大きさよりも小さく、カソード側ガス拡散層２０ｃよりも大きいものとした。
【００２０】
アノード側ガス拡散層２０ａはアノード１２ａの表面に配置されており、カソード側ガス拡散層２０ｃはカソード１２ｃの表面に配置されている。ガス拡散層２０ａ，２０ｃを形成する部材としては、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等が用いられる。アノード側ガス拡散層２０ａの大きさは、本実施形態では、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、膜電極接合体１０のアノード１２ａの大きさとほぼ同じ大きさのものとした。また、カソード側ガス拡散層２０ｃの大きさは、本実施形態では、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、膜電極接合体１０の電解質膜１１よりも小さくカソード１２ｃの大きさよりも大きいものとした。
【００２１】
流路形成部３０ｃは、上記したように、カソード側ガス拡散層２０ｃの表面に積層される。流路形成部３０ｃは、多孔体からなり、カソード側ガス拡散層２０ｃの表面に沿って酸化剤ガス（「カソードガス」とも呼ぶ）としての空気を流すためのガス流路を形成する。流路形成部３０ｃを形成する部材としては、導電性を有する多孔体、例えばエキスパンドメタルや発泡金属焼結体等が利用される。
【００２２】
カソード側セパレータ４０ｃは、流路形成部３０ｃの表面に積層されており、平面形状を有している（図２参照）。また、アノード側セパレータ４０ａは、アノード側ガス拡散層２０ａの表面に積層されている（図２参照）。また、アノード側セパレータ４０ａは、アノード側ガス拡散層２０ａの側に、その表面に沿って燃料ガス（「アノードガス」とも呼ぶ）としての水素を流すためのガス流路４２ｍと、ガス流路４２ｍへ外部からアノードガスを導入するためのガス導入流路４２ｉおよびガス流路４２ｍから外部へ排ガス（「アノードオフガス」とも呼ぶ）を排出するためのガス排出流路４２ｏ（不図示）と、を構成する凹凸形状を有している。ガス流路４２ｍは、複数の溝状流路４２ｍｐに区分されている。ガス導入流路４２ｉおよびガス排出流路４２ｏも同様に複数の溝状流路に区分されている。なお、ガス流路を構成する凹凸形状は、隣接する単位セル１００のカソード側セパレータ４０ｃとの間で、その表面に沿って冷却水を流すための冷却水路（不図示）も構成する。流路の構造としては、サーペンタイン型やストレート型等の種々の構造が適用される。セパレータ４０ａ，４０ｃを形成する部材としては、ガス不透過で導電性を有する部材、例えば、ステンレス鋼などの金属や、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密性カーボンや、焼成カーボン等を利用してプレス成型することにより形成される。
【００２３】
図１に示したように、セパレータ４０ａ，４０ｃは、矩形の外形形状を有している。そして、セパレータ４０ａ，４０ｃには、セパレータ４０ａ，４０ｃの厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成されている。すなわち、アノード側セパレータ４０ａには、単位セル１００の外部から供給されたカソードガス（空気）を流路形成部３０ｃに導入するための複数のカソードガス導入用貫通孔４４ａｉが、一方の長辺（図の左下辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０ａには、流路形成部３０ｃから排出されたカソードオフガスを単位セル１００の外部に排出するための複数のカソードオフガス排出用貫通孔４４ａｏが、他方の長辺（図の右上辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０ａには、単位セル１００の外部から供給されたアノードガス（水素）をガス流路４２ｍにガス導入流路４２ｉを介して導入するためのアノードガス導入用貫通孔４６ａｉと、単位セル１００の外部から供給された冷却水を冷却水流路に導入するための複数の冷却水導入用貫通孔４８ａｉとが、一方の短辺（図の右下辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０ａには、ガス流路４２ｍから排出されたアノードオフガスを単位セル１００の外部にガス排出流路４２ｏを介して排出するためのアノードオフガス排出用貫通孔４６ａｏと、冷却水流路から排出された冷却水を単位セル１００の外部に排出するための複数の冷却水排出用貫通孔４８ａｏとが、他方の短辺（図の左上辺）に沿って形成されている。
【００２４】
同様に、カソード側セパレータ４０ｃには、単位セル１００の外部から供給されたカソードガス（空気）を流路形成部３０ｃに導入するための複数のカソードガス導入用貫通孔４４ｃｉが、一方の長辺（図の左下辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０ｃには、流路形成部３０ｃから排出されたカソードオフガスを単位セル１００の外部に排出するための複数のカソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏが、他方の長辺（図の右上辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０ｃには、単位セル１００の外部から供給されたアノードガス（水素）をガス流路４２ｍにガス導入流路４２ｉを介して導入するためのアノードガス導入用貫通孔４６ｃｉと、単位セル１００の外部から供給された冷却水を冷却水流路に導入するための複数の冷却水導入用貫通孔４８ｃｉとが、一方の短辺（図の右下辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０ａには、ガス流路４２ｍから排出されたアノードオフガスを単位セル１００の外部にガス排出流路４２ｏを介して排出するためのアノードオフガス排出用貫通孔４６ｃｏと、冷却水流路から排出された冷却水を単位セル１００の外部に排出するための複数の冷却水排出用貫通孔４８ｃｏとが、他方の短辺（図の左上辺）に沿って形成されている。
【００２５】
なお、セパレータ４０ａ，４０ｃの外形形状は、実際には、単位セル１００を積層してスッタク構造の燃料電池を構成する際の締結部材のスペースや、燃料電池の設置筐体の形状等に応じて変形された外形形状を有しているが、発明の説明上特に関係がないので矩形形状とした。
【００２６】
シール部５０は、一対のセパレータ４０ａ，４０ｃの間において、ガス拡散層２０ａ，２０ｃが積層配置された膜電極接合チア１０および流路形成部３０ｃの外周部、および、各貫通孔の周囲に形成されている（図２（ｂ），（ｃ）参照）。このシール部５０は、流動性を有する流動性シール材（例えば、液状ゴム）を硬化することによって形成される。
【００２７】
流動性シール材としては、熱硬化前には常に流動性を有する熱硬化性のシール材や、加熱時に粘度が低下して流動性を発現する熱可塑性の半硬化状態のシール材が用いられる。このため、図２（ｂ）に示すように、アノードガス導入用貫通孔４６ａｉのガス流路４２ｍ側であって、シール部５０とアノード側セパレータ４０ａとの間には、ガス導入流路４２ｉへの流動性シール材の流入を防止するためのシーリングプレート６０ａが配置されている。同様に、アノードオフガス排出用貫通孔４６ａｏのガス流路４２ｍ側であって、シール部５０とアノード側セパレータ４０ａとの間にも、シーリングプレート６０ａが配置されている（不図示）。また、図２（ｃ）に示すように、カソードガス導入用貫通孔４４ｃｉの流路形成部３０ｃ側であって、シール部５０と流路形成部３０ｃとの間にも、流動性シール材の流路形成部３０ｃへの流入を防止するためのシーリングプレート６０ｃが配置されている。同様に、カソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏの流路形成部３０ｃ側であって、シール部５０と流路形成部３０ｃとの間にも、シーリングプレート６０ｃ（不図示）が配置されている。シーリングプレート６０ａ，６０ｃとしては、例えば、導電性を有する金属プレートやカーボンプレート等が用いられる。
【００２８】
なお、本実施形態では、流路形成部３０ｃの大きさは、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、長辺の長さがカソード側ガス拡散層２０ｃの長辺の長さよりも短く、短辺の長さがセパレータ４０ｃにおけるカソードガス導入用貫通孔４４ｉとカソードオフガス排出用貫通孔４４ｏとの間隔よりも長いものとした。
【００２９】
流路形成部３０ｃは、図２（ｃ）に示すように、セパレータ４０ｃの厚さ方向から見たときに、セパレータ４０ｃにおける長辺に沿った幅方向全体にわたって、カソードガス導入用貫通孔４４ｃｉ内、および、カソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏ内に張り出すように形成されている。また、シーリングプレート６０ｃも、セパレータ４０ｃの厚さ方向から見たときに、セパレータ４０ｃにおける長辺に沿った幅方向全体にわたって、カソードガス導入用貫通孔４４ｃｉ内、および、カソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏ内に張り出すように形成されている。さらに、シーリングプレート６０ｃは、セパレータ４０ｃの厚さ方向から見たときに、セパレータ４０ｃにおける長辺に沿った幅方向全体にわたって、流路形成部３０ｃよりも、カソードガス導入用貫通孔４４ｃｉ内、および、カソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏ内に張り出すように形成されている。
【００３０】
Ａ２．単位セルの構造上の特徴：
図３は、単位セル１００のカソード側ガス拡散層２０ｃおよびカソード１２ｃをカソード側セパレータ４０ｃの側から見た平面図である。ただし、図３では、流路形成部３０ｃを省略するとともに、カソード側セパレータ４０ｃを破線で示し、カソード側ガス拡散層２０ｃの外周端を実線枠で示し、カソード１２ｃの外周端を一点鎖線枠で示している。単位セル１００は、カソード側ガス拡散層２０ｃの外周部に、絶縁処理された電気絶縁性の絶縁領域２２を有する構造となっている点に特徴を有している。絶縁処理としては、ＰＴＦＥ被膜や、透明フッ素樹脂「サイトップ（AGC旭硝子株式会社の登録商標）」塗布、フッ素プラズマ処理等の種々の絶縁処理が適用可能である。また、外周部について、金メッキやカーボンコートを実施しないことによっても絶縁領域を形成することが可能である。以下では、図４および図５を用いてこの構造ついて詳述する。
【００３１】
図４は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面におけるカソード１２ｃの外周部に対応するカソード側ガス拡散層２０ｃの外周部に形成された絶縁領域２２について示す説明図である。図４（ａ）は本実施形態を示しており、図４（ｂ）は比較形態としてカソード側ガス拡散層２０ｃの外周部に絶縁領域を有しない構造を示している。また、図４（ａ），（ｂ）において、それぞれ上段は断面図を示し、下段は上段の断面領域を含む平面図をカソード側セパレータ４０ｃおよび流路形成部３０ｃを省略して示している。
【００３２】
まず、比較形態について説明する。上記したように、シール部５０が流動性シール材を硬化することにより形成される場合、その形成過程において、流動性シール材は、膜電極接合体１０、ガス拡散層２０ａ，２０ｃおよび流路形成部３０ｃに流入する。この結果、発電モジュールである膜電極接合体１０の発電が不可となる無効領域が形成される。また、流動性シール材の流入は一様ではなく、流動性シール材が流入した部分（以下、「シール材流入部分」とも呼ぶ）と流動性シール材が流入しなかった部分（以下、「シール材非流入部分」とも呼ぶ）とが存在する混在領域が形成される。従って、単位セル１００には、十分な発電が可能な有効領域の外側の外周領域に、内側から外側へ向かって順に混在領域および無効領域が形成される。
【００３３】
アノード側では、シール材非流入部分のガス拡散層２０ａに対して、ガス導入流路４２ｉを介してガス流路４２ｍの溝状流路４２ｍｐに供給されたアノードガスとしての水素（Ｈ2）が供給され、対応するアノード１２ａに水素が十分に供給される。
【００３４】
これに対してカソード側では、以下の問題が発生する。ガス拡散層２０ｃには、通常、カソードガスとしての空気（Ａｉｒ）が図中矢印の方向に沿って流れる。このとき、ガス拡散層２０ｃのシール材流入部分に挟まれたシール材非流入部分は、空気が滞留するとともに空気の流入が不足する領域（いわゆるエア溜まり、「エア供給不足領域」とも呼ぶ）となる。この結果、シール材非流入部分に対応するカソード１２ｃの外周部では、供給される空気が不足するとともに、アノード１２ａから電解質膜１１を介する透過水素の流入により酸素分圧、具体的には、酸素濃度が低下する。この結果、過酸化水素の発生増加を招き、これにより発生するＯＨラジカルによって電解質膜１１を構成する樹脂の破壊を招いて、電解質膜１１の劣化（いわゆる膜痩せ）が発生する。
【００３５】
本実施形態では、図３に示すように、カソード１２ｃの外周部に対応するカソード側ガス拡散層２０ｃの外周部に絶縁領域２２が形成されている。具体的には、図４（ａ）に示すように、カソード側ガス拡散層２０ｃにおいて、シール材流入部分に挟まれたシール材流入領域が存在する混在領域（エア供給不足領域、図４（ｂ）参照）を含む外周部に絶縁領域２２が形成されている。この結果、エア供給不足領域に対応するカソード１２ｃの外周部における電気化学反応を抑制し、上記した過酸化水素の増加による膜痩せを抑制することが可能となる。
【００３６】
図５は、図２（ｃ）のＣ−Ｃ断面におけるカソード１２ｃの外周部に対応するカソード側ガス拡散層２０ｃの外周部に形成された絶縁領域２２について示す説明図である。図５（ａ）は本実施形態を示しており、図５（ｂ）は比較形態としてカソード側ガス拡散層２０ｃの外周端よりも外周部絶縁領域を有しない構造を示している。
【００３７】
まず、比較形態について説明する。図２（ｃ）の説明においてもふれたように、カソードガス導入用貫通孔４４ｃｉの流路形成部３０ｃ側であって、シール部５０と流路形成部３０ｃとの間には、流動性シール材の流路形成部３０ｃへの流入を防止するためのシーリングプレート６０ｃが配置されている。従って、シーリングプレート６０ｃの下側にあるカソード側ガス拡散層２０ｃの領域は、流路形成部３０ｃから直接的に空気が供給されないため、空気が流入し難く酸素分圧が低下し、エア供給不足領域となる。この結果、図４のエア溜まりと同様に、過酸化水素の発生増加を招き、電解質膜１１の膜痩せが発生する。
【００３８】
本実施形態では、図３に示すように、カソード１２ｃの外周部に対応するカソード側ガス拡散層２０ｃの外周部に絶縁領域２２が形成されている。具体的には、図５（ａ）に示すように、シーリングプレート６０ｃが配置されているエア供給不足領域を含むカソード側ガス拡散層２０ｃの外周部に絶縁領域２２が形成されている。この結果、シーリングプレート６０ｃ下のエア供給不足領域に対応するカソード１２ｃの外周部における電気化学反応を抑制し、上記した過酸化水素の増加による膜痩せを抑制することが可能となる。なお、以上説明したシーリングプレート６０ｃ下のエア供給不足領域には、図４で説明したエア溜りによるエア供給不足領域も含まれる場合があり、この領域も絶縁領域２２に含まれるので、同様に、膜痩せを抑制することが可能である。
【００３９】
以上のように、図４では、アノードガス導入用貫通孔４６ａｉにつながるアノードガスのガス導入流路４２ｉに配置されたシーリングプレート６０ａの領域の断面を例に説明した。図示は省略するが、アノードオフガス排出用貫通孔４６ａｏにつながるガス排出流路４２ｏに配置されたシーリングプレート６０ａの領域においても同様である。また、図５では、カソードガス導入用貫通孔４４ｃｉ側における流路形成部３０ｃとカソード側ガス拡散層２０ｃとの間にシーリングプレート６０ｃが配置された部分の断面を例に説明した。図示は省略するが、カソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏ側における流路形成部３０ｃとカソード側ガス拡散層２０ｃとの間にシーリングプレート６０ｃが配置された部分においても同様である。また、図示は省略するが、アノード側に配置されたシーリングプレート６０ａの部分以外の短辺方向の他の部分およびカソード側に配置されたシーリングプレート６０ｃの部分以外の長辺方向の他の部分においても同様に、カソード側ガス拡散層２０ｃの外周部に絶縁領域２２が形成されているので、カソード１２ｃの外周部における電気化学反応を抑制し、膜痩せを抑制することが可能である。
【００４０】
Ａ３．変形構成：
図６は、カソード側のガス流路を溝状のガス流路とした場合の変形例を示す説明図である。図６（ａ）は図４に対応する断面を示し、図６（ｂ）は図５に対応する断面を示している。上記実施形態では、カソード側のガス流路を流路形成部３０ｃで形成したが、アノード側と同様に、カソード側セパレータ４０ｃ’に複数の溝状流路４２ｃｍｐを有するガス流路４２ｃｍ、ガス導入流路４２ｃｉおよびガス排出流路４２ｃｏ（不図示）が形成された場合にも、同様に適用可能である。この場合も、図６（ａ）に示すように、カソード側ガス拡散層２０ｃの外周部において、シール材流入部分に挟まれたシール材流入領域が存在する混在領域（エア供給不足領域、図４（ｂ）参照）を含む外周部に絶縁領域２２が形成されている。また、図６（ｂ）に示すように、シーリングプレート６０ｃが配置されているエア供給不足領域を含むカソード側ガス拡散層２０ｃの外周部に絶縁領域２２が形成されている。
【００４１】
なお、本実施形態では、カソード側ガス拡散層２０ｃの外周部の全体に絶縁領域２２が形成されている場合を例に説明したが、膜痩せが発生するエア供給不足領域に対応する外周部の部分を少なくとも含むように絶縁領域が形成されていればよい。
【００４２】
Ｂ．第２実施形態：
図７は、本発明の第２実施形態としての単位セル１００Ｂの流路形成部３０ｃとカソード側ガス拡散層２０ｃとカソード１２ｃとをカソード側セパレータ４０ｃの側から見た平面図である。なお、図７では、図３と同様に、カソード側セパレータ４０ｃを破線で示すとともに、流路形成部３０ｃの外周端を二点鎖線枠で示し、カソード側ガス拡散層２０ｃの外周端を実線枠で示し、カソード１２ｃの外周端を一点鎖線枠で示している。本実施形態の単位セル１００Ｂは、流路形成部３０ｃの外周部に、絶縁処理された電気絶縁性の絶縁領域３２を有する構造となっている点に特徴を有している。絶縁処理としては、同様に、ＰＴＦＥ被膜や、透明フッ素樹脂「サイトップ（AGC旭硝子株式会社の登録商標）」塗布、フッ素プラズマ処理等の種々の絶縁処理が適用可能である。ただし、流路形成部３０ｃの外周部では、液水が滞留すると氷点下において凍結してガス流路を閉塞してガス欠を発生させる可能性があるため、水の接触角が内側の内周部よりも小さな接触角となるように、すなわち、撥水性が高くなるように、絶縁処理することが望ましい。
【００４３】
図８は、流路形成部３０ｃの外周部に形成された絶縁領域３２について示す説明図である。図８（ａ）は、図７のＢ−Ｂ断面、すなわち、第１実施形態の単位セル１００の図４に対応する断面を示している。また、図８（ｂ）は、図７のＣ−Ｃ断面、すなわち、第１実施形態の単位セル１００の図５に対応する断面を示している。
【００４４】
本実施形態の単位セル１００Ｂでは、図８（ａ）に示すように、図４のエア供給不足領域を含むカソード１２ｃの外周部に対応する流路形成部３０ｃの外周部に絶縁領域３２が形成されている。また、図８（ｂ）に示すように、図５のエア供給不足領域を含むカソード１２ｃの外周部に対応する流路形成部３０ｃの外周部に絶縁領域３２が形成されている。この結果、エア供給不足領域に対応するカソード１２ｃの外周部における電気化学反応を抑制し、上記した過酸化水素の増加による膜痩せを抑制することが可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態では、流路形成部３０ｃの外周部の全体に絶縁領域３２が形成されている場合を例に説明したが、膜痩せが発生するエア供給不足領域に対応する外周部の部分を少なくとも含むように絶縁領域が形成されていればよい。
【００４６】
Ｃ．第３実施形態：
図９は、本発明の第３実施形態としての単位セル１００Ｃのカソード側ガス拡散層２０ｃとカソード１２ｃとをカソード側セパレータ４０ｃの側から見た平面図である。なお、図９では、流路形成部３０ｃを省略するとともに、カソード側ガス拡散層２０ｃの外周端を実線枠で示し、カソード１２ｃの外周端を一点鎖線枠で示している。本実施形態の単位セル１００Ｃは、カソード側セパレータ４０ｃの外周部に、絶縁処理された電気絶縁性の絶縁領域４１を有する構造となっている点に特徴を有している。絶縁処理としては、同様に、ＰＴＦＥ被膜や、透明フッ素樹脂「サイトップ（AGC旭硝子株式会社の登録商標）」塗布、フッ素プラズマ処理等の種々の絶縁処理が適用可能である。また、金属材料を用いたセパレータの場合には、耐腐食性向上および接触抵抗低減を目的として、金メッキ処理やカーボンコート処理が行われるが、これらの処理を行わないことによっても、これらの処理を行った場合に比べて電気抵抗が高くなるので、外周部に対してこれらの処理を行わないことによって絶縁領域を形成することも可能である。ただし、カソード側セパレータ４０ｃの外周部に隣接する流路形成部３０ｃにおいて、液水が滞留すると氷点下において凍結してガス流路を閉塞してガス欠を発生させる可能性があるため、水の接触角が内側の内周部よりも小さな接触角となるように、すなわち、撥水性が高くなるように、絶縁処理することが望ましい。なお、この撥水性を高める処理については、図６に示した溝状のガス流路の場合においては、特に重要である。
【００４７】
図１０は、カソード側セパレータ４０ｃの外周部に形成された絶縁領域４１について示す説明図である。図１０（ａ）は、図９のＢ−Ｂ断面、すなわち、第１実施形態の単位セル１００の図４に対応する断面を示している。また、図１０（ｂ）は、図９のＣ−Ｃ断面、すなわち、第１実施形態の単位セル１００の図５に対応する断面を示している。
【００４８】
本実施形態の単位セル１００Ｃでは、図１０（ａ）に示すように、図４のエア供給不足領域を含むカソード１２ｃの外周部に対応するカソード側セパレータ４０ｃの外周部に絶縁領域４１が形成されている。また、図１０（ｂ）に示すように、図５のエア供給不足領域を含むカソード１２ｃの外周部に対応するカソード側セパレータ４０ｃの外周部に絶縁領域４１が形成されている。この結果、エア供給不足領域に対応するカソード１２ｃの外周部における電気化学反応を抑制し、上記した過酸化水素の増加による膜痩せを抑制することが可能となる。
【００４９】
なお、本実施形態では、カソード側セパレータ４０ｃの外周部の全体に絶縁領域４１が形成されている場合を例に説明したが、膜痩せが発生するエア供給不足領域に対応する外周部の部分を少なくとも含むように絶縁領域が形成されていればよい。
【００５０】
Ｄ．第４実施形態：
図１１は、本発明の第４実施形態としての単位セル１００Ｄについて示す説明図である。図１１は、第１実施形態の単位セル１００の図５に対応する断面を示している。本実施形態の単位セル１００Ｄでは、図１１に示すように、エア供給不足領域発生の要因となっている導電性のシーリングプレート６０ｃの全体に絶縁処理された電気絶縁性の絶縁領域６１が形成されている点に特徴を有している。絶縁処理としては、ＰＴＦＥ被膜や、透明フッ素樹脂「サイトップ（AGC旭硝子株式会社の登録商標）」塗布、フッ素プラズマ処理等の種々の絶縁処理が適用可能である。この結果、シーリングプレート６０ｃ下のエア供給不足領域に対応するカソード１２ｃの外周部における電気化学反応を抑制し、上記した過酸化水素の増加による膜痩せを抑制することが可能となる。
【００５１】
なお、本実施形態では、シーリングプレート６０ｃの全体に絶縁領域６１が形成されている場合を例に説明したが、膜痩せが発生するエア供給不足領域に対応する部分を少なくとも含むように絶縁領域が形成されていればよい。
【００５２】
図１２は、シーリングプレートに絶縁領域が形成される場合の変形例を示す説明図である。なお、図１２は、図１１と同様に、第１実施解体の単位セル１００の図５に対応し、上段は断面を示し、下段は上段の断面領域を含む平面を示している。変形例の単位セル１００Ｄ’におけるシーリングプレート６０Ｄｃは、金属部材等の導電性部材で形成されたカソード側セパレータ４０ＤＣのカソードガス導入用貫通孔４４ｃｉおよびカソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏに対応する部分を、スリット４９の部分で流路形成部３０ｃに沿って内側に折り曲げることにより形成される。絶縁領域６１は、折り曲げ形成されたシーリングプレート６０Ｄｃの部分に対して絶縁処理することにより形成される。
【００５３】
なお、流路形成部３０ｃへのカソードガスとしての空気の供給および流路形成部３０ｃからのカソードオフガスの排出は、スリット４９部分を介して実行される。
【００５４】
本変形例においても、絶縁領域６１が形成される領域は、シーリングプレート６０Ｄｃの全体である必要はなく、膜痩せが発生するエア供給不足領域に対応する部分を少なくとも含むように絶縁領域が形成されていればよい。
【００５５】
Ｅ．第５実施形態：
図１３は、本発明の第５実施形態としての単位セル１００Ｅについて示す説明図である。図１３は、第１実施形態の単位セル１００の図４に対応する断面を示している。本実施系形態の単位セル１００Ｅでは、図１３に示すように、カソード１２ｃの外周部のエア供給不足領域を含む領域において、流路形成部３０ｃの外周部とカソード側ガス拡散層２０ｃの外周部との間に絶縁性フィルム７０によって電気絶縁性の絶縁領域が形成されている。絶縁性フィルム７０としては、例えば、カプトン（東レ・デュポン株式会社の商標）フィルムなどのポリイミドフィルムなど、種々の絶縁性部材が用いられる。厚さは、他の層の厚さとの関係から適宜選択設定される。例えば、１２．５μｍ程度の厚さの絶縁性部材が利用される。この結果、本実施形態の単位セル１００Ｅにおいても、エア供給不足領域に対応するカソード１２ｃの外周部における電気化学反応を抑制し、上記した過酸化水素の増加による膜痩せを抑制することが可能となる。
【００５６】
図１４は、絶縁領域が絶縁性フィルムによって形成される場合の変形例を示す説明図である。図１４（ａ）の単位セル１００Ｅ’は、カソード１２ｃとガス拡散層２０ｃとの間に絶縁性フィルム７０が配置されている場合を示している。また、図１４（ｂ）の単位セル１００Ｅ’’は流路形成部３０ｃとカソード側セパレータ４０ｃとの間に絶縁性フィルム７０が配置されている場合を示している。いずれの場合にも、エア供給不足領域に対応するカソード１２ｃの外周部における電気化学反応を抑制し、上記した過酸化水素の増加による膜痩せを抑制することが可能となる。
【００５７】
なお、本実施系形態および変形例では、エア供給不足領域の内周側から流路形成部３０ｃの外周端までを覆う絶縁性フィルム７０によって絶縁領域が形成されている場合を説明したが、膜痩せが発生するエア供給不足領域に対応する部分を少なくとも含むように配置された絶縁性フィルムによって絶縁領域が形成されていればよい。
【００５８】
Ｆ．第６実施形態：
図１５は、本発明の第６実施形態としての単位セル１００Ｆの構成を概略的に示す斜視図である。図１６は図１５のＡ−Ａ断面を概略的に示す断面図であり、図１７は図１５のＢ−Ｂ断面を概略的に示す断面図である。
【００５９】
単位セル１００Ｆは、図１６，１７に示すように、第１〜第５実施形態の単位セル１００〜１００Ｅ（図１〜５，７〜１４参照）とは異なり、カソード側の流路形成部３０ｃを省略し、カソード側セパレータ４０Ｆｃおよびアノード側セパレータ４０Ｆａのどちらにも溝状のガス流路が形成された構造を有している。ただし、単位セル１００Ｆは、一対のセパレータ４０Ｆａ，４０Ｆｃによって、膜電極接合体１０およびガス拡散層２０ａ，２０ｃが挟持されている点は、他の実施形態の単位セル１００〜１００Ｅと同様である。また、単位セル１００Ｆは、一対のセパレータ４０Ｆａ，４０Ｆｃの間における膜電極接合体１０、ガス拡散層２０ａ，２０ｃの外周部、および、一対のセパレータ４０Ｆａ，４０Ｆｃの間における各貫通孔の周囲にシール部５０が形成されている点も、他の実施形態の単位セル１００〜１００Ｅと同様である。さらにまた、単位セル１００Ｆは、カソード側ガス拡散層２０の外周部に絶縁領域２２が形成されている点は、第１実施形態の単位セル１００と同様である。
【００６０】
図１５は、図１とは反対に、カソード側セパレータ４０Ｆｃを下側とし、アノード側セパレータ４０Ｆａを上側とした斜視図を示している。また、図１５は、カソード側セパレータ４０Ｆｃのガス拡散層２０ｃ側の面のガス流路の概略を主に示すために、アノード側セパレータ４０Ｆａを破線で示すとともに、他の要素（膜電極接合体１０、ガス拡散層２０ａ，２０ｃ、シール部５０）を省略して示している。
【００６１】
カソード側セパレータ４０Ｆｃは、カソード側ガス拡散層２０ｃの表面に積層されている（図１６，１７参照）。また、カソード側セパレータ４０Ｆｃは、カソード側ガス拡散層２０ｃの側に、その表面に沿って酸化剤ガス（カソードガス）としての空気を流すためのガス流路４２ｃｍと、ガス流路４２ｃｍへ外部からカソードガスを導入するためのガス導入流路４２ｃｉおよびガス流路４２ｃｍから外部へカソードオフガスを排出するためのガス排出流路４２ｃｏ（不図示）と、を構成する凹凸形状を有している。ガス流路４２ｃｍは、複数の溝状流路４２ｃｍｐに区分されている。ガス導入流路４２ｃｉおよびガス排出流路４２ｃｏについては、複数の溝状流路に区分されていても区分されていなくてもよい。
【００６２】
アノード側セパレータ４０Ｆａは、アノード側ガス拡散層２０ａの表面に積層されている（図１６，１７参照）。また、アノード側セパレータ４０Ｆａは、アノード側ガス拡散層２０ａの側に、その表面に沿って燃料ガス（アノードガス）としての水素を流すためのガス流路４２ａｍと、ガス流路４２ａｍへ外部からカソードガスを導入するためのガス導入流路４２ａｉ（不図示）およびガス流路４２ａｍから外部へアノードオフガスを排出するためのガス排出流路４２ａｏ（不図示）と、を構成する凹凸形状を有している。ガス流路４２ａｍも、カソード側のガス流路４２ｃｍと同様に、複数の溝状流路４２ａｍｐに区分されている。ガス導入流路４２ａｉおよびガス排出流路４２ａｏについても、カソード側のガス導入流路４２ｃｉおよびガス排出流路４２ｃｏと同様に、複数の溝状流路に区分されていても区分されていなくてもよい。
【００６３】
アノード側セパレータ４０Ｆａのガス流路が形成された面とは反対側の面およびカソード側セパレータ４０Ｆｃのガス流路が形成された面とは反対側の面には、隣接する単位セル１００Ｃが積層された際に、互いに組み合わさる位置に、それぞれ、冷却水を流すための溝状の冷却水流路４３ａ，４３ｃを構成する凹凸形状を有している。冷却水流路４３ａ，４３ｃは、それぞれ、複数の溝状流路４３ａｐ，４３ｃｐに区分されている。
【００６４】
なお、ガス流路および冷却水流路の構造としては、サーペンタイン型やストレート型等の種々の構造が適用される。セパレータ４０Ｆａ，４０Ｆｃは、ガス不透過で導電性を有する部材、例えば、ステンレス鋼などの金属や、カーボンを圧縮してガス不透過として緻密性カーボンや、焼成カーボン等が用いられて、成型や射出成形、切削成形等により形成される。
【００６５】
図１５に示したように、セパレータ４０Ｆａ，４０Ｆｃは、矩形の外形形状を有している。そして、カソード側セパレータ４０Ｆｃには、複数のカソードガス導入用貫通孔４４ｃｉと冷却水導入用貫通孔４８ｃｉとアノードオフガス排出用貫通孔４６ｃｏとが、一方の短辺（図の右下辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０Ｆｃには、冷却水排出用貫通孔４８ｃｏとアノードガス導入用貫通孔４６ｃｉとカソードオフガス排出用貫通孔４４ｃｏとが、他方の短辺（図の左上辺）に沿って形成されている。同様に、アノード側セパレータ４０Ｆａには、複数のカソードガス導入用貫通孔４４ａｉと冷却水導入用貫通孔４８ａｉとアノードオフガス排出用貫通孔４６ａｏとが、一方の短辺（図の右下辺）に沿って形成されている。また、セパレータ４０Ｆａには、冷却水排出用貫通孔４８ａｏとアノードガス導入用貫通孔４６ａｉとカソードオフガス排出用貫通孔４４ａｏとが、他方の短辺（図の左上辺）に沿って形成されている。
【００６６】
図１８は、単位セル１００Ｆのカソード側ガス拡散層２０ｃおよびカソード１２ｃをカソード側セパレータ４０Ｆｃの側から見た平面図である。なお、図１８は、図３と同様に、流路形成部３０ｃを省略するとともに、カソード側セパレータ４０Ｆを破線で示し、カソード側ガス拡散層２０ｃの外周端を実線枠で示し、カソード１２ｃの外周端を一点鎖線枠で示している。単位セル１００Ｆは、第１実施形態の単位セル１００（図３参照）と同様に、カソード側ガス拡散層２０ｃの外周部に、絶縁処理された電気絶縁性の絶縁領域２２を有する構造となっている点に特徴を有している。
【００６７】
図１６に示すように、本実施形態の単位セル１００Ｆにおいても、第１実施形態と同様に（図５参照）、カソードガスをガス流路４２ｃｍに導くガス導入流路４２ｃｍｉに対応する位置にシーリングプレート６０ｃが配置されているため、シーリングプレート６０ｃの下側にはエア供給不足領域が発生する。しかしながら、本実施形態の単位セル１００Ｆにおいても、シーリングプレート６０ｃが配置されているエア供給不足領域を含むカソード側ガス拡散層２０ｃの外周部に絶縁領域２２が形成されている。この結果、シーリングプレート６０ｃ下のエア供給不足領域に対応するカソード１２ｃの外周部における電気化学反応を抑制し、上記した過酸化水素の増加による膜痩せを抑制することが可能となる。なお、図１６では、カソードガスのガス導入流路４２ｃｍｉ部分の断面を例に説明した。図示は省略するが、カソードオフガスのガス排出流路４２ｃｍｏ部分においても同様である。なお、以上説明したシーリングプレート６０ｃ下のエア供給不足領域には、図４で説明したエア溜りによるエア供給不足領域も含まれる場合があり、この領域も絶縁領域２２に含まれるので、同様に、膜痩せを抑制することが可能である。
【００６８】
また、図１７に示すように、本実施形態の単位セル１００Ｆでは、有効領域よりも外周側にガス流路とは直接的に繋がっていない閉塞した空間領域４２ｃａが形成される場合がある。なお、有効領域は、カソード側のガス流路４２ｃｍおよびアノード側のガス流路４２ａｍを介してアノードガス（水素）およびカソードガス（空気）が十分に供給される領域であって、望ましい発電特性が得られる発電部として機能する領域である。
【００６９】
空間領域４２ｃａでは、膜電極接合体１０およびガス拡散層２０ａ，２０ｃにおいて、シール部５０を形成する流動性シール材が流入されておらず、ガス供給がなされることによって電気化学反応が発生する部分が含まれる場合がある。この反応部分には、カソード側ではガス拡散層２０ｃの拡散によって空気が流入し、アノード側でもガス拡散層２０ａの拡散によって水素が流入する。拡散によって流入する水素および空気は十分ではないが、水素と空気とを比較すると水素のほうが空気に比べて流入しやすい。このため、空間領域４２ｃａ、特に反応部分は、エア供給不足領域となり、電解質膜１１の膜痩せが発生する。
【００７０】
しかしながら、本実施形態の単位セル１００Ｆでは、図１７に示すように、空間領域４２ｃａに含まれるカソード側ガス拡散層２０ｃに絶縁領域２２が形成されている。これにより、エア供給不足領域となる空間領域４２ｃａでは、電気化学反応が抑制され、上記した過酸化水素の増加による膜痩せを抑制することが可能となる。なお、図示は省略するが、カソード側に配置されたシーリングプレート６０ｃの部分以外の短辺方向の他の部分においても同様である。
【００７１】
また、本実施形態では、カソード側ガス拡散層の外周部に絶縁領域２２を形成した場合を例に説明しているが、第３実施形態の単位セル１００Ｃのようにカソード側セパレータ４０ＦＣに絶縁領域４１を形成するようにしてもよい。また、第４実施形態の単位セル１００Ｄのように導電性のシーリングプレートに絶縁領域を形成するようにしてもよい。また、第５実施形態の単位セル１００Ｅのように絶縁性フィルム７０により絶縁領域を形成するようにしてもよい。
【００７２】
Ｆ．変形例：
Ｆ１．変形例１：
上記実施形態では、アノード側のガス流路が溝状のガス流路で、カソード側のガス流路が多孔体による流路形成部あるいは溝状のガス流路の場合を例に説明したが、アノード側のガス流路も多孔体による流路形成部であってもよい。
【００７３】
Ｆ２．変形例２：
上記実施形態では、カソード側ガス拡散層からカソード側セパレータまでのいずれかの一層が絶縁処理されることにより絶縁領域が形成される場合を例に説明しているが、複数の層が絶縁処理されることにより絶縁領域が形成されるようにしてもよい。
【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…膜電極接合体
１１…電解質膜
１２ａ…アノード
１２ｃ…カソード
２０ａ，２０ｃ…ガス拡散層
２２…絶縁領域
３０ｃ…流路形成部
３２…絶縁領域
４０ａ，４０ｃ…セパレータ
４０Ｆａ，４０Ｆｃ…セパレータ
４１…絶縁領域
４２ｍ…ガス流路
４２ｃｍｉ…ガス導入流路
４２ｃｍｏ…ガス排出流路
４２ａｍｐ…溝状流路
４２ｃｍｐ…溝状流路
４２ｉ…ガス導入流路
４２ｏ…ガス排出流路
４２ｃａ…空間領域
４２ａｉ…ガス導入流路
４２ｃｉ…ガス導入流路
４２ａｍ…ガス流路
４２ａｏ…ガス排出流路
４２ｃｏ…ガス排出流路
４２ｍｐ…溝状流路
４３ａ，４３ｃ…冷却水流路
４３ａｐ，４３ｃｐ…溝状流路
４４ｉ…カソードガス導入用貫通孔
４４ｏ…カソードオフガス排出用貫通孔
４４ａｉ，４４ｃｉ…カソードガス導入用貫通孔
４４ａｏ，４４ｃｏ…カソードオフガス排出用貫通孔
４６ａｉ，４６ｃｉ…アノードガス導入用貫通孔
４６ａｏ，４６ｃｏ…アノードオフガス排出用貫通孔
４８ａｉ，４８ｃｉ…冷却水導入用貫通孔
４８ａｏ，４８ｃｏ…冷却水排出用貫通孔
４９…スリット
５０…シール部
６０ａ，６０ｃ…シーリングプレート
６０Ｄｃ…シーリングプレート
６１…絶縁領域
７０…絶縁性フィルム
１００…単位セル
１００Ｂ…単位セル
１００Ｃ…単位セル
１００Ｄ，１００Ｄ’…単位セル
１００Ｅ，１００Ｅ’，１００Ｅ’’…単位セル
１００Ｆ…単位セル
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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