(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、アノードの表面に配置されたアノード側ガス拡散層と、カソードの表面に配置されたカソード側ガス拡散層と、アノード側ガス拡散層およびカソード側ガス拡散層が形成された膜電極接合体を挟持する一対のセパレータと、アノード側ガス拡散層およびカソード側ガス拡散層が形成された膜電極接合体の周囲に形成されたシール部と、を備える。カソード側ガス拡散層には、膜電極接合体とは反対側の面の外周部に、カソードガスを供給するための流路として、複数列の溝が形成されている。【選択図】図４
2014203637.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形成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、
前記カソード側ガス拡散層には、前記膜電極接合体とは反対側の面の外周部に前記カソードガスを供給するための流路として、複数列の溝が形成されている
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、
前記溝が形成されている外周部には、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において、少なくとも、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３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池であって、さらに、
前記カソード側の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、前記カソード側ガス拡散層の表面に沿って前記カソードガスを流すためのガス流路を形成する流路形成部と、
前記シール部と前記流路形成部との間に配置され、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流路形成部への流入を防止するためのシーリングプレートと、
を備え、
前記溝が形成されている外周部には、少なくとも、前記シーリングプレートに対して前記流路形成部とは反対側における前記カソード側ガス拡散層の領域が含まれる
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池であって、さらに、
前記カソード側のセパレータの前記カソード側ガス拡散層に接する面に形成され、前記カソード側ガス拡散層の表面に沿って前記カソードガスを流すための溝状のガス流路と、
前記シール部と前記カソード側のセパレータとの間に配置され、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ガス流路への流入を防止するためのシーリングプレートと、
を備え、
前記溝が形成されている外周部には、少なくとも、前記シーリングプレートに対して前記ガス流路とは反対側における前記カソード側ガス拡散層の領域が含まれる
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１、請求項２および請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池であって、さらに、
前記カソード側のセパレータに、前記カソードガスのガス流路よりも外周側に前記ガス流路から独立した空間領域を備えており、
前記溝が形成されている外周部には、少なくとも、前記空間領域における前記カソード側ガス拡散層の領域が含まれる
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、
前記溝の幅および深さは、前記溝に対応する位置に配置された前記電解質膜の変形を規制することができる面圧に基づいて決定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で、アノード側とカソード側とをシールするために設けられるシール部（シール材）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、このようにして構成された単位セルでは、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い。
【０００６】
また、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場合において、上記特許文献１の構造では、ガス拡散層の多列の溝部による凹凸を介してセパレータからの圧力が電極接合体に加わるため、電解質膜では凹凸に応じた膜変形が発生し、膜変形が進むと反応ガスのクロスリークに至る、という課題がある。しかしながら、上記特許文献１には、電解質膜の膜変形に関して何らの記載も示唆もない。
【０００７】
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】
【０００８】
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。
【０００９】
（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形成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。前記カソード側ガス拡散層には、前記膜電極接合体とは反対側の面の外周部に、前記カソードガスを供給するための流路として、複数列の溝が形成されている。この形態の燃料電池によれば、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ガス拡散層の外周部に対して、カソード側ガス拡散層に形成された溝を介してカソードガスが供給されるので、カソードガスの供給不足によっ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】
（２）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、前記溝が形成されている外周部には、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において、少なくとも、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。この形態の燃料電池においては、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において、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のに対して、カソード側ガス拡散層に形成された溝を介してカソードガスが供給されるので、カソードガスの供給不足によっ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】
（３）上記形態の燃料電池は、さらに、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、前記カソード側ガス拡散層の表面に沿って前記カソードガスを流すためのガス流路を形成する流路形成部と；前記シール部と前記流路形成部との間に配置され、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流路形成部への流入を防止するためのシーリングプレートと；を備え、前記溝が形成されている外周部には、少なくとも、前記シーリングプレートに対して前記流路形成部とは反対側における前記カソード側ガス拡散層の領域が含まれるようにしてもよい。この形態の燃料電池においては、シーリングプレートに対して流路形成部とは反対側に位置するカソード側ガス拡散層の領域では、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のに対して、形成された溝を介してカソードガスが供給されるので、カソードガスの供給不足によっ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】
（４）上記形態の燃料電池は、さらに、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に接する面に形成され、前記カソード側ガス拡散層の表面に沿って前記カソードガスを流すための溝状のガス流路と；前記シール部と前記カソード側セパレータとの間に配置され、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ガス流路への流入を防止するためのシーリングプレートと；を備え、前記溝が形成されている外周部には、少なくとも、前記シーリングプレートに対して前記ガス流路とは反対側における前記カソード側ガス拡散層の領域が含まれるようにしてもよい。この形態の燃料電池においても、シーリングプレートに対してカソード側セパレータのガス流路とは反対側に位置するカソード側ガス拡散層の領域では、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のに対して、形成された溝を介してカソードガスが供給されるので、カソードガスの供給不足によっ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。
【００１３】
（５）上記形態の燃料電池は、さらに、前記カソード側セパレータに、前記カソードガスのガス流路よりも外周側に前記ガス流路から独立した空間領域を備えており、前記溝が形成されている外周部には、少なくとも、前記空間領域における前記カソード側ガス拡散層の領域が含まれるようにしてもよい。この形態の燃料電池においては、カソードガスのガス流路よりも外周側に備えられるガス流路から独立した空間領域に位置するカソード側ガス拡散層の領域では、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のに対して、形成された溝を介してカソードガスが供給されるので、カソードガスの供給不足によっ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。
【００１４】
（６）上記形態の燃料電池において、前記溝の幅および深さは、前記溝に対応する位置に配置された前記電解質膜の変形を規制することができる面圧に基づいて決定されることが好ましい。この形態の燃料電池によれば、電解質膜の膜痩せを抑制するとともに、電解質膜の変形を抑制することが可能となる。
【００１５】
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や燃料電池に用いられるガス拡散層等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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断面においてカソード側ガス拡散層に形成された溝について示す説明図である。
【図５】図２（ｃ）のＣ−Ｃ断面においてカソード側ガス拡散層に形成された溝について示す説明図である。
【図６】最低面圧の基準を示すグラフ例である。
【図７】最低面圧を測定する方法の概略を示す説明図である。
【図８】ガス拡散層基材の横弾性係数の測定方法の概略を示す説明図である。
【図９】ガス拡散層用基材の厚さと横弾性係数と面圧との関係を示すグラフ例である。
【図１０】ガス拡散層の溝の設定例を示す説明図である。
【図１１】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１２】本発明の第２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１３】図１２のＡ−Ａ断面を概略的に示す断面図である。
【図１４】図１２のＢ−Ｂ断面を概略的に示す断面図である。
【図１５】単位セルのカソード側ガス拡散層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】
【００１７】
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。
【００１８】
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、図２（ａ）に示すように、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の外周部を覆うシール部５０を備える。
【００１９】
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。
【００２０】
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いものとした。
【００２１】
アノード側ガス拡散層２０ａはアノード１２ａの表面に積層形成されており、カソード側ガス拡散層２０ｃはカソード１２ｃの表面に積層形成されている。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のカソード１２ｃの大きさとりも小さいものとした。
【００２２】
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。
【００２３】
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も構成する。ガス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て緻密性カーボンや、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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が積層形成された電解質膜１１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。
【００２８】
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、チタンプレートが用いられる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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を破線で示している。単位セル１００は、カソード側ガス拡散層２０ｃにおいて、カソード側セパレータ４０ｃ側の面に多列の有底の溝２２が外周に沿って形成された構造を有している点に特徴を有している。以下では、図４および図５を用いて、カソード側ガス拡散層２０ｃに形成された溝２２について詳述する。
【００３２】
図４は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面においてカソード側ガス拡散層２０ｃに形成された溝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）はカソード側ガス拡散層２０ｃに溝を有しない構造の比較形態を示している。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。
【００３３】
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、内側から順に混在領域および無効領域が形成される。
【００３４】
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。
【００３５】
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が、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。
【００３６】
本実施形態では、図３および図４（ａ）に示すように、カソード側ガス拡散層２０ｃにおいて、流路形成部３０ｃに接触する側の面に有底の複数の溝２２が形成されている。溝２２は、図４（ａ）に示すように、有効領域から少なくともエア供給不足領域内までのびるように形成されている。この結果、有効領域からエア供給不足領域に対して溝２２を介して空気が供給されるので、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。
【００３７】
なお、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部分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部分においても同様である。また、図３に示したガス拡散層２０ｃにおいて、短辺方向に並ぶ溝２２のうち、アノードガスのガス導入流路４２ｉ部分およびガス排出流路４２ｏ部分に対応する溝２２以外の溝２２も同様である。
【００３８】
図５は、図２（ｃ）のＣ−Ｃ断面においてカソード側ガス拡散層２０ｃに形成された溝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）はカソード側ガス拡散層２０ｃに溝を有しない構造の比較形態を示している。
【００３９】
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。
【００４０】
本実施形態では、図３および図５（ａ）に示すように、カソード側ガス拡散層２０ｃにおいて、流路形成部３０ｃに接触する側の面に有定の複数の溝２２が形成されている。溝２２は、図５（ａ）に示すように、シーリングプレート６０ｃが配置されていない内側の有効領域から少なくともシーリングプレート６０ｃの下のエア供給不足領域までのびるように形成されている。溝２２による流路は、ガス拡散層２０ｃに比べてはるかに空気が流れやすく、流路形成部３０ｃを流れる空気を、エア供給不足領域への空気の供給を増やすことが可能となる。この結果、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、この領域にまで空気が供給されるように溝２２が形成されていることが好ましい。
【００４１】
なお、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、図３に示したガス拡散層２０ｃに長辺方向に並ぶ溝２２のうち、シーリングプレート６０ｃが配置されていない部分に対応する溝２２も同様である。
【００４２】
Ａ３．溝形状：
溝２２の深さおよび幅は、溝２２の下に位置する膜電極接合体１０に対して、電解質膜１１の動きを抑えるために最低限必要とされる面圧（以下、「最低面圧」と呼ぶ）を加えることができるだけの深さおよび幅に設定される。これは、以下で説明するように、最低面圧を確保できるガス拡散層用基材の横弾性係数の値および溝部分の厚を求めことにより、設定される。
【００４３】
図６は、最低面圧の基準を示すグラフ例である。このグラフは、溝幅ＷＬと最低面圧との関係を、ある４種類の膜電極接合体のサンプル（サンプル１〜４）を用いて測定した測定結果の例を示している。溝幅ＷＬと最低面圧との関係は、例えば、以下のように求めることができる。
【００４４】
図７は、最低面圧を測定する方法の概略を示す説明図である。図７に示すように、膜電極接合体のサンプルＳ１０を、試料セル用のアノード側セパレータＳ４０ａおよびカソード側セパレータＳ４０ｃで両側から圧力Ｐｔ［ＭＰａ］で挟持して、測定対象の試料セルＷＣとする。アノード側セパレータＳ４０ａはフラットセパレータとし、カソード側セパレータＳ４０ｃは、溝幅ＷＬ［ｍｍ］でピッチＷＰ（＝ＷＬ）［ｍｍ］の溝が形成された凹凸を有するセパレータとする。試料セルＷＣに対して、例えば３０％ＲＨ〜１２０％ＲＨの乾湿サイクル試験を行いつつ、圧力Ｐｔを変化させることにより、最低面圧となる圧力Ｐｔを測定する。この最低面圧測定を、溝幅ＷＬを変化させて実行することにより、溝幅ＷＬと最低面圧との関係を求めることができる。
【００４５】
図６に示すように、得られた溝幅ＷＬと最低面圧との関係から、最低面圧の基準判定が決定され、カソード側ガス拡散層２０ｃに要求される最低面圧とされる。図６には、０．３［ＭＰａ］が基準値とされた例が示されている。以下では、カソード側ガス拡散層３０ｃに要求される最低面圧を０．３［ＭＰａ］以上として説明する。
【００４６】
図８は、ガス拡散層基材の横弾性係数の測定方法の概略を示す説明図である。図８に示すように、測定対象のガス拡散層基材を対象基材ＷＳとして下側加圧板ＰＳＤと上側加圧基板ＰＳＵで挟んであらかじめ設定した圧力Ｐｒで加圧する。この圧力Ｐｒとしては、例えば、単位セルの作製時にセパレータ間に加えられる圧力Ｐｔの値が設定される。上側加圧板ＰＳＵの対象基材と設定する面には、あらかじめ定めた溝幅ＷＬの溝がピッチＷＰで形成されている。上側加圧板ＰＳＵのリブ部分ＰＳＵｒから対象基材ＷＳには圧力Ｐｒに応じた圧力が加わるので、リブ部分ＰＳＵｒの部分においては、これに応じた厚さ方向（「縦方向」とも呼ぶ）の変位（図中破線で示す）が発生する。一方、溝部分ＰＳＵｍでは、溝部分ＰＳＵｍから対象基材ＷＳには圧力が加わらないが、リブ部分ＰＳＵｒに加えられた圧力によって横方向弾性係数に応じた変位が発生する（図中破線で示す）。そこで、リブ部分ＰＳＵｒおよび溝部分ＰＳＵｍにおける変位を測定し、これに基づいて横方向弾性係数を求める。具体的には、Ｊｏｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ  １９０（２００９）９２−１０２に記載された横方向弾性係数の測定方法により求めることができる。
【００４７】
図９は、ガス拡散層用基材の厚さと横弾性係数と面圧との関係を示すグラフ例である。このグラフは、溝幅ＷＬ＝１［ｍｍ］およびピッチＷＰ＝１［ｍｍ］として求めたものである。上記した横弾性係数の測定方法により、ある利用対象として選択したガス拡散層用基材の横弾性係数［ＭＰａ］を測定することにより、基準値が得られる。本例では、厚さ１５０［μｍ］で横弾性係数１０［ＭＰａ］の基準値が得られたものとする。この基準値のガス拡散層用基材の厚さを溝の厚さとして溝幅ＷＬ＝１［ｍｍ］およびピッチＷＰ＝１［ｍｍ］の溝を形成した場合に、単位セルの作製時にセパレータ間に加えられる圧力Ｐｔによって発生するガス拡散層用基材における面圧［ＭＰａ］と厚さとの関係は、基準値に基づいてＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ；有限要素法）解析により容易に求められる。また、異なる横方向弾性係数を有する他のガス拡散層用基材についても、基準値に基づいてＦＥＭ解析により容易に求められる。
【００４８】
以上のようにして得られた図９を参照すれば、例えば、基準の最低面圧を確保可能なガス拡散層基材の横弾性係数および溝の厚さを求めることができ、溝の幅および深さを設定するとともに、ガス拡散層の厚さを設定することができ、対応するガス拡散層基材を選択することができる。
【００４９】
図１０は、ガス拡散層の溝の設定例を示す説明図である。例えば、基準の最低面圧を０．３［ＭＰａ］とした場合（図６参照）、図９から、溝の厚さが１００［μｍ］で横弾性係数が１０，２５［ＭＰａ］以外は、面圧を確保できることがわかる。そこで、例えば、カソード側ガス拡散層２０ｃの横弾性係数として２５［ＭＰａ］を選択し、溝２２の厚さＷｔとして１５０，２００［μｍ］のうち１５０［μｍ］を選択したものとする。このとき、ガス拡散層２０ｃの厚さＷｇは、溝２２を流れる空気量を考慮した深さＷｄ［μｍ］および溝２２の厚さＷｔの和から決定される。例えば、溝２２の深さＷｄとして溝２２の厚さＷｔと同じ１５０［μｍ］が設定されると、ガス拡散層２０ｃの厚さＷｇは３００［μｍ］に設定される。
【００５０】
なお、溝は、例えば、ボールミルを用いた切削等によって形成される。また、溝の外周側の端部は、図１０に示すように、解放されない部分（破線枠で囲った部分）を有する構造とされている。このような解放されない部分により、溝を伝って流動性シール材が外周側から流入することを抑制することができる。
【００５１】
Ａ４．変形構成：
図１１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１１（ａ）は図４に対応する断面を示し、図１１（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、溝２２が、溝状流路４２ｃｍｐからエア供給不足領域へ向かって形成される。なお、溝２２は、ガス流路のリブの下ではなく溝の下に位置するように形成されることが好ましい。
【００５２】
Ｂ．第２実施形態：
図１２は、本発明の第２実施形態としての燃料電池の単位セル１００Ｂの構成を概略的に示す斜視図である。図１３は図１２のＡ−Ａ断面を概略的に示す断面図であり、図１４は図１２のＢ−Ｂ断面を概略的に示す断面図である。
【００５３】
単位セル１００Ｂは、図１３，１４に示すように、第１実施形態の単位セル１００（図１，２参照）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４０Ｂｃおよびアノード側セパレータ４０Ｂａ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１００Ｂは、一対のセパレータ４０Ｂａ，４０Ｂｃによって、膜電極接合体１０およびガス拡散層２０ａ，２０Ｂｃが挟持されている点は、第１実施形態の単位セル１００と同様である。また、単位セル１００Ｂは、一対のセパレータ４０Ｂａ，４０Ｂｃの間における膜電極接合体１０、ガス拡散層２０ａ，２０Ｂｃの外周部、および、一対のセパレータ４０Ｂａ，４０Ｂｃ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、第１実施形態の単位セル１００と同様である。
【００５４】
図１２は、図１とは反対に、カソード側セパレータ４０Ｂｃを下側とし、アノード側セパレータ４０Ｂａを上側とした状態を示している。また、図１２は、カソード側セパレータ４０Ｂｃのガス拡散層２０Ｂｃ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４０Ｂａ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，２０Ｂｃ，シール部５０）を省略して示している。
【００５５】
カソード側セパレータ４０Ｂｃは、カソード側ガス拡散層２０Ｂｃの表面に積層されている（図１３，１４参照）。また、カソード側セパレータ４０Ｂｃは、カソード側ガス拡散層２０Ｂｃ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。
【００５６】
アノード側セパレータ４０Ｂａは、アノード側ガス拡散層２０ａの表面に積層されている（図１３，１４参照）。また、アノード側セパレータ４０Ｂａ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。
【００５７】
アノード側セパレータ４０Ｂａ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４０Ｂｃ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１００Ｂ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。
【００５８】
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４０Ｂａ，４０Ｂｃ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。
【００５９】
図１２に示したように、セパレータ４０Ｂａ，４０Ｂｃ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４０Ｂｃ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４０Ｂｃ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４０Ｂａ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４０Ｂａ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。
【００６０】
図１５は、単位セル１００Ｂのカソード側ガス拡散層２０Ｂｃをカソード側セパレータ４０Ｂｃの側から見た平面図である。なお、図１５は、カソード側セパレータ４０Ｂｃを破線で示している。単位セル１００Ｂは、第１実施形態の単位セル１００と同様に、カソード側ガス拡散層２０Ｂｃにおいて、カソード側セパレータ４０Ｂｃ側の面に多列の有底の溝２２が外周に沿って形成された構造を有している。
【００６１】
図１３に示すように、本実施形態の単位セル１００Ｂ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１００Ｂにおいても、ガス流路４２ｃｍからエア供給不足領域までのびるように溝２２による流路が形成されている。これにより、エア供給不足領域に対して溝２２を介して空気を供給することが可能となり、電解質膜１１の膜痩せを抑制することが可能となる。なお、図１３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。
【００６２】
また、図１４に示すように、本実施形態の単位セル１００Ｂでは、有効領域よりも外周側に空間領域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。
【００６３】
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反応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２０Ｂｃ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。
【００６４】
しかしながら、本実施形態の単位セル１００Ｂでは、図１４に示すように、カソード側ガス拡散層２０Ｂｃにおいて、カソード側のガス流路４２ｃｍの最外周にある溝状流路４２ｃｍｐから空間領域４２ｃａ（エア供給不足領域）までのびるように、溝２２が形成されている。これにより、溝状流路４２ｃｍｐから溝２２による流路を介して空気が供給されるので、エア供給不足を抑制することにより電解質膜１１に発生する膜痩せを抑制することが可能となる。
【００６５】
なお、図示は省略するが、ガス拡散層２０Ｂｃにおいて（図１５参照）、短辺方向に並ぶ溝２２のうち、カソードガスのガス導入流路４２ｃｉ部分およびガス排出流路４２ｃｏ部分に対応する溝２２以外のシーリングプレート６０ｃが配置されていない部分に対応する溝２２も同様に、エア供給不足領域に対して空気を供給することが可能となり、電解質膜１１の膜痩せを抑制することが可能となる。なあ、この場合のエア供給不足領域としては、第１実施形態の図４で説明した混在領域や図１４で説明した空間領域等が考えられる。
【００６６】
Ｃ．変形例：
Ｃ１．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については多孔体による流路形成部であってもよい。
【００６７】
Ｃ２．変形例２：
上記実施形態では、カソード側ガス拡散層の外周部において、その全周囲にわたって有底の溝が並んで形成されているが、これに限定されるものではなく、エア供給不足領域にのみ形成されていてもよい。また、必ずしも各溝が並んで形成されている必要はなく、エア供給不足領域に対して空気供給が可能となるように複数の溝が形成されていてもよい。
【００６８】
Ｃ３．変形例３：
上記実施形態では、溝は有底であり、溝の厚さおよびガス拡散層の厚さから溝の深さが規定されるものとして説明した。ただし、溝は有底でなく、ガス拡散層方向に貫通した溝であってもよい。この場合。溝の幅は、電解質膜の厚さに応じた幅に規制される。具体的には、溝の幅は、下式で表される座屈幅Ｄよりも小さくなるように規制される。座屈幅Ｄは、電解質膜が膨潤収縮によって発生するタワミ等の変形の幅であり、平板におけるオイラー座屈に基づいて求められる。
Ｄ＝π・ｔ・｛１／［３・（１＋ν）・ε］｝-1/2
なお、ｔは電解質膜の膜厚、νはポアソン比（＝０．４）、εは電解質膜の膨潤率である。
【００６９】
例えば、電解質膜の膜厚がｔ＝２１．５［μｍ］で、膨潤率がε＝（０．０４４＋０．０１０）／２とすると、上記式から座屈幅Ｄは約２００［μｍ］となるので、溝の幅は２００［μｍ］よりも小さくなるように規制される。
【００７０】
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】
【００７１】
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
２０Ｂｃ…ガス拡散層
２２…溝
３０ｃ…流路形成部
４０ａ，４０ｃ…セパレータ
４０Ｂａ，４０Ｂｃ…セパレータ
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
５０…シール部
６０ａ，６０ｃ…シーリングプレート
１００…単位セル
１００Ｂ…単位セル
Ｓ４０ａ…アノード側セパレータ
Ｓ４０ｃ…カソード側セパレータ
ＰＳＵｒ…リブ部分
ＰＳＵｍ…溝部分
ＷＣ…試料セル
ＷＳ…対象基材
ＰＳＤ…下側加圧板
ＰＳＵ…上側加圧基板
【図１】
2014203637.tif 000003
【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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