(57)【要約】      （修正有）【課題】単セルの膜電極接合体に加わる加圧力がほぼ均一に保持され、応力集中による電解質膜の破損が回避されて、長期間安定して運転できる燃料電池を提供する。【解決手段】保護シート４で挟んだ電解質膜1と拡散層３Ａと触媒層２Ａとからなる膜電極接合体の外表面が、触媒層２Ａの形成領域に対向して配された第一の平面Ｔ１と、第一の平面Ｔ１より高さの低い第二の平面Ｔ２からなるものにおいて、この膜電極接合体を挟持するセパレータ６Ａを、その内面に、第一の平面Ｔ１に対向して接する第三の平面Ｓ１と、第二の平面Ｔ２に対向して接する、第三の平面Ｓ１より高さの高い第四の平面Ｓ２とを備える構成とし、炭素複合材料の表面をブラストして形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の両面に触媒層と拡散層とを配して形成された膜電極接合体を、ガス流通路を備えた２枚のセパレータにより挟持して構成した単セルからなり、前記膜電極接合体の両表面がそれぞれ、第一の平面と、該第一の平面より高さの低い第二の平面とからなる固体高分子電解質形燃料電池において、
前記膜電極接合体の外表面に対向する前記セパレータの表面に、膜電極接合体の前記第一の平面に対向して接して組み込まれる第三の表面と、膜電極接合体の前記第二の平面に対向して接して組み込まれる、前記第三の表面より高さの高い第四の表面とが備えられていることを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の固体高分子電解質形燃料電池において、前記セパレータの前記第三の表面が、前記膜電極接合体の触媒層の形成領域に対向して配されていることを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
【請求項３】
請求項１に記載の固体高分子電解質形燃料電池において、前記セパレータの前記第四の表面が、前記膜電極接合体の触媒層の形成領域に対向して配されていることを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の固体高分子電解質形燃料電池において、前記セパレータが炭素粉末と樹脂とから形成された炭素複合材料からなり、前記第三の表面と前記第四の表面が、表面層を削除する表面処理を施して形成されていることを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の固体高分子電解質形燃料電池において、表面層を削除する前記表面処理がブラスト処理であることを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質層に固体高分子膜を用いる固体高分子電解質形燃料電池に係わり、特に、セル内部の電気損失が小さく、かつ、応力集中による固体高分子電解質膜の破損が回避される構成の固体高分子電解質形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質形燃料電池は、電解質層に固体高分子膜を用いる燃料電池で、出力密度が高い、電池寿命が長いなどの優れた特徴を持つ。この方式の燃料電池は、複数個の単セルを積層して構成されており、通常、各単セルは、図５の断面模式図に示したごとく、中心部に固体高分子電解質膜を配置した膜電極接合体（以下、ＭＥＡと称す）を、ガス流路を備えた２枚のセパレータ６で挟持して構成されている。このうちＭＥＡは、集電とガス拡散の機能を果たす拡散層３に触媒層２を形成して構成した電極を、枠状の保護シート４に支持された固体高分子電解質膜１の両面に接合して製作されたもので、固体高分子電解質膜１にはパーフルオロスルホン酸ポリマーが、また保護シート４にはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の汎用プラスティックフィルムが用いられることが多い。
燃料極に供給される燃料ガスと空気極に供給される酸化剤ガスを分離するセパレータ６は、これらのガスを供給するガス流路および発熱を排出するための冷却水を供給する冷却水流路を備えるとともに、燃料電池発電反応で得られた電気エネルギーを外部へと伝える役割を果たす構成部材で、通常、炭素複合材料により構成されている。炭素複合材料を形成するための炭素粉末としては、燐片状黒鉛粉、人造黒鉛、膨張黒鉛、カーボンブラックなどが用いられ、また、樹脂としては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の双方が使用可能であり、フェノール樹脂やエポキシ樹脂が使用されている。これらの炭素粉末と樹脂とを混合したコンパウンドを用い、モールド成形法や射出成形法等によってセパレータが作製されている。このようにして作製されたセパレータにおいては、表面に樹脂分が偏在するという特徴があり、材料の種類や混合比に依存して 10 〜 100μｍ程度の厚さの樹脂層が形成される。この樹脂層は電気伝導度が低いので、そのまま使用すると構成部材との間の接触抵抗が過大となって特性が低下してしまう。したがって、所定の特性を保持するためにはこの樹脂層を除去する必要があり、表面研磨法や、乾式サンドブラスト法、あるいはウェットブラスト法（例えば、特許文献１参照）を用いて除去されている。
【０００３】
一方、単セルのガスシール、すなわち、セパレータ６の燃料ガス流路７に供給された燃料ガスのシール、および酸化剤ガス流路８に供給された酸化剤ガスのシールは、セパレータ６の端部と保護シート４との間に設けられたシールパッキング５により行われる。このシールパッキング５の材料には、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム等が用いられる。
この単セルの発生電圧は１Ｖに満たない低い電圧であるため、実用に供する固体高分子電解質形燃料電池は、所要電圧に見合う複数個の単セルを積層し、直列に電気接続して構成される。図６は、図５の構成の単セルを積層して構成された従来の固体高分子電解質形燃料電池の側面図である。単セル６１を複数個積層し、その両端に、直流電流を取出すための集電板６２、積層体を構造体から電気的に絶縁するための絶縁板６３、積層体を締付けるための締付け板６４を順次配置するとともに、スタッド６７とナット６８によって支持された端板６６の内面と締付け板６４の外面との間にコイルばね６５を配置して積層体を加圧して締付けている。このように固体高分子電解質形燃料電池では、加圧して締付けることにより、各単セル内部のセパレータとＭＥＡ間の接触抵抗や、隣り合う単セル間等の積層部材間の接触抵抗を低減させ、電気的抵抗損失を少なくしている。
【０００４】
ところで、ＭＥＡの構成部材の一般的な厚さは、電解質膜１が 10 〜 50μｍ、保護シート４が 10 〜 50μｍ、触媒層２Ａが 10 〜 50μｍ、拡散層３Ａが 100 〜 400μｍであり、その組み合わせにより種々のＭＥＡが構成されている。図５の単セルに組込まれたＭＥＡにおいては触媒層２と保護シート４が同一厚さに選定されているので、拡散層３の外面、したがってＭＥＡの外面が略一定の高さを持ち、締付けの際、拡散層３ならびに触媒層２にほぼ均一の加圧力が加わることとなるが、部材の厚さの選定如何によってはＭＥＡの部位によって厚さに差が生じて、加圧力が不均一になる可能性がある。
図７は、固体高分子電解質形燃料電池の単セルに組込まれるＭＥＡの他の従来例を示す断面模式図である。このＭＥＡでは、保護シート４よりも厚さの厚い触媒層２Ａを作製してＭＥＡを形成しているので、図中に符号Ａで示した触媒層２Ａを含む部分はＭＥＡが厚く（ＭＥＡ凸部）、図中に符号Ｂで示した拡散層３Ａと保護シート４が接触している部分はＭＥＡが薄くなっている（ＭＥＡ凹部）。触媒層２Ａの厚さは最大 50μｍ、保護シート４の厚さは最小 10μｍであるので、上記のＭＥＡ凸部とＭＥＡ凹部の厚さの差は、片面で 40μｍ以下、両面で 80μｍ以下と算定される。
【０００５】
図８は、固体高分子電解質形燃料電池の単セルに組込まれるＭＥＡの第３の従来例を示す断面模式図である。このＭＥＡでは、保護シート４とほぼ同等の均一な厚さで作製した触媒層２Ｂを、保護シート４に一部を重ねて配置して、ＭＥＡが構成されており、図中に符号Ｃで示した保護シート４と触媒層２Ｂとの重なる部分ではＭＥＡが厚く（ＭＥＡ凸部）、図中に符号Ｄで示した他の部分では薄くなっている（ＭＥＡ凹部）。保護シート４と触媒層２Ｂの厚さの最大値は 50μｍであるので、このＭＥＡの上記のＭＥＡ凸部とＭＥＡ凹部の厚さの差は、片面で 50μｍ以下、両面で 100μｍ以下と算定される。
上記のように、固体高分子電解質形燃料電池の単セルに組込まれるＭＥＡは、必ずしも面内の厚さが一定でなく、凹凸を備えたＭＥＡが用いられる場合がある。このように厚さが均一でないＭＥＡを用いる場合、ＭＥＡを均一な厚さを持つセパレータで挟んで加圧、挟持すると、ＭＥＡに加わる加圧力が面内で不均一となり、一部分に集中することとなる。このように加圧力が一部分に集中すると、ＭＥＡを構成する電解質膜１に加わる力が過大となって、クリープを生じ、膜厚が減少する可能性がある。膜厚が減少すると、その部分の膜の引張り強度が低下して運転中に膜が破損し、燃料ガスと酸化剤ガスが混合するクロスリークが生じて電池が運転不能となる可能性がある。一方、面内に加圧力の小さい部分が生じると、加圧力の低下に伴って構成部材間の接触電気抵抗が増大するので、セパレータとＭＥＡの間に流れる電流が減少し、電極面内での反応が不均一になって電池特性が低下する可能性がある。
【０００６】
このため、凹凸を有するＭＥＡにおける加圧力の面内での不均一に起因するこれらの難点を回避するために、加圧力を均一化させるための方策が種々検討されており、例えば特許文献２においては、ＭＥＡの厚さの薄い部分にスペーサを装着することによって厚さを均一化し、加圧力の面内での均一化を図る方策や、対向するセパレータに突起を設けて厚みを調整し、加圧力の均一化を図る方策が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２８２０８４号公報
【特許文献２】特開平６−３３３５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、固体高分子電解質形燃料電池では、単セルに組込まれるＭＥＡの厚さが必ずしも面内で一定でないがために、このＭＥＡをセパレータで挟んで加圧、挟持すると、ＭＥＡに加わる加圧力が面内で不均一となるという問題点がある。このように面内で加圧力に不均一が生じると、加圧力が過大となる部分では、運転中に電解質膜が破損し、クロスリークが生じて電池が運転不能となる危険性があり、加圧力が小さくなった部分では、構成部材間の接触電気抵抗が増大し、流れる電流が減少して電池特性が低下する可能性がある。このため、例えば前述の特許文献２においては、ＭＥＡの凹部にスペーサを挿入したり、対向するセパレータに突起を設けたりすることによって、加圧力を均一化するよう配慮されている。このようにスペーサや突起を配設すれば、加圧力が均一化されて過大な加圧力の発生は回避されるが、スペーサや突起から位置が外れて接触抵抗が大きくなる部分が残存することは避けられない。特に、従来のごとく炭素粉末と樹脂との炭素複合材料で作製したセパレータでは、表面に電気伝導度の低い樹脂層が形成されるので部材間の接触抵抗はより一層高くなり、通電電流が減少して電気特性が低下する可能性が強い。
【０００８】
本発明は、このような従来の固体高分子電解質形燃料電池の問題点を考慮してなされたもので、本発明の目的は、ＭＥＡをセパレータで挟持して形成された単セルを複数個積層し、加圧し締付けて構成される固体高分子電解質形燃料電池において、ＭＥＡの表面が凹凸を有する面より構成されているものにあっても、ＭＥＡの各部に加わる加圧力が面内でほぼ均一に保持されて、電解質膜の破損によるクロスリークを生じることなく、長期にわたり安定した運転が可能で、かつ、接触電気抵抗による電気特性の低下を生じることなく運転できる固体高分子電解質形燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明においては、
固体高分子電解質膜の両面に触媒層と拡散層とを配して形成された膜電極接合体を、ガス流通路を備えた２枚のセパレータにより挟持して構成した単セルからなり、かつ、膜電極接合体の両表面がそれぞれ、第一の平面と、この第一の平面より高さの低い第二の平面とからなる固体高分子電解質形燃料電池において、
（１）膜電極接合体の外表面に対向するセパレータの表面に、膜電極接合体の上記の第一の平面に対向し、接して組み込まれる第三の表面と、膜電極接合体の上記の第二の平面に対向し、接して組み込まれる、第三の表面より高さの高い第四の表面とを備えることとし、例えば、上記の膜電極接合体の触媒層の形成領域に対向して、上記の第三の表面、あるいは上記の第四の表面を配することとする。
【００１０】
（２）さらに、上記の（１）の固体高分子電解質形燃料電池において、上記のセパレータを炭素粉末と樹脂とからなる炭素複合材料から作製し、上記の第三の表面と上記の第四の表面を、表面層を削除する表面処理、例えば、ブラスト処理を施して形成することとする。
【発明の効果】
【００１１】
固体高分子電解質形燃料電池においては、単セルに組込まれるＭＥＡの厚さは必ずしも面内で一定でなく、既に図７、あるいは図８に例示したごとく、高さの異なる表面を有する場合が多い。したがって、上記（１）のごとく、高さの異なる２種類の表面（第一の表面と第二の平面）を備えたＭＥＡに対向して、高さの異なる２種類の表面（第三の表面と第四の平面）を備えたセパレータを配置して、ＭＥＡを加圧、挟持することとすれば、それぞれの表面での締付け変位量を均一化することによって、各表面に加わる加圧力を均一化することができる。したがって、過大な加圧力によるＭＥＡの破損や、加圧力の不足による特性の低下が効果的に回避されることとなる。
また、既に述べたように、単セルに用いられるセパレータは一般に炭素粉末と樹脂とからなる炭素複合材料から作製されているが、このようにして作製されたセパレータの表面には電気伝導度の低い樹脂層が形成され、部材間の接触抵抗を増大させるという難点があったが、上記（２）のごとく、作製されたセパレータの表面（第三の表面と第四の平面）を形成する際に、例えばブラスト処理等の表面処理を施し、表面層を削除して形成することとすれば、電気伝導度の低い表面層が削除され、セパレータの表面の電気伝導度が向上する。したがって、部材間の接触抵抗が低減され、この接触抵抗に起因する電気特性の低下が回避されて、効率のよい固体高分子電解質形燃料電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の固体高分子電解質形燃料電池の最良の実施形態は、固体高分子電解質膜の両面に触媒層と拡散層とを配して形成された膜電極接合体をガス流通路を備えたセパレータにより挟持して構成された単セルからなる固体高分子電解質形燃料電池で、上記の膜電極接合体のそれぞれの表面が、第一の平面と、該第一の平面より高さの低い第二の平面とからなるものにおいて、上記の膜電極接合体の外表面に対向する前記セパレータの表面に、膜電極接合体の上記の第一の平面に対向し、接して組み込まれる第三の表面と、膜電極接合体の上記の第二の平面に対向し、接して組み込まれる、上記の第三の表面より高さの高い第四の表面とを備えて構成された形態にある。
【実施例１】
【００１３】
まず、白金―ルテニウム合金（合金比２：１）をカーボン担体に担持した白金―ルテニウム合金担持カーボン触媒と、電解質樹脂溶液（デュポン社製、ナフィオン溶液）を混合し、アノード用の触媒分散スラリーを作製した。続いて、このスラリーを、ガス拡散層、すなわちＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）により撥水処理したカーボンペーパー基材（東レ製、ＴＧＰＨ６０、120mm×120mm、厚さ 190μｍ）上の105mm×105mmの領域に塗布し、アノード電極とした。このとき、触媒量が 0.7 mgPt/cm2 となるように塗布し、得られた触媒層の厚さは 45 μm、拡散層と合わせたアノード厚さは 235μmであった。次いで、白金をカーボン担体に担持した白金担持カーボン触媒と、電解質樹脂溶液（デュポン社製、ナフィオン溶液）を混合し、カソード用の触媒分散スラリーを作製した。このスラリーを、ガス拡散層、すなわちＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）により撥水処理したカーボンペーパー基材（東レ製、ＴＧＰＨ６０、120mm×120mm）上の105mm×105mmの領域に塗布し、カソード電極とした。このとき、触媒量が 0.7 mgPt/cm2 となるように塗布し、得られた触媒層の厚さは 45 μm、拡散層と合わせたカソード厚さは 235μmであった。
【００１４】
次に、電解質膜としてナフィオンＮ−１１２（デュポン社製、160 ｍｍ×160 ｍｍ、厚さ約 50 μｍ）を準備し、これを２枚の枠状の保護シートで挟み込んだ。この保護シートは、厚さ 25μｍのＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）シートよりなり、外形は電解質膜と同一の160 ｍｍ×160ｍｍで、その中央部に100 ｍｍ×100 ｍｍの孔が空けられたものである。したがって、電解質膜を保護シートで挟み込むと、100 ｍｍ×100 ｍｍの孔の部分に電解質膜が露出することとなる。
保護シートで挟み込んだ電解質膜の両面に、前述のごとく作製したアノード電極とカソード電極を、それぞれ触媒層が電解質膜に対向するように配置して挟み込んだのち、これを熱プレス装置にセットし、温度 140 ℃、圧力 5 MPa、加圧時間 5 min の条件でホットプレスを行ってＭＥＡを作製した。作製したＭＥＡの厚さをマイクロメーターを用いて測定した結果によれば、中心部の触媒層を塗布した105mm×105mmの領域では約 490 μｍであり、触媒層を塗布していない拡散層のみの領域では約 450 μｍであった。したがって、触媒層の形成されている部分と触媒層のない部分では、両面で 40 μｍ、片面で 20 μｍの段差が生じている。なお、触媒層や拡散層の多孔質材料がホッとプレスにより圧縮変形するので、作製されたＭＥＡの厚さは当初の構成部材の厚さより算定された値とは大きな差がある。
【００１５】
上記のＭＥＡに組み合わせて単セルを構成するセパレータには、炭素粉末と樹脂からなる材料をモールド成形してガス流路等を成形し、表面処理を施したものを用いた。すなわち、炭素粉末として燐片状黒鉛粉を、また、樹脂としてフェノール樹脂を用い、これらを混合して得たコンパウンドをモールド成形してガス流路等を備えたセパレータを成形した。引き続いて、ＭＥＡを挟持する際に気密を保持するために挿入されるシールパッキングが接する部分をマスキング材によってマスクしたのち、サンドブラストにより表面処理を施し、表面から深さ 50 μｍの層を削除して第一の面を形成した。次に、ＭＥＡの厚さの厚い部分、すなわち、触媒層を塗布した105mm×105mmの領域に対向する部分を除く他の領域をマスクし、105mm×105mmの領域に対向する部分のみをさらに深さ 20 μｍにわたってサンドブラストにより表面処理して第二の面を形成した。
【００１６】
以上のような作製方法を用いて作製したＭＥＡとセパレータを、シールパッキングを挿入して組み立て、単セルを作製した。図１は、このようにして作製された単セルの構造を示す断面模式図である。図１に見られるように、ＭＥＡは、２枚の枠状の保護シート４で挟み込んだ電解質膜１を、それぞれ拡散層３Ａに触媒層２Ａを塗布して作製したアノード電極とカソード電極により挟み込み、ホッとプレスにより圧縮成型されており、既に述べたように、中心部の105mm×105mmの領域（図中にＴ１で示した部分）の全体の厚さは約 490 μｍに、また、触媒層を塗布していないその周辺領域（図中にＴ２で示した部分）の全体の厚さは約 450 μｍに形成されている。単セルは、このＭＥＡを、燃料ガス流路７Ａを備えた燃料極側のセパレータ６Ａと、酸化剤ガス流路８Ａを備えた空気極側のセパレータ６Ａとによって挟み、挿入したシールパッキング５により気密に保持されている。図１に見られるように、二つのセパレータ６ＡのＭＥＡに対向する面は、高さの異なる二つの面Ｓ１とＳ２よりなり、Ｓ１がＭＥＡのＴ１の部分に、Ｓ２がＭＥＡのＴ２の部分に相対して組み込まれる。
【００１７】
図２は、図１の単セルを構成する燃料極側のセパレータ６Ａの平面図である。本図に見られるように、セパレータ６Ａに備えられたガス流路は、ＭＥＡの触媒層を塗布した発電領域、すなわち、中心部の105mm×105mmの領域に対向するＳ１の面に配設された蛇行流路よりなり、燃料ガスは、セパレータ６Ａの一端に配置された燃料ガス入口マニホールド１１より供給され、蛇行する燃料ガス流路７Ａを流れて発電反応に寄与したのち、他端の燃料ガス出口マニホールド１２より外部に排出される。なお、図２に点線で示した二つの方形の領域のうち、内側の方形の領域がＳ１の面の領域であり、外側の方形と内側の方形との間に位置する領域がＳ２の面の領域である。また、図中に示した１３および１４は、相対する空気極側のセパレータ６Ａに酸化剤ガスを通流させるのに用いられる酸化剤ガス入口マニホールドと酸化剤ガス出口マニホールドである。
【００１８】
本実施例では、上記の方法で３０個の単セルを作製し、これらの単セルを積層し、図６のごとく締付けて固体高分子電解質形燃料電池を構成した。このときの締付け圧力は、セパレータとＭＥＡが接触する面の面圧力が 0.6 MPa となるように選定した。このようにして構成した固体高分子電解質形燃料電池に、燃料ガスとして ８０％Ｈ2＋２０％ＣＯ2 の混合ガス、酸化剤ガスとして空気を使用し、スタック温度８０℃、アノード加湿温度７０℃、カソード加湿温度７０℃、電流密度 0.4 Ａ/cm2、常圧の条件下において発電試験を行った。この発電試験では、まず内部抵抗の測定を行ったのち、耐久性を評価するための連続運転試験を行った。
発電時の内部抵抗の測定結果によれば、本実施例のセルの内部抵抗は 0.11 Ωcm2であった。この値は、図５のごとき従来例の構成のセルの内部抵抗 0.13 Ωcm2  に比べて明らかに低く、表面処理を行ってセパレータ６Ａの表面層を削除したことによって部材間の接触電気抵抗が低減され、電池特性が向上したことがわかる。図３は、続いて行った連続運転試験（寿命試験）の際の開回路電圧の時間変化を、従来例の場合と対比して示した特性図である。図に見られるように、従来例の場合には運転時間が 2000 hr  を超えると開回路電圧が急激に低下し、電解質膜の損傷によるクロスリークの発生が認められたが、本実施例の燃料電池では、運転時間が 4000 hr  を超えても開回路電圧の急激な低下はなく、電解質膜の損傷がないことが知られる。本実施例の燃料電池の単セルでは、ＭＥＡのセパレータ６Ａに接する二つの面Ｔ１，Ｔ２に対応して、セパレータ６Ａの面Ｓ２，Ｓ１が形成されているので、積層し、締付けてスタックを形成する際に、ＭＥＡの各部に均等に加圧力が加わることとなる。したがって、従来例のごとく応力集中による電解質膜の破損が生じる恐れがなく、長時間、安定した開回路電圧を示すものと理解される。
【実施例２】
【００１９】
図４は、本発明の固体高分子電解質形燃料電池の第２の実施例に用いられる単セルの構造を示す断面模式図である。本単セルも、第１の実施例の単セルを製作する際に用いられた材料と製作方法を用いて製作されている。第１の実施例との相違点は、ＭＥＡのアノード側電極とカソード側電極が、第１の実施例では、共に厚さ 45 μｍの触媒層を形成して構成されていたのに対して、第２の実施例では、保護シート４と同一の厚さの 25 μｍ厚の触媒層２Ｂを形成して構成されており、このため、ＭＥＡは触媒層２Ｂと保護シート４を重なり合わせた部分（図中にＴ３で表示）のみ厚さが厚く、図中にＴ４で表示した中央部分と図中にＴ５で表示した端部はＴ３より厚さの薄い同一厚さに形成されている点にある。このように形成されたＭＥＡの表面に対応して、セパレータ６ＢのＭＥＡ側の表面の加工が行われており、相対するＭＥＡの面に接するように、ＭＥＡのＴ３，Ｔ４，Ｔ５の面に対向してＳ３，Ｓ４，Ｓ５が形成されている。したがって、このＭＥＡをこのセパレータ６Ｂで挟んで締付けた際には、各面にほぼ均等な加圧力が加わることとなるので、応力集中を生じる恐れがなく、電解質膜１が破損することはない。また、セパレータ６Ｂの表面の加工の際に、サンドブラスト処理によって表面層を除去することによって電気伝導性の劣る層を除去できるので、部材間の接触電気抵抗が低減し、燃料電池の内部抵抗が減少して電気特性が向上することとなる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
以上述べたように、固体高分子電解質形燃料電池を請求項１、さらには、請求項２、あるいは請求項３のごとく構成することとすれば、ＭＥＡの表面が凹部、凸部を有するものにあっても、ＭＥＡの各部に加わる加圧力が面内でほぼ均一に保持され、電解質膜の破損が回避されて長期にわたり安定した運転が可能となり、さらに請求項４、５のごとくとすれば、接触電気抵抗が抵下して内部抵抗損失が低減するので、電気特性の低下が回避されることとなるので、本発明はいろいろな分野で使用される各種の固体高分子電解質形燃料電池に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の固体高分子電解質形燃料電池の第一の実施例の単セルの構造を示す断面模式図
【図２】本発明の固体高分子電解質形燃料電池の第一の実施例に用いられる単セルのセパレータの燃料ガス流路を示す平面図
【図３】本発明の固体高分子電解質形燃料電池の第一の実施例の連続運転試験における開回路電圧の時間変化を示した特性図
【図４】本発明の固体高分子電解質形燃料電池の第二の実施例の単セルの構造を示す断面模式図
【図５】従来の固体高分子電解質形燃料電池の一般的な単セルの構造を示す断面模式図
【図６】従来の固体高分子電解質形燃料電池の側面図
【図７】固体高分子電解質形燃料電池の単セルに組込まれるＭＥＡの他の従来例の断面図
【図８】固体高分子電解質形燃料電池の単セルに組込まれるＭＥＡの第３の従来例の断面図
【符号の説明】
【００２２】
１    電解質膜
２Ａ，２Ｂ    触媒層
３Ａ，３Ｂ    拡散層
４    保護シート
５    シールパッキング
６Ａ、６Ｂ    セパレータ
７Ａ，７Ｂ    燃料ガス流路
８Ａ，８Ｂ    酸化剤ガス流路
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５    セパレータの表面
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５    ＭＥＡの表面
【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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