(57)【要約】【課題】      耐久性を向上させることが可能な燃料電池を提供する。【解決手段】  電解質膜１と、電解質膜１の両側に積層される触媒層２ａ、２ｂとを備え、触媒層２ａ、２ｂの積層面が、電解質膜１の積層面よりも小さく、触媒層２ａ、２ｂと当接すべき電解質膜１の表面をＡ１、触媒層２ａ、２ｂと当接しない電解質膜１の端部表面をＡ２、表面Ａ１における、過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は該金属元素を含む化合物の単位面積当たりの質量をＸ、端部表面Ａ２に備えられる、過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は該金属元素を含む化合物の単位面積当たりの質量をＹ、とするとき、Ｙ＞Ｘである、燃料電池１００とする。【選択図】    図１
2006294293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、該電解質膜の両側に積層される触媒層とを備え、
該触媒層の積層面が、前記電解質膜の積層面よりも小さく、
前記触媒層と当接すべき前記電解質膜の表面をＡ１、
前記触媒層と当接しない前記電解質膜の端部表面をＡ２、
前記表面Ａ１における、過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は該金属元素を含む化合物の単位面積当たりの質量をＸ、
前記端部表面Ａ２に備えられる、過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は該金属元素を含む化合物の単位面積当たりの質量をＹ、とするとき、Ｙ＞Ｘであることを特徴とする、燃料電池。
【請求項２】
前記触媒層の外側に配設される拡散層と、接着性材料層とをさらに備え、
前記拡散層の積層面が、前記触媒層の積層面よりも大きく、
前記接着性材料層が、前記端部表面Ａ２に配設されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記接着性材料層に、過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は該金属元素を含む化合物が備えられることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記触媒層に、過酸化水素分解性能を有する前記金属元素の単体、及び／又は該金属元素を含む前記化合物が備えられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、耐久性を向上させることが可能な燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質と、当該電解質の両側に配置される電極（アノード及びカソード）とを備える膜電極接合体（以下において、「ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）」と記述する。）における電気化学反応により発生した電気エネルギーを、このＭＥＡの両側に配設されるセパレータを介して外部に取り出している。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池（以下において、「ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte Fuel Cell）」と記述する。）は、低温領域での運転が可能である。また、ＰＥＦＣは、高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車や携帯用電源の最適な動力源として注目されている。
【０００３】
ＰＥＦＣのユニットセルは、電解質膜、少なくとも触媒層を備えるアノード及びカソード、並びに、セパレータを含んでいる。ＰＥＦＣのアノード電極には水素を含む反応ガスが供給されるとともに、カソード電極には酸素を含む反応ガスが供給され、これらの反応ガス、並びに、触媒層中に含まれる触媒（例えば、Ｐｔ等）及び電解質成分により形成される三相界面において電気化学反応が起こる。この電気化学反応により、ＰＥＦＣのユニットセルでは、例えば０．７Ｖ程度の起電力を得ることが可能になる。しかし、かかる低起電力では電気自動車等の動力源として不十分であるため、通常は、ユニットセルを直列に積層した積層体の積層方向両端にエンドプレート等を配置して構成されるスタック形態の燃料電池が使用されている。
【０００４】
他方、燃料電池の発電時にユニットセル内の触媒層で過酸化水素が生成され、この過酸化水素から生成されるＯＨラジカル等が起点となってＭＥＡの高分子電解質を酸化劣化させていることが明らかになりつつある。かかる劣化は、燃料電池の耐久性低下の一因となるため、ＭＥＡ内の過酸化水素を低減することで上記劣化を抑制し、燃料電池の耐久性を向上させることが望まれている。
【０００５】
燃料電池の耐久性を向上させることを目的とした技術は、これまでに開示されている。例えば、特許文献１には、電解質膜を挟むように配置された一対の触媒層の少なくとも一方が、パーフルオロカーボンスルホン酸系高分子電解質と、炭素−フッ素結合より小さい結合エネルギーを有する分子とを含むことを特徴とする、高分子電解質型燃料電池に関する技術が開示されている。かかる技術によれば、過酸化物ラジカルやヒドロキシラジカルに対する耐酸化性が飛躍的に向上した耐久性の高い高分子電解質型燃料電池が得られるとしている。
【特許文献１】特開２００３−１０９６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＰＥＦＣにおいて、触媒層の積層面と電解質膜の積層面とは、通常、その大きさが異なるため、電解質膜の端部には、空間（隙間）が形成されやすい。一方、燃料電池の作動時には電気化学反応により水が生成され、かかる水は上記空間に溜まりやすい。このようにして、電解質膜の端部に形成された空間に水が溜まると、当該空間に過酸化水素が留まりやすい。
【０００７】
ここで、特許文献１に開示されている技術は、優れた耐酸化性能を有する分子が触媒層に含まれる点に特徴があり、触媒層内で耐酸化性能を発現させることは可能である反面、電解質膜の端部では当該耐酸化性能を発現させ難い。すなわち、特許文献１に開示されている技術によっても、電解質膜の端部で生じる酸化劣化を防止することは困難であり、燃料電池の耐久性を向上させ難いという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、耐久性を向上させることが可能な燃料電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
請求項１に記載の発明は、電解質膜と、電解質膜の両側に積層される触媒層とを備え、触媒層の積層面が、電解質膜の積層面よりも小さく、触媒層と当接すべき電解質膜の表面をＡ１、触媒層と当接しない電解質膜の端部表面をＡ２、表面Ａ１における、過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は該金属元素を含む化合物の単位面積当たりの質量をＸ、端部表面Ａ２に備えられる、過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は該金属元素を含む化合物の単位面積当たりの質量をＹ、とするとき、Ｙ＞Ｘであることを特徴とする、燃料電池により、上記課題を解決する。
【００１０】
ここに、積層面とは、触媒層の積層方向を法線方向とする平面を意味している。また、電解質膜の端部表面Ａ２とは、電解質膜の積層面の全表面から、当該電解質膜が触媒層と当接すべき表面Ａ１を除いた部分を意味している。なお、燃料電池が、触媒層よりも積層面の面積が大きい拡散層を備え、触媒層の側面と電解質膜及び拡散層の表面とにより空間が形成される場合、電解質膜の端部表面Ａ２は、当該空間を形成すべき電解質膜の表面を意味する。さらに、本発明において、「電解質膜の端部表面Ａ２に備えられる過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は該金属元素を含む化合物」とは、当該端部表面Ａ２に過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は該金属元素を含む化合物のみが備えられる形態のほか、端部表面Ａ２に配設される物質に過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は該金属元素を含む化合物が備えられる形態をも含む概念である。加えて、過酸化水素分解性能を有する金属元素の具体例としては、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｅ、Ｓｃ、Ｒｂ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｏｓ等を挙げることができ、化合物の具体例としては、前記金属元素を含む酸化物等を挙げることができる。さらに、本発明において、単位面積当たりの質量を算出する際の基準面は、電解質膜の積層面又は積層面と平行な面である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池において、触媒層の外側に配設される拡散層と、接着性材料層とをさらに備え、拡散層の積層面が、触媒層の積層面よりも大きく、接着性材料層が、端部表面Ａ２に配設されることを特徴とする。
【００１２】
ここに、「触媒層の外側に配設される拡散層」とは、電解質膜と拡散層との間に触媒層が配置される形態で配設される、拡散層を意味している。また、本発明において、電解質膜の端部表面Ａ２とは、電解質膜の表面と触媒層の側面と拡散層の表面とにより形成される空間を構成する、電解質膜の表面を意味している。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃料電池において、接着性材料層に、過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は、当該金属元素を含む化合物が備えられることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、触媒層に、過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は当該金属元素を含む化合物が備えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、電解質膜の端部表面Ａ２に備えられる、過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は該金属元素を含む化合物（以下において、単に「過酸化水素分解物質」と記述する。）の単位面積当たりの質量Ｙが、電解質膜の表面Ａ１における過酸化水素分解物質の単位面積当たりの質量Ｘよりも大きい。すなわち、本発明によれば、電解質膜の端部に形成される空間に水が溜まり、この水中に過酸化水素が留まっても、水と接触すべき電解質膜端部表面Ａ２に過酸化水素分解物質が備えられているので、電解質膜の端部に形成される空間に備えられる過酸化水素を分解することが可能になる。したがって、請求項１に記載の発明によれば、耐久性を向上させることが可能な燃料電池を提供することが可能になる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、電解質膜の端部に形成される空間を、接着性材料層で塞ぐことが可能になる。そのため、電解質膜の端部に溜まる水を低減することで当該端部に留まる過酸化水素の量を低減することが可能になり、仮に電解質膜の端部に水が溜まり、当該水に過酸化水素が含まれていたとしても、電解質膜の端部表面Ａ２に備えられる過酸化水素分解物質により過酸化水素を分解することが可能になる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、電解質膜の端部表面Ａ２に配設される接着性材料層に、過酸化水素分解物質が備えられるので、電解質膜の端部に留まる過酸化水素を、上記接着性材料層に備えられる過酸化水素分解物質により分解することが可能になる。したがって、かかる構成とすることで、耐久性を効果的に向上させることが可能な燃料電池を提供することが可能になる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、触媒層にも過酸化水素分解物質が備えられているので、より効果的に過酸化水素を分解することが可能になる。したがって、かかる構成とすることで、燃料電池の耐久性をより一層向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
ＰＥＦＣのアノードでは、水素からプロトン及び電子が発生する電気化学反応が生じる一方、カソードでは、酸素が、外部回路を移動してきた電子、及び、電解質膜を通過してきたプロトンと反応することにより、水が生成される。しかしながら、ＰＥＦＣを実際に作動させると、これらの主反応の他に副反応が生じ、この副反応によって過酸化水素が生成されることが知られている。そして、ＰＥＦＣ内に鉄イオン等が存在すると、過酸化水素からＯＨラジカル等が発生し、このＯＨラジカル等により、電解質膜等に含まれる電解質成分が酸化劣化する。なお、ＰＥＦＣ内で発生した過酸化水素は、拡散等によって、ＰＥＦＣ内の電気化学反応により生成される水（以下において、「生成水」と記述することがある。）とともに移動可能である。
【００２０】
一方、ＰＥＦＣにおける電解質膜の積層面は、通常、触媒層の積層面よりも大きく、これらの構成部材を用いてユニットセルが作製されると、電解質膜の端部には空間（隙間）が形成されやすい。かかる空間には、ＰＥＦＣの作動時に生成される水が溜まりやすく、さらに、過酸化水素も留まりやすい。そのため、電解質膜の端部では、ＯＨラジカル等が発生しやすく、酸化劣化されやすい。
【００２１】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その要旨は、電解質膜の端部表面に過酸化水素分解物質を備える構成とすることで、耐久性を向上させることが可能な燃料電池を提供することにある。
【００２２】
まず、本発明の理解を容易にするため、従来の燃料電池について概説する。
図４は、従来の燃料電池を概略的に示す断面図であり、図の上下方向が触媒層の積層方向である。図示のように、従来の燃料電池９００は、電解質膜９１と当該電解質膜９１の両側に配設されるアノード触媒層９２ａ及びカソード触媒層９２ｂとを備えるＭＥＡ９５と、当該ＭＥＡ９５の両側に配設されるアノード拡散層３ａ及びカソード拡散層３ｂと、当該アノード拡散層３ａ及びカソード拡散層３ｂの外側に配設されるセパレータ６、６とを備えている。そして、アノード触媒層９２ａ及びカソード触媒層９２ｂには、例えば、電気化学反応の触媒として機能する白金が担持された炭素粒子（以下において、「白金担持カーボン」と記述する。）が備えられる一方、アノード拡散層３ａ及びカソード拡散層３ｂは、例えば、炭素繊維からなるカーボンペーパーにより構成され、セパレータ６、６を介して電解質膜９１側へ締結圧力が加えられている。ＭＥＡ９５の外側に配置されるセパレータ６、６には、アノード拡散層３ａ及びカソード拡散層３ｂ側に、それぞれ、反応ガス供給路７ａ、７ａ、…、及び７ｂ、７ｂ、…が形成されており、反応ガス供給路７ａ、７ａ、…には水素含有物質（以下において、「水素」と記述する。）が供給される一方、反応ガス供給路７ｂ、７ｂ、…には酸素含有物質（以下において、「空気」と記述する。）が供給され、これらの反対側の面には冷却媒体流路８、８、…が形成されている。
【００２３】
燃料電池９００の発電時には、例えば、反応ガス供給路７ａ、７ａ、…から供給される水素の一部が、電解質膜９１を透過して、カソード触媒層９２ｂへと達し、カソード触媒層９２ｂにおいて水素ガス及び酸素ガスが共存する場合がある。一般に、燃料電池のカソードは０．４〜１．０Ｖ程度の電位環境であり、かかる環境下において白金担持カーボン上で酸素が還元されると過酸化水素が生成され、さらに、当該過酸化水素に起因するＯＨラジカルが生成される。また、上述のように、カソード拡散層３ｂは炭素繊維により構成されているため、当該炭素繊維上で酸素が還元されても過酸化水素が生成され、過酸化水素に起因するＯＨラジカル等が生成される。
【００２４】
他方、図示のように、燃料電池９００において、電解質膜９１の端部には、空間５０、５０、…が形成されており、燃料電池９００の作動時には生成水が空間５０、５０、…に溜まりやすく、同時に、過酸化水素も当該空間５０、５０、…に留まりやすい。そのため、電解質膜９１の端部は、上記ＯＨラジカル等によって劣化され、破損されやすい。電解質膜９１が破損すると、燃料電池の電圧が低下し、発電性能の低下を招く。したがって、かかる破損の一因となる過酸化水素の生成を抑制することで、電解質膜の劣化を抑制し、燃料電池の耐久性を向上させることが望ましい。
【００２５】
以下に図面を参照しつつ、本発明の燃料電池ついてさらに具体的に説明する。
【００２６】
１．第１実施形態
図１は、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例、及び、当該燃料電池の電解質膜を概略的に示す断面図であり、図の上下方向が触媒層の積層方向である。図１（Ａ）は、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に示す断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す電解質膜のみを抽出して示す断面図である。なお、図１において、図４に示す従来の燃料電池と同様の構成を採る構成部材・部位には、図４にて使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。また、以下において、アノード触媒層及びカソード触媒層を、単に「触媒層」と表記することがある。
【００２７】
図１（Ａ）に示すように、第１実施形態にかかる燃料電池１００は、電解質膜１と当該電解質膜１の両側に配設されるアノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂとを備えるＭＥＡ５と、当該ＭＥＡ５の両側に配設されるアノード拡散層３ａ及びカソード拡散層３ｂと、当該アノード拡散層３ａ及びカソード拡散層３ｂの外側に配設されるセパレータ６、６とを備えている。アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂには、例えば、白金担持カーボンとともに過酸化水素分解物質（以下において、「酸化セリウム」と記述することがある。）が備えられる一方、アノード拡散層３ａ及びカソード拡散層３ｂは、例えば、炭素繊維からなるカーボンペーパーにより構成されている。そして、電解質膜１の端部に形成される空間５０、５０、…を構成する電解質膜１の端部表面に、酸化セリウム含有層１０、１０、…が配設されることで、過酸化水素分解物質が備えられている。
【００２８】
このように、電解質膜１の端部には空間５０、５０、…が形成されているため、燃料電池１００の作動時には、当該空間に生成水が溜まりやすく、それとともに、過酸化水素も留まりやすい。ところが、第１実施形態にかかる燃料電池１００によれば、電解質膜１の端部表面に酸化セリウム含有層１０、１０、…が備えられている。そのため、燃料電池１００によれば、空間５０、５０、…に存在し得る過酸化水素を分解することが可能になる結果、電解質膜１の端部の損傷を抑制することが可能になる。
【００２９】
さらに、上述のように、第１実施形態にかかる触媒層２ａ、２ｂには、酸化セリウムが含まれている。そのため、燃料電池１００によれば、空間５０、５０、…以外の部位、例えば、アノード触媒層２ａやカソード触媒層２ｂ等に存在する過酸化水素をも分解することが可能になる。したがって、かかる構成とすることで、燃料電池の酸化劣化を防止することが可能になり、耐久性を向上させることが可能な燃料電池を提供することが可能になる。
【００３０】
次に、触媒層と当接すべき電解質膜の表面Ａ１、及び、触媒層と当接しない電解質膜の端部表面Ａ２について、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を適宜参照しつつ、説明する。
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す燃料電池１００に備えられる電解質膜１のみを抽出して示す拡大図である。図１（Ａ）に示すように、本実施形態にかかる燃料電池１００は、従来の燃料電池９００と同様に、電解質膜よりも積層面が小さい触媒層を備えている。そのため、電解質膜１の表面は、触媒層２ａ、２ｂと当接すべき表面Ａ１と、当該触媒層２ａ、２ｂと当接しない端部表面Ａ２、Ａ２とに区分することができる（図１（Ｂ）参照）。なお、本発明において、燃料電池に拡散層が備えられて電解質膜の端部に空間（隙間）が形成される場合、本発明にかかる端部表面Ａ２は、当該空間を形成している電解質膜表面のことを意味する。以下、表面Ａ１、端部表面Ａ２という表現を適宜使用しつつ、本発明の他の実施形態について説明する。
【００３１】
２．第２実施形態
図２は、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に示す断面図であり、図の上下方向が触媒層の積層方向である。なお、図２において、図１に示す第１実施形態にかかる燃料電池と同様の構成を採る構成部材・部位には、図１にて使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００３２】
図２に示すように、第２実施形態にかかる燃料電池２００は、電解質膜１と当該電解質膜１の両側に配設されるアノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂとを備えるＭＥＡ５と、当該ＭＥＡ５の両側に配設されるアノード拡散層３ａ及びカソード拡散層３ｂと、当該アノード拡散層３ａ及びカソード拡散層３ｂの外側に配設されるセパレータ６、６とを備えている。そして、電解質膜１の端部に形成される空間５０、５０、…を構成する電解質膜１の端部表面Ａ２、Ａ２、…には、酸化セリウム含有層１０、１０、…が配設されているほか、当該空間５０、５０、…に、カーボンフィラー入りバイロン（バイロンは、東洋紡績株式会社の登録商標。以下において同じ。）等の導電性材料により構成される接着性材料層２０、２０、…が配設されている。
【００３３】
図２に示すように、第２実施形態にかかる燃料電池２００では、電解質膜１の端部に形成される空間５０、５０、…に接着性材料層２０、２０、…が配設されているため、第２実施形態にかかる空間５０、５０、…の隙間は、第１実施形態にかかる空間５０、５０、…の隙間よりも、小さい。したがって、第２実施形態にかかる燃料電池２００によれば、電解質膜１の端部に生成水が溜まり難く、当該端部に過酸化水素が留まり難いので、電解質膜１の端部の酸化劣化を容易に抑制することが可能になる。また、上記空間５０、５０、…の僅かな隙間に生成水が溜まったとしても、本実施形態にかかる電解質膜１の端部表面Ａ２、Ａ２、…には酸化セリウム含有層１０、１０、…が形成されているため、電解質膜１の端部において過酸化水素を効果的に分解することが可能になる。したがって、かかる形態とすることで、耐久性を効果的に向上させ得る燃料電池２００を提供することが可能になる。
【００３４】
３．第３実施形態
図３は、第３実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に示す断面図であり、図の上下方向が触媒層の積層方向である。なお、図３において、図２に示す第２実施形態にかかる燃料電池と同様の構成を採る構成部材・部位には、図２にて使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００３５】
図３に示すように、第３実施形態にかかる燃料電池３００は、電解質膜１と当該電解質膜１の両側に配設されるアノード触媒層２ａ及びカソード触媒層２ｂとを備えるＭＥＡ５と、当該ＭＥＡ５の両側に配設されるアノード拡散層３ａ及びカソード拡散層３ｂと、当該アノード拡散層３ａ及びカソード拡散層３ｂの外側に配設されるセパレータ６、６とを備えている。そして、電解質膜１の端部に形成される空間５０、５０、…を構成する電解質膜１の端部表面Ａ２、Ａ２、…には、接着性材料層２１、２１、…が配設されており、この接着性材料層２１、２１、…は、例えば、カーボンフィラー入りバイロン等の導電性材料に酸化セリウムを分散させる等の方法により形成されている。
【００３６】
このように、第３実施形態にかかる燃料電池３００では、電解質膜１の端部に形成される空間５０、５０、…に、過酸化水素分解物質である酸化セリウムを含む接着性材料層２１、２１、…が配設されているため、当該空間５０、５０、…に存在し得る過酸化水素を、接着性材料層２１、２１、…に含まれる過酸化水素分解物質（又は、当該過酸化水素分解物質から溶出するイオン等）により分解することが可能になる。したがって、かかる形態とすることで、燃料電池３００の耐久性を効果的に向上させることが可能になる。
【００３７】
本発明の燃料電池に接着性材料層が備えられる場合、電解質膜の端部表面Ａ２、Ａ２、…と当接するように配設されていれば、接着性材料層の配設形態は特に限定されるものではない。但し、生成水及び過酸化水素を滞留させ得る隙間を可能な限り小さくすることで電解質膜等の耐久性を効果的に向上させる等の観点からは、上記空間５０、５０、…を略完全に塞ぎ得る形態で、接着性材料層を配設することが好ましい。
【００３８】
また、本発明の燃料電池に上記接着性材料層が備えられる場合、当該接着性材料層のガラス転移温度Ｔ１は、特に限定されるものではない。但し、ＭＥＡと拡散層とを熱圧着により一体化可能とすることで燃料電池を容易に製造可能とする等の観点から、電解質膜のガラス転移温度をＴ２とするとき、Ｔ１＜Ｔ２であることが好ましい。かかる条件を満たす接着性材料層を用いれば、本発明の燃料電池が炭化水素系の電解質膜を備える場合であっても、ＭＥＡと拡散層とを熱圧着により一体化し得る、燃料電池とすることが可能になり、燃料電池を容易に製造することが可能になる。
【００３９】
さらに、上記接着性材料層を備える燃料電池とする場合、当該接着性材料層を電解質膜の端部表面Ａ２、Ａ２、…上に配設する方法は特に限定されるものではないが、簡易かつ確実に配設可能とする等の観点からは、注射器等を用いて接着性材料を配設することが好ましい。ここに、注射器を用いて上記接着性材料を配設する場合、注射器の針穴径をｒ、拡散層の弾性率をμ、触媒層の厚さをｄとするとき、
【００４０】
【数１】
2006294293.tif 000003
であることが好ましい。かかる径の針穴を有する注射器を用いれば、上記空間５０、５０、…を略完全に塞ぎ得る量の接着性材料を上記端部表面Ａ２、Ａ２、…に容易に配設することが可能になり、電解質膜の酸化劣化を効果的に抑制し得る燃料電池を提供することが可能になる。
【００４１】
上記説明では、触媒層に過酸化水素分解物質が含まれる形態について記述したが、本発明にかかる触媒層は当該形態に限定されるものではなく、過酸化水素分解物質を含まない形態の触媒層を備える燃料電池であっても良い。但し、燃料電池の作動時に副生される過酸化水素を効果的に分解し得る燃料電池とする観点からは、過酸化水素分解物質を含む触媒層、を備える形態の燃料電池とすることが好ましい。
【００４２】
また、これまで、過酸化水素分解物質として酸化セリウムが備えられる形態の燃料電池について記述したが、本発明の燃料電池に備えられ得る過酸化水素分解物質は酸化セリウムに限定されるものではない。本発明の燃料電池に備えられ得る過酸化水素分解物質の具体例としては、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｅ、Ｓｃ、Ｒｂ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｏｓ等、及び／又は、これらの金属元素を含む化合物を挙げることができる。
【００４３】
また、上記説明では、ＭＥＡ側に反応ガス供給路が形成されている形態のセパレータを備える燃料電池について記述したが、本発明にかかる燃料電池が備え得るセパレータは当該形態に限定されるものではなく、例えば、ＭＥＡ側に反応ガス供給路が形成されていないフラットタイプのセパレータであっても良い。かかる形態の燃料電池とする場合には、セパレータと当接すべき層（第１ないし第３実施形態にかかる燃料電池ではアノード拡散層及びカソード拡散層）を、めっき法や発泡法等により製造されるステンレス鋼、チタン又はニッケル等の発泡金属、あるいは焼結金属等の多孔体により形成し、当該層に反応ガスが供給される形態の燃料電池とすれば良い。
【００４４】
なお、これまで、アノード拡散層及びカソード拡散層が備えられる形態の燃料電池について記述したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。アノード拡散層及び／又はカソード拡散層が備えられなくても良好な発電性能が得られる場合には、アノード拡散層及び／又はカソード拡散層が備えられていない形態の燃料電池とすることも可能である。ここで、アノード拡散層及び／又はカソード拡散層を備えない形態の燃料電池であっても、電解質膜の積層面が触媒層の積層面よりも大きければ、電解質膜の端部に空間（隙間）が形成される。そのため、かかる場合には、電解質膜の端部表面Ａ２、Ａ２、…に過酸化水素分解物質が備えられる形態とすることで、上記効果を奏し得る燃料電池とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１実施形態にかかる本発明の燃料電池、及び、当該燃料電池の電解質膜を概略的に示す断面図である。
【図２】第２実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に示す断面図である。
【図３】第３実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に示す断面図である。
【図４】従来の燃料電池を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  電解質膜
２ａ  アノード触媒層
２ｂ  カソード触媒層
３ａ  アノード拡散層
３ｂ  カソード拡散層
１０  酸化セリウム含有層（過酸化水素分解物質含有層）
２０、２１  接着性材料層
１００、２００、３００  燃料電池
【図１】
2006294293.tif 000004
【図２】
2006294293.tif 000005
【図３】
2006294293.tif 000006
【図４】
2006294293.tif 000007