(57)【要約】【課題】電解質膜−電極接合体の乾燥を抑制した信頼性の高い燃料電池を提供する。【解決手段】カソードセパレータ１ａは、発電領域７の外側に形成された酸化剤ガス入口部１４ａから発電領域７に供給された酸化剤ガスをカソード流路溝３に分配するカソードガス分流部８を有し、カソードガス分流部８と対向するカソード触媒層の領域の触媒目付量を、カソードガス分流部８以外のカソード触媒層の触媒目付量よりも多くしたことで、発電による生成水を促進でき、カソードセパレータ１ａと、カソードガス拡散層との電気的な接触抵抗の増加による電解質膜の乾燥を抑制し、燃料電池の信頼性を向上させることができる。【選択図】図１
2019102249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両主面をカソード触媒層とアノード触媒層とで挟んだ電解質膜−電極接合体と、前記カソード触媒層に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成されたカソードセパレータと、前記アノード触媒層に燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成されたアノードセパレータと、を備え、
前記酸化剤ガス流路は、前記カソード触媒層と対向する領域に形成された複数本の流路溝と、前記カソード触媒層と対向しない領域に形成された酸化剤ガス入口部と、前記カソード触媒層と対向する領域に形成され前記酸化剤ガス入口部から供給された前記酸化剤ガスを前記流路溝に分配する島状の複数の突起が窪み部の底面から立設された分流部と、を有し、
前記分流部と対向する前記カソード触媒層の触媒目付量が、前記分流部以外の前記カソード触媒層の触媒目付量よりも多い、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
電解質膜の両主面をカソード触媒層とアノード触媒層とで挟んだ電解質膜−電極接合体と、前記カソード触媒層に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成されたカソードセパレータと、前記アノード触媒層に燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成されたアノードセパレータと、を備え、
前記カソード触媒層と対向する領域の前記酸化剤ガス流路は、下流に向かうほど溝の本数が減る複数本の流路溝と、溝の本数が変わる部分で前記流路溝を分割する島状の複数の突起が窪み部の底面から立設された合流分流部と、を有し、
前記合流分流部と対向する前記カソード触媒層の触媒目付量が、前記合流分流部以外の前記カソード触媒層の触媒目付量よりも多い、
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、電解質膜−電極接合体をアノードセパレータとカソードセパレータとで挟んだ固体高分子型の燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスとしての水素と、酸化剤ガスとしての酸素と、を反応させて発電する固体高分子型燃料電池において、アノードでは（化１）の反応が進行する。
【０００３】
【化１】
2019102249.tif 000003
（化１）で生じる電子は、アノードから、外部回路を経由して、カソードに到達する。また、（化１）で生じたプロトンは、水と水和した状態で、電気浸透により電解質膜内をアノード側からカソード側に移動する。
【０００４】
一方、カソードでは（化２）の反応が進行する。
【０００５】
【化２】
2019102249.tif 000004
固体高分子型燃料電池は、電解質膜のプロトン伝導性を確保するため、加湿した反応ガスを、しばしば用いる。
【０００６】
固体高分子型燃料電池の電解質膜−電極接合体は、電解質膜の両主面に、触媒層とガス拡散層が、順に積層した構造を有するものである。触媒層は、（化１）または（化２）の電極反応が進行する場であり、白金や白金合金等の触媒をカーボン等の導電性粒子に担持させたものと、高分子電解質（アイオノマー）とを主成分とする。
【０００７】
両極に設置されたガス拡散層に接する導電性のセパレータは、触媒層への反応ガスの拡散性の確保や、電極の導電性の確保を目的として設けられており、一般的にカーボンとバインダー樹脂の成型体が用いられる。
【０００８】
このセパレータには、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給し、排出するためのマニホールド孔が設けられており、セパレータにおける電解質膜−電極接合体と当接する面には、燃料ガスまたは酸化剤ガスが通流する溝状でサーペンタイン状に形成されたガス流路が形成され、また、ガス拡散層とは、セパレータのガス流路に隣接する突状のリブ部で接している。
【０００９】
このようなサーペンタイン状のガス流路において、流路の折り返し部に窪み部を設け、窪み部の底面から立設した島状の突起部がアノードセパレータとカソードセパレータの両方に配置されている。すなわち、アノードセパレータの突起部とカソードセパレータの突起部とが、電解質膜−電極接合体と当接する領域を有している。
【００１０】
この場合、突起部で反応が行われるため、他の領域（例えば、ガス流路のリブ部）と比べ、ガス拡散層と接触する面積が小さくなる。このため、窪み部の突起部では、他の領域と比較して、発電が集中することになる。
【００１１】
燃料電池の積層方向から見て、一方のセパレータに設けられた窪み部と、他方のセパレータに設けられた窪み部とが重なる部分では、特に発電集中が大きくなり、発熱量が増加して、電解質膜−電極接合体の発電性能を著しく低下させる。
【００１２】
このため、一方のセパレータに設けられた窪み部と、他方のセパレータに設けられた窪み部のそれぞれが重なり合う面積が最小になるよう構成された高分子型燃料電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
図１７は、特許文献１に記載された従来の燃料電池の基本構成（単位セル）の概略断面図である。図１７に示すように、従来の燃料電池１００は、電解質膜−電極接合体１２２と、ガスケット１１４と、カソードセパレータ１０１と、アノードセパレータ１０２と、燃料ガス供給マニホールド１０８と、酸化剤ガス供給マニホールド１１０と、を備えている。
【００１４】
電解質膜−電極接合体１２２は、高分子電解質膜１１５と、その両主面にカソード触媒層１１６およびアノード触媒層１１７と、カソード触媒層１１６のカソードセパレータ１０１側にカソードガス拡散層１１８と、アノード触媒層１１７のアノードセパレータ１０２側にアノードガス拡散層１１９と、を備えている。
【００１５】
カソード触媒層１１６とカソードガス拡散層１１８とを合わせて、カソード電極１２０とし、アノード触媒層１１７とアノードガス拡散層１１９とを合わせてアノード電極１２１として、構成されている。
【００１６】
図１８は、従来の燃料電池のカソードセパレータのガス流路溝を示す平面図である。図１８に示すように、従来の燃料電池１００のカソードセパレータ１０１は、カソード発電領域１２９を有している。
【００１７】
このカソード発電領域１２９には、酸化剤ガス供給マニホールド孔１１０から酸化剤ガスを通流するための酸化剤ガス流路溝１０６と、酸化剤ガス流路リブ１０３が設置されている。さらに酸化剤ガス流路溝１０６は、蛇行して折り返すように構成されている。
【００１８】
また、酸化剤ガスは、上流側第２突起部１２６が立設した上流側第２窪み部１２５を経由して、カソードセパレータ１０１の下流に分流され、酸化剤ガス排出マニホールド孔１１１から排出されるように構成されている。
【００１９】
図１９は、従来の燃料電池のアノードセパレータのガス流路溝を示す平面図である。図１９に示すように、従来の燃料電池１００のアノードセパレータ１０２は、アノード発電領域１３０を有している。
【００２０】
このアノード発電領域１３０には、燃料ガス供給マニホールド孔１０８から燃料ガスを通流させるための燃料ガス流路溝１０７と、燃料ガス流路リブ１０４が設置されている。さらに燃料ガス流路溝１０７は、蛇行して折り返すように構成されている。
【００２１】
また、燃料ガスは、上流側第１突起部１２４が立設した上流側第１窪み部１２３と、下流側第１突起部１２９が立設した下流側第１窪み部１２８とを経由して、アノードセパレータ１０２の下流に分流され、燃料ガス排出マニホールド孔１０９から排出されるように
構成されている。
【００２２】
図２０は、従来の燃料電池のアノードセパレータとカソードセパレータを、第１の側部同士と第２の側部同士で重ね合わせて、アノードセパレータの厚み方向から透視した平面図である。
【００２３】
図２０において、カソードセパレータ１０１の上流側第２突起部１２６が立設した上流側第２窪み部１２５と、アノードセパレータ１０２の下流側第１突起部１２９が立設した下流側第１窪み部１２８との重なり部１２７は、ハッチングで示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特許第５２０４９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、従来の構成では、従来技術のガス流路に設けられたカソードセパレータ１０１の上流側第２窪み部１２５と、アノードセパレータ１０２の下流側第１窪み部１２８との重なりを極力回避するだけでは、上流側第２窪み部１２５に立設した上流側第２突起部１２６と、電解質膜−電極接合体１２２のカソードガス拡散層１１８と、の接する面積が、上流側第２窪み部１２５以外で、酸化剤ガス流路リブ１０３と電解質膜−電極接合体１２２のカソードガス拡散層１１８と、の接する面積よりも小さいため、発電集中が回避できず、カソードセパレータ１０１と、電解質膜−電極接合体１２２のカソードガス拡散層１１８との間の電気的な接触抵抗によって、発熱量が増加し、高分子電解質膜１１５が乾燥し、耐久性を保持できないという課題を有していた。
【００２６】
本発明は、従来の課題を解決するもので、電解質膜の乾燥を抑えることができ、耐久性の高い燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池は、カソードセパレータの酸化剤ガス流路に、カソード触媒層と対向する領域に形成され酸化剤ガス入口部から供給された酸化剤ガスを流路溝に分配する島状の複数の突起が窪み部の底面から立設された分流部、または、下流に向かうほど溝の本数が減る酸化剤ガス流路における溝の本数が変わる部分で流路溝を分割する島状の複数の突起が窪み部の底面から立設された合流分流部と、を有し、分流部、または、合流分流部と対向するカソード触媒層の触媒目付量を、分流部以外、または、合流分流部以外の部分と対向するカソード触媒層の触媒目付量よりも多くなるように構成したものである。
【００２８】
上記構成の本発明の燃料電池は、酸化剤ガス流路の分流部、または、合流分流部と対向するカソード触媒層の触媒目付量が、その部分以外と対向するカソード触媒層の触媒目付量よりも多いので、発電による生成水を促し、電解質膜の乾燥を抑制するため、燃料電池の耐久性が高くなる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の燃料電池は、酸化剤ガス流路の分流部、または、合流分流部と対向するカソード触媒層の触媒目付量が、その部分以外と対向するカソード触媒層の触媒目付量よりも多いので、発電による生成水を促し、電解質膜−電極接合体の乾燥を抑制し、燃料電池の耐久性を向上させることができ、信頼性の高い燃料電池を提供できる。また、電解質膜−電極接合体の全面で触媒目付量を増やすことがないため、コストの抑制効果も奏することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１の燃料電池におけるカソードセパレータのガス流路溝を示す平面図
【図２】本発明の実施の形態１の燃料電池におけるカソードセパレータのガス流路溝の分流部を示す部分拡大図
【図３】本発明の実施の形態１の燃料電池におけるアノードセパレータのガス流路溝を示す平面図
【図４】本発明の実施の形態１の燃料電池におけるアノードセパレータのガス流路溝の分流部を示す部分拡大図
【図５】本発明の実施の形態１の燃料電池における電解質膜−電極接合体と、カソードセパレータおよびアノードセパレータで構成される単位セルを分解した状態の概略断面図
【図６】本発明の実施の形態１の燃料電池における単位セルを電解質膜−電極接合体の電解質膜の厚み方向から透視した平面図
【図７】本発明の実施の形態２の燃料電池におけるカソードセパレータのガス流路溝を示す平面図
【図８】本発明の実施の形態２の燃料電池におけるカソードセパレータのガス流路溝の合流分流部を示す部分拡大図
【図９】本発明の実施の形態２の燃料電池におけるアノードセパレータのガス流路溝を示す平面図
【図１０】本発明の実施の形態２の燃料電池におけるアノードセパレータのガス流路溝の合流分流部を示す部分拡大図
【図１１】本発明の実施の形態２の燃料電池における電解質膜−電極接合体と、カソードセパレータおよびアノードセパレータで構成される単位セルを分解した状態の概略断面図
【図１２】本発明の実施の形態２の燃料電池における単位セルを電解質膜−電極接合体の電解質膜の厚み方向から透視した平面図
【図１３】本発明の実施の形態３の燃料電池におけるカソードセパレータのガス流路溝を示す平面図
【図１４】本発明の実施の形態３の燃料電池におけるアノードセパレータのガス流路溝を示す平面図
【図１５】本発明の実施の形態３の燃料電池における電解質膜−電極接合体と、カソードセパレータおよびアノードセパレータで構成される単位セルを分解した状態の概略断面図
【図１６】本発明の実施の形態３の燃料電池における電解質膜−電極接合体の電解質膜の厚み方向からカソードセパレータを透視した平面図
【図１７】従来の燃料電池の単位セルの概略断面図
【図１８】従来の燃料電池のカソードセパレータのガス流路溝を示す平面図
【図１９】従来の燃料電池のアノードセパレータのガス流路溝を示す平面図
【図２０】従来の燃料電池のアノードセパレータとカソードセパレータを第１の側部同士と第２の側部同士で重ね合わせてアノードセパレータの厚み方向から透視した平面図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
第１の発明は、電解質膜の両主面をカソード触媒層とアノード触媒層とで挟んだ電解質膜−電極接合体と、カソード触媒層に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成されたカソードセパレータと、アノード触媒層に燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成されたアノードセパレータと、を備え、酸化剤ガス流路は、カソード触媒層と対向する領域に形成された複数本の流路溝と、カソード触媒層と対向しない領域に形成された酸化剤ガス入
口部と、カソード触媒層と対向する領域に形成され酸化剤ガス入口部から供給された酸化剤ガスを流路溝に分配する島状の複数の突起が窪み部の底面から立設された分流部と、を有し、分流部と対向するカソード触媒層の触媒目付量が、分流部以外のカソード触媒層の触媒目付量よりも多いことを特徴とする燃料電池である。
【００３２】
上記構成とすることで、酸化剤ガス流路の分流部と対向するカソード触媒層の触媒目付量が、その部分以外と対向するカソード触媒層の触媒目付量よりも多いので、発電による生成水を促し、電解質膜−電極接合体の乾燥を抑制し、燃料電池の耐久性を向上させることができ、信頼性の高い燃料電池を提供できる。また、電解質膜−電極接合体の全面で触媒目付量を増やすことがないため、コストの抑制効果も奏することができる。
【００３３】
第２の発明は、電解質膜の両主面をカソード触媒層とアノード触媒層とで挟んだ電解質膜−電極接合体と、カソード触媒層に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成されたカソードセパレータと、アノード触媒層に燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成されたアノードセパレータと、を備え、カソード触媒層と対向する領域の酸化剤ガス流路は、下流に向かうほど溝の本数が減る複数本の流路溝と、溝の本数が変わる部分で流路溝を分割する島状の複数の突起が窪み部の底面から立設された合流分流部と、を有し、合流分流部と対向するカソード触媒層の触媒目付量が、合流分流部以外のカソード触媒層の触媒目付量よりも多いことを特徴とする燃料電池である。
【００３４】
上記構成とすることで、酸化剤ガス流路の合流分流部と対向するカソード触媒層の触媒目付量が、その部分以外と対向するカソード触媒層の触媒目付量よりも多いので、発電による生成水を促し、電解質膜−電極接合体の乾燥を抑制し、燃料電池の耐久性を向上させることができ、信頼性の高い燃料電池を提供できる。また、電解質膜−電極接合体の全面で触媒目付量を増やすことがないため、コストの抑制効果も奏することができる。
【００３５】
また、合流分流部の下流側の流路溝の本数は、合流分流部の上流側の流路溝の本数よりも少ないので、電解質膜−電極接合体にガスを均等分配でき、発電性能を向上することができる。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の燃料電池におけるカソードセパレータのガス流路溝を示す平面図である。図２は、本発明の実施の形態１の燃料電池におけるカソードセパレータのガス流路溝の分流部を示す部分拡大図である。図３は、本発明の実施の形態１の燃料電池におけるアノードセパレータのガス流路溝を示す平面図である。図４は、本発明の実施の形態１の燃料電池におけるアノードセパレータのガス流路溝の分流部を示す部分拡大図である。図５は、本発明の実施の形態１の燃料電池における電解質膜−電極接合体と、カソードセパレータおよびアノードセパレータで構成される単位セルを分解した状態の概略断面図である。図６は、本発明の実施の形態１の燃料電池における単位セルを電解質膜−電極接合体の電解質膜の厚み方向から透視した平面図である。
【００３８】
図１および図２に示すように、本実施の形態の燃料電池におけるカソードセパレータ１ａは、カソード触媒層と対向する部分にカソード流路溝３とカソード流路リブ５が形成された発電領域７を有し、発電領域７よりも外側に酸化剤ガス入口部１４ａおよび酸化剤ガス出口部１４ｂを有する。発電領域７では、７本のカソード流路溝３とカソード流路リブ５とによって、サーペンタイン状に７本の酸化剤ガスの流路が構成されている。
【００３９】
また、カソードセパレータ１ａには、酸化剤ガス入口部１４ａから５本の酸化剤ガス連通路溝を介して発電領域７に供給された酸化剤ガスを７本のカソード流路溝３に分配するカソードガス分流部８を有している。カソードガス分流部８は、島状の複数のカソードセパ突起部１０がカソードセパ窪み部１１の底面から立設された構成を有している。
【００４０】
また、カソード流路溝３の下流端にも、発電領域７の外側で酸化剤ガス出口部１４ｂと連通する５本の酸化剤ガス連通路溝に、７本のカソード流路溝３を流れた酸化剤ガスを分配するカソードガス分流部８を有している。
【００４１】
また、カソードセパレータ１ａの裏面（カソード流路溝３が形成された面の反対側の面）に、冷却媒体入口部１５ａから冷却媒体出口部１５ｂへ冷却媒体を導通するための冷却溝（図示せず）を有している。
【００４２】
図３および図４に示すように、本実施の形態の燃料電池におけるアノードセパレータ２ａは、アノード触媒層と対向する部分にアノード流路溝４とアノード流路リブ６が形成された発電領域７を有し、発電領域７よりも外側に燃料ガス入口部１６ａおよび燃料ガス出口部１６ｂを有する。発電領域７では、７本のアノード流路溝４とアノード流路リブ６とによって、サーペンタイン状に７本の燃料ガスの流路が構成されている。
【００４３】
また、アノードセパレータ２ａには、燃料ガス入口部１６ａから５本の燃料ガス連通路溝を介して発電領域７に供給された燃料ガスを７本のアノード流路溝４に分配するアノードガス分流部９を有している。アノードガス分流部９は、島状の複数のアノードセパ突起部１２がアノードセパ窪み部１３の底面から立設された構成を有している。
【００４４】
また、アノード流路溝４の下流端にも、発電領域７の外側で燃料ガス出口部１６ｂと連通する５本の燃料ガス連通路溝に、７本のアノード流路溝４を流れた燃料ガスを分配するアノードガス分流部９を有している。
【００４５】
また、冷却媒体入口部１５ａから冷却媒体出口部１５ｂへ冷却媒体を導通するための冷却溝（図示せず）がアノードセパレータ２ａの裏面（アノード流路溝４が形成された面の反対側の面）に構成される。
【００４６】
カソードセパレータ１ａおよびアノードセパレータ２ａは、カーボン粉末と樹脂バインダーとを混合した材料を金型内に供給し、金型内に供給された原料粉に圧力と熱を加えることによって形成したものを用いる。カソードセパレータ１ａおよびアノードセパレータ２ａの形状は、略矩形とする。
【００４７】
図５および図６に示すように、厚み方向に多数積層されて本実施の形態の燃料電池を構成する単位セル１７ａは、電解質膜−電極接合体２５ａと、電解質膜−電極接合体２５ａのカソード側に配置されるカソードセパレータ１ａと、電解質膜−電極接合体２５ａのアノード側に配置されるアノードセパレータ２ａとで構成されている。図５は、図６のＡ−Ａ線の断面図を示している。
【００４８】
電解質膜−電極接合体２５ａは、プロトンが膜内を伝導する電解質膜１８、電解質膜１８の一方の主面に配置されるカソード触媒層１９、電解質膜１８の他方の主面に配置されるアノード触媒層２０、カソード触媒層１９に積層されカソードセパレータ１ａの発電領域７と接触するカソードガス拡散層２１、アノード触媒層２０に積層されアノードセパレータ２ａの発電領域７と接触するアノードガス拡散層２２で構成される。
【００４９】
また、電解質膜−電極接合体２５ａの周囲は、燃料ガスと酸化剤ガスが漏れるのを防止するガスケット２４によって固定されている。また、カソードセパレータ１ａのカソードガス分流部８に対向するカソード触媒層１９には、カソード触媒量の目付け量を２倍にした増した領域２３を有している。
【００５０】
電解質膜−電極接合体２５ａに用いる電解質膜１８は、パーフルオロカーボンスルホン酸からなるフッ素系の電解質膜１８を用いる。
【００５１】
カソード触媒層１９およびアノード触媒層２０は、白金系金属触媒を坦持したカーボン粉末とプロトン導電性を有する高分子材料とを主成分とした多孔質部材を用いる。また、カソード触媒層１９およびアノード触媒層２０の形状は、略矩形とする。
【００５２】
カソードガス拡散層２１およびアノードガス拡散層２２は、炭素繊維を基材とした部材を用いる。ガスケット２４は、三元系フッ素ゴムガスケットを用いる。
【００５３】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池について、以下その動作、作用について、図１から図６を参照して説明する。
【００５４】
まず、図１に示すように、酸化剤ガスが、カソードセパレータ１ａの発電領域７の外側に位置する酸化剤ガス入口部１４ａから、発電領域７の外側で酸化剤ガス入口部１４ａと連通する５本の酸化剤ガス連通路溝を介してカソードガス分流部８に供給され、カソードガス分流部８から、サーペンタイン状の７本のカソード流路溝３に分配される。
【００５５】
そして、発電に使用されなかった酸化剤ガスが、カソード流路溝３の下流端から、カソード流路溝３の下流端と連通するカソードガス分流部８と、発電領域７の外側で酸化剤ガス出口部１４ｂと連通する５本の酸化剤ガス連通路溝とを介して、酸化剤ガス出口部１４ｂに排出される。
【００５６】
また、図３に示すように、燃料ガスが、アノードセパレータ２ａの発電領域７の外側に位置する燃料ガス入口部１６ａから、発電領域７の外側で燃料ガス入口部１６ａと連通する５本の燃料ガス連通路溝を介してアノードガス分流部９に供給され、アノードガス分流部９から、サーペンタイン状の７本のアノード流路溝４に分配される。
【００５７】
そして、発電に使用されなかった燃料ガスが、アノード流路溝４の下流端から、アノード流路溝４の下流端と連通するアノードガス分流部９と、発電領域７の外側で燃料ガス出口部１６ｂと連通する５本の燃料ガス連通路溝を介して、燃料ガス出口部１６ｂに排出される。
【００５８】
次に、図５に示すように、燃料電池の単位セル１７ａは、電解質膜−電極接合体２５ａをカソードセパレータ１ａとアノードセパレータ２ａとで狭持することで構成する。このとき、カソードセパレータ１ａのカソードガス分流部８に、カソード触媒量の目付け量を２倍に増した領域２３が対向するように電解質膜−電極接合体２５ａを配置する。
【００５９】
以上のように本実施の形態の燃料電池は、電解質膜１８の両主面をカソード触媒層１９とアノード触媒層２０とで挟んだ電解質膜−電極接合体２５ａと、カソード触媒層１９に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成されたカソードセパレータ１ａと、アノード触媒層２０に燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成されたアノードセパレータ２ａと、を備え、酸化剤ガス流路は、カソード触媒層１９と対向する領域（発電領域７）に形成された複数本のカソード流路溝３と、カソード触媒層１９と対向しない領域に形成された酸化剤ガス入口部１４ａと、カソード触媒層と対向する領域（発電領域７）に形成され酸化
剤ガス入口部１４ａから供給された酸化剤ガスをカソード流路溝３に分配する島状の複数のカソードセパ突起部１０がカソードセパ窪み部１１の底面から立設されたカソードガス分流部８と、を有し、カソードガス分流部８と対向するカソード触媒層１９の領域２３の触媒目付量を、カソードガス分流部８以外のカソード触媒層１９の触媒目付量よりも多くした（電解質膜−電極接合体２５ａのカソード触媒層１９の触媒目付量を他の領域よりも増した領域２３をカソードセパレータ１ａのカソードガス分流部８に対向するように配置させた）ことを特徴とする。
【００６０】
上記構成とすることで、発電による生成水を促すことができ、カソードセパレータ１ａと、電解質膜−電極接合体２５ａのカソードガス拡散層２１との間で発電集中しやすいカソードセパ突起部１０において、電解質膜１８の乾燥を抑制することができる。これにより、燃料電池の耐久性を向上させることができ、信頼性の高い燃料電池を提供できる。また、電解質膜−電極接合体２５ａの全面で触媒目付量を増やすことがないため、コストの抑制効果も奏することができる。
【００６１】
なお、実施の形態１では、カソードセパレータ１ａの発電領域７の酸化剤ガスの流路（カソード流路溝３）とアノードセパレータ２ａの発電領域７の燃料ガスの流路（アノード流路溝４）の本数が７本の例で、説明したが、７本である必要はなく、７本以外の本数であっても構わない。
【００６２】
同様に、酸化剤ガス連通路溝と燃料ガス連通路溝の本数が５本の例で、説明したが、５本である必要はなく、５本以外の本数であっても構わない。
【００６３】
なお、実施の形態１では、カソードセパレータ１ａおよびアノードセパレータ２ａは、カーボンを含む材質を用いたが、金属を含む材質で構成することもできる。
【００６４】
カソードセパレータ１ａおよびアノードセパレータ２ａが、金属を含む材質で構成される場合、カソードセパレータ１ａおよびアノードセパレータ２ａは、金属プレートからなるものであってもよい。また、カソードセパレータ１ａおよびアノードセパレータ２ａとして、チタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施したものも使用することができる。
【００６５】
なお、実施の形態１では、カソード流路溝３とカソード流路リブ５が形成された発電領域７およびアノード流路溝４とアノード流路リブ６が形成された発電領域７の反応ガスの流路形状は、サーペンタイン形状であるが、これに限定されず、ストレート形状であっても、これらの組合せであってもよい。
【００６６】
なお、実施の形態１では、ガスケット２４は、熱可塑性エラストマーを用いたが、接着剤等の化合物を使用することもできる。
【００６７】
また、ガスケット２４の材料としては、本実施の形態では、三元系フッ素ゴムを用いたが、その他のフッ素ゴム系、シリコーンゴム、天然ゴム、ＥＰＤＭ、ブチルゴム等の熱可塑性エラストマー、あるいはイソプレンゴム及びブタジエンゴム等のラテックスを用いた接着剤、液状のポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、シリコーンゴム等を用いた接着剤等、本実施の形態が実現できるならば、三元系フッ素ゴム以外の材料を用いることもできる。
【００６８】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２の燃料電池におけるカソードセパレータのガス流路溝を示す平面図である。図８は、本発明の実施の形態２の燃料電池におけるカソードセパレー
タのガス流路溝の合流分流部を示す部分拡大図である。図９は、本発明の実施の形態２の燃料電池におけるアノードセパレータのガス流路溝を示す平面図である。図１０は、本発明の実施の形態２の燃料電池におけるアノードセパレータのガス流路溝の合流分流部を示す部分拡大図である。図１１は、本発明の実施の形態２の燃料電池における電解質膜−電極接合体と、カソードセパレータおよびアノードセパレータで構成される単位セルを分解した状態の概略断面図である。図１２は、本発明の実施の形態２の燃料電池における単位セルを電解質膜−電極接合体の電解質膜の厚み方向から透視した平面図である。
【００６９】
図７および図８に示すように、本実施の形態の燃料電池におけるカソードセパレータ１ｂは、カソード触媒層１９と対向する部分に下流に向かうほど溝の本数が減るカソード流路溝３とカソード流路リブ５が形成された発電領域７を有し、発電領域７よりも外側に、酸化剤ガス入口部１４ａおよび酸化剤ガス出口部１４ｂを有する。発電領域７では、カソード流路溝３とカソード流路リブ５とによって、サーペンタイン状に酸化剤ガスの流路が構成されている。
【００７０】
また、カソードセパレータ１ｂの発電領域７には、カソード流路溝３の本数が５本から４本に変わる（減る）部分と４本から３本に変わる（減る）部分でカソード流路溝３を分割するカソードガス合流分流部２６を有している。カソードガス合流分流部２６は、島状の複数のカソードセパ突起部１０がカソードセパ窪み部１１の底面から立設された構成を有している。
【００７１】
カソード流路溝３は、酸化剤ガス入口部１４ａおよび酸化剤ガス出口部１４ｂと、酸化剤ガス連通路溝を介して連通している。
【００７２】
また、カソードセパレータ１ｂの裏面（カソード流路溝３が形成された面の反対側の面）に、冷却媒体入口部１５ａから冷却媒体出口部１５ｂへ冷却媒体を導通するための冷却溝（図示せず）を有している。
【００７３】
図９および図１０に示すように、本実施の形態の燃料電池におけるアノードセパレータ２ｂは、アノード触媒層２０と対向する部分に下流に向かうほど溝の本数が減るアノード流路溝４とアノード流路リブ６が形成された発電領域７を有し、発電領域７よりも外側に燃料ガス入口部１６ａおよび燃料ガス出口部１６ｂを有する。発電領域７では、アノード流路溝４とアノード流路リブ６とによって、サーペンタイン状に燃料ガスの流路が構成されている。
【００７４】
また、アノードセパレータ２ｂの発電領域７には、アノード流路溝４の本数が５本から４本に変わる（減る）部分と４本から３本に変わる（減る）部分でアノード流路溝４を分割するアノードガス合流分流部２７を有している。アノードガス合流分流部２７は、島状の複数のアノードセパ突起部１２がアノードセパ窪み部１３の底面から立設された構成を有している。
【００７５】
アノード流路溝４は、燃料ガス入口部１６ａおよび燃料ガス出口部１６ｂと、燃料ガス連通路溝を介して連通している。
【００７６】
また、アノードセパレータ２ｂの裏面（アノード流路溝４が形成された面の反対側の面）に、冷却媒体入口部１５ａから冷却媒体出口部１５ｂへ冷却媒体を導通するための冷却溝（図示せず）を有している。
【００７７】
カソードセパレータ１ｂおよびアノードセパレータ２ｂは、カーボン粉末と樹脂バインダーとを混合した材料を金型内に供給し、金型内に供給された原料粉に圧力と熱を加える
ことによって形成することができる。カソードセパレータ１ｂおよびアノードセパレータ２ｂの形状は、略矩形とする。
【００７８】
図１１および図１２に示すように、厚み方向に多数積層されて本実施の形態の燃料電池を構成する単位セル１７ｂは、電解質膜−電極接合体２５ｂと、電解質膜−電極接合体２５ｂのカソード側に配置されるカソードセパレータ１ｂと、電解質膜−電極接合体２５ｂのアノード側に配置されるアノードセパレータ２ｂとで構成されている。図１１は、図１２のＢ−Ｂ線の断面図を示している。
【００７９】
電解質膜−電極接合体２５ｂは、プロトンが膜内を伝導する電解質膜１８、電解質膜１８の一方の主面に配置されるカソード触媒層１９、電解質膜１８の他方の主面に配置されるアノード触媒層２０、カソード触媒層１９に積層されカソードセパレータ１ｂの発電領域７と接触するカソードガス拡散層２１、アノード触媒層２０に積層されアノードセパレータ２ｂの発電領域７と接触するアノードガス拡散層２２で構成される。
【００８０】
また、電解質膜−電極接合体２５ｂの周囲は、燃料ガスと酸化剤ガスが漏れるのを防止するガスケット２４によって固定されている。また、カソードセパレータ１ｂのカソードガス合流分流部２６に対向するカソード触媒層１９には、カソード触媒量の目付け量を２倍にした増した領域２３を有している。
【００８１】
電解質膜−電極接合体２５ｂに用いる電解質膜１８は、パーフルオロカーボンスルホン酸からなるフッ素系の電解質膜１８を用いる。
【００８２】
カソード触媒層１９およびアノード触媒層２０は、白金系金属触媒を坦持したカーボン粉末とプロトン導電性を有する高分子材料とを主成分とした多孔質部材を用いる。また、カソード触媒層１９およびアノード触媒層２０の形状は、略矩形とする。
【００８３】
カソードガス拡散層２１およびアノードガス拡散層２２は、炭素繊維を基材とした部材を用いる。ガスケット２４は、三元系フッ素ゴムガスケットを用いる。
【００８４】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池について、以下その動作、作用について、図７から図１２を参照して説明する。
【００８５】
まず、図７に示すように、酸化剤ガスが、カソードセパレータ１ｂの発電領域７の外側に位置する酸化剤ガス入口部１４ａから、発電領域７の外側で酸化剤ガス入口部１４ａと連通する５本の酸化剤ガス連通路溝を介して、５本のサーペンタイン状のカソード流路溝３に供給される。
【００８６】
５本のカソード流路溝３を流れた酸化剤ガスは、１番目のカソードガス合流分流部２６で合流した後に４本のサーペンタイン状のカソード流路溝３に分配される。４本のカソード流路溝３を流れた酸化剤ガスは、２番目のカソードガス合流分流部２６で合流した後に３本のサーペンタイン状のカソード流路溝３に分配される。
【００８７】
そして、発電に使用されなかった酸化剤ガスが、３本のカソード流路溝３から、発電領域７の外側で酸化剤ガス出口部１４ｂと連通する３本の酸化剤ガス連通路溝を介して、酸化剤ガス出口部１４ｂに排出される。
【００８８】
また、図９に示すように、燃料ガスが、アノードセパレータ２ｂの発電領域７の外側に位置する燃料ガス入口部１６ａから、発電領域７の外側で燃料ガス入口部１６ａと連通する５本の燃料ガス連通路溝を介して、５本のサーペンタイン状のアノード流路溝４に供給
される。
【００８９】
５本のアノード流路溝４を流れた燃料ガスは、１番目のアノードガス合流分流部２７で合流した後に４本のサーペンタイン状のアノード流路溝４に分配される。４本のアノード流路溝４を流れた燃料ガスは、２番目のアノードガス合流分流部２７で合流した後に３本のサーペンタイン状のアノード流路溝４に分配される。
【００９０】
そして、発電に使用されなかった燃料ガスが、３本のアノード流路溝４から、発電領域７の外側で燃料ガス出口部１６ｂと連通する３本の燃料ガス連通路溝を介して、燃料ガス出口部１６ｂに排出される。
【００９１】
次に、図１１に示すように、燃料電池の単位セル１７ｂは、電解質膜−電極接合体２５ｂをカソードセパレータ１ｂとアノードセパレータ２ｂとで狭持することで構成する。このとき、カソードセパレータ１ｂのカソードガス合流分流部２６に、カソード触媒量の目付け量を２倍に増した領域２３が対向するように、電解質膜−電極接合体２５ｂを配置する。
【００９２】
以上のように本実施の形態の燃料電池は、電解質膜１８の両主面をカソード触媒層１９とアノード触媒層２０とで挟んだ電解質膜−電極接合体２５ｂと、カソード触媒層１９に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成されたカソードセパレータ１ｂと、アノード触媒層２０に燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成されたアノードセパレータ２ｂと、を備え、カソード触媒層１９と対向する領域（発電領域７）の酸化剤ガス流路は、下流に向かうほど溝の本数が減る複数本のカソード流路溝３と、カソード流路溝３の本数が変わる部分でカソード流路溝３を分割する島状の複数のカソードセパ突起部１０がカソードセパ窪み部１１の底面から立設されたカソードガス合流分流部２６と、を有し、カソードガス合流分流部２６と対向するカソード触媒層１９の領域２３の触媒目付量を、カソードガス合流分流部２６以外のカソード触媒層１９の触媒目付量よりも多くした（電解質膜−電極接合体２５ｂのカソード触媒層１９の触媒目付量を他の領域よりも増した領域２３をカソードセパレータ１ｂのカソードガス合流分流部２６に対向するように配置させた）ことを特徴とする。
【００９３】
上記構成とすることで、発電による生成水を促し、電解質膜−電極接合体２５ｂの乾燥を抑制し、燃料電池の耐久性を向上させることができ、信頼性の高い燃料電池を提供できる。また、電解質膜−電極接合体２５ｂの全面で触媒目付量を増やすことがないため、コストの抑制効果も奏することができる。
【００９４】
また、カソードガス合流分流部２６の下流側のカソード流路溝３の本数は、カソードガス合流分流部２６の上流側のカソード流路溝３の本数よりも少ないので、電解質膜−電極接合体２５ｂにガスを均等分配でき、発電性能を向上することができる。
【００９５】
なお、実施の形態２では、カソードセパレータ１ｂの発電領域７の酸化剤ガスの流路（カソード流路溝３）とアノードセパレータ２ｂの発電領域７の燃料ガスの流路（アノード流路溝４）の本数が、上流側から下流側に向かって、５本、４本、３本と変わる例で、説明したが、上流側から下流側に向かって、本数が減少するのであれば、他の本数であっても構わない。カソードガス合流分流部２６またはアノードガス合流分流部２７を通過する度に減る本数は１本でなくても構わない。
【００９６】
なお、実施の形態２では、カソードセパレータ１ｂおよびアノードセパレータ２ｂは、カーボンを含む材質を用いたが、金属を含む材質で構成することもできる。
【００９７】
カソードセパレータ１ｂおよびアノードセパレータ２ｂが、金属を含む材質で構成される場合、カソードセパレータ１ｂおよびアノードセパレータ２ｂは、金属プレートからなるものであってもよい。また、カソードセパレータ１ｂおよびアノードセパレータ２ｂとして、チタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施したものも使用することができる。
【００９８】
なお、実施の形態２では、カソード流路溝３とカソード流路リブ５が形成された発電領域７およびアノード流路溝４とアノード流路リブ６が形成された発電領域７の反応ガスの流路形状は、サーペンタイン形状であるが、これに限定されず、ストレート形状であっても、これらの組合せであってもよい。
【００９９】
なお、実施の形態２では、ガスケット２４は、熱可塑性エラストマーを用いたが、接着剤等の化合物を使用することができる。
【０１００】
また、ガスケット２４の材料としては、本実施の形態では、三元系フッ素ゴムを用いたが、その他のフッ素ゴム系、シリコーンゴム、天然ゴム、ＥＰＤＭ、ブチルゴム等の熱可塑性エラストマー、あるいはイソプレンゴム及びブタジエンゴム等のラテックスを用いた接着剤、液状のポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、シリコーンゴム等を用いた接着剤等、本実施の形態が実現できるならば、三元系フッ素ゴム以外の材料を用いることもできる。
【０１０１】
（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３の燃料電池におけるカソードセパレータのガス流路溝を示す平面図である。図１４は、本発明の実施の形態３の燃料電池におけるアノードセパレータのガス流路溝を示す平面図である。図１５は、本発明の実施の形態３の燃料電池における電解質膜−電極接合体と、カソードセパレータおよびアノードセパレータで構成される単位セルを分解した状態の概略断面図である。図１６は、本発明の実施の形態３の燃料電池における電解質膜−電極接合体の電解質膜の厚み方向からカソードセパレータを透視した平面図である。
【０１０２】
図１３に示すように、本実施の形態の燃料電池におけるカソードセパレータ１ｃは、カソード触媒層と対向する部分にカソード流路溝３とカソード流路リブ５が形成された発電領域７を有し、発電領域７よりも外側に酸化剤ガス入口部１４ａおよび酸化剤ガス出口部１４ｂを有する。発電領域７では、カソード流路溝３とカソード流路リブ５とによって、サーペンタイン状に酸化剤ガスの流路が構成されている。
【０１０３】
また、カソードセパレータ１ｃには、酸化剤ガス入口部１４ａから５本の酸化剤ガス連通路溝を介して発電領域７に供給された酸化剤ガスを７本のカソード流路溝３に分配するカソードガス分流部８を有している。カソードガス分流部８は、島状の複数のカソードセパ突起部１０がカソードセパ窪み部１１の底面から立設された構成を有している。また、カソード流路溝３は、下流に向かうほど溝の本数が減るように構成されている。
【０１０４】
また、カソードセパレータ１ｃの発電領域７には、カソード流路溝３の本数が７本から４本に変わる（減る）部分と４本から３本に変わる（減る）部分でカソード流路溝３を分割するカソードガス合流分流部２６を有している。カソードガス合流分流部２６は、島状の複数のカソードセパ突起部１０がカソードセパ窪み部１１の底面から立設された構成を有している。
【０１０５】
溝の本数が最も少ない最下流側の３本のカソード流路溝３は、酸化剤ガス出口部１４ｂと３本の酸化剤ガス連通路溝を介して連通している。
【０１０６】
また、カソードセパレータ１ｃの裏面（カソード流路溝３が形成された面の反対側の面）に、冷却媒体入口部１５ａから冷却媒体出口部１５ｂへ冷却媒体を導通するための冷却溝（図示せず）を有している。
【０１０７】
図１４に示すように、本実施の形態の燃料電池におけるアノードセパレータ２ｃは、アノード触媒層と対向する部分にアノード流路溝４とアノード流路リブ６が形成された発電領域７を有し、発電領域７よりも外側に燃料ガス入口部１６ａおよび燃料ガス出口部１６ｂを有する。発電領域７では、アノード流路溝４とアノード流路リブ６とによって、サーペンタイン状に燃料ガスの流路が構成されている。
【０１０８】
また、アノードセパレータ２ｃには、燃料ガス入口部１６ａから５本の燃料ガス連通路溝を介して発電領域７に供給された燃料ガスを７本のアノード流路溝４に分配するアノードガス分流部９を有している。アノードガス分流部９は、島状の複数のアノードセパ突起部１２がアノードセパ窪み部１３の底面から立設された構成を有している。また、アノード流路溝４は、下流に向かうほど溝の本数が減るように構成されている。
【０１０９】
また、アノードセパレータ２ｃの発電領域７には、アノード流路溝４の本数が７本から４本に変わる部分と４本から３本に変わる部分でアノード流路溝４を分割するアノードガス合流分流部２７を有している。アノードガス合流分流部２７は、島状の複数のアノードセパ突起部１２がアノードセパ窪み部１３の底面から立設された構成を有している。
【０１１０】
溝の本数が最も少ない最下流側の３本のアノード流路溝４は、燃料ガス出口部１６ｂと３本の燃料ガス連通路溝を介して連通している。
【０１１１】
また、アノードセパレータ２ｃの裏面（アノード流路溝４が形成された面の反対側の面）に、冷却媒体入口部１５ａから冷却媒体出口部１５ｂへ冷却媒体を導通するための冷却溝（図示せず）を有している。
【０１１２】
カソードセパレータ１ｃおよびアノードセパレータ２ｃは、カーボン粉末と樹脂バインダーとを混合した材料を金型内に供給し、金型内に供給された原料粉に圧力と熱を加えることによって形成することができる。カソードセパレータ１ｃおよびアノードセパレータ２ｃの形状は、略矩形とする。
【０１１３】
図１５および図１６に示すように、厚み方向に多数積層されて本実施の形態の燃料電池を構成する単位セル１７ｃは、電解質膜−電極接合体２５ｃと、電解質膜−電極接合体２５ｃのカソード側に配置されるカソードセパレータ１ｃと、電解質膜−電極接合体２５ｃのアノード側に配置されるアノードセパレータ２ｃとで構成されている。図１５は、図１６のＣ−Ｃ線の断面図を示している。
【０１１４】
電解質膜−電極接合体２５ｃは、プロトンが膜内を伝導する電解質膜１８、電解質膜１８の一方の主面に配置されるカソード触媒層１９、電解質膜１８の他方の主面に配置されるアノード触媒層２０、カソード触媒層１９に積層されカソードセパレータ１ｃの発電領域７と接触するカソードガス拡散層２１、アノード触媒層２０に積層されアノードセパレータ２ｃの発電領域７と接触するアノードガス拡散層２２で構成される。
【０１１５】
また、電解質膜−電極接合体２５ｃの周囲は、燃料ガスと酸化剤ガスが漏れるのを防止するガスケット２４によって固定されている。また、カソードセパレータ１ｃのカソードガス分流部８とカソードガス合流分流部２６に対向するカソード触媒層１９には、カソード触媒量の目付け量を２倍にした増した領域２３を有している。
【０１１６】
電解質膜−電極接合体２５ｃに用いる電解質膜１８は、パーフルオロカーボンスルホン酸からなるフッ素系の電解質膜１８を用いる。
【０１１７】
カソード触媒層１９およびアノード触媒層２０は、白金系金属触媒を坦持したカーボン粉末とプロトン導電性を有する高分子材料とを主成分とした多孔質部材を用いる。また、カソード触媒層１９およびアノード触媒層２０の形状は、略矩形とする。
【０１１８】
カソードガス拡散層２１およびアノードガス拡散層２２は、炭素繊維を基材とした部材を用いる。ガスケット２４は、三元系フッ素ゴムガスケットを用いる。
【０１１９】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池について、以下その動作、作用について、図１３から図１６を参照して説明する。
【０１２０】
まず、図１３に示すように、酸化剤ガスが、カソードセパレータ１ｃの発電領域７の外側に位置する酸化剤ガス入口部１４ａから、発電領域７の外側で酸化剤ガス入口部１４ａと連通する５本の酸化剤ガス連通路溝を介してカソードガス分流部８に供給され、カソードガス分流部８から、サーペンタイン状の７本のカソード流路溝３に分配される。
【０１２１】
７本のカソード流路溝３を流れた酸化剤ガスは、１番目のカソードガス合流分流部２６で合流した後に４本のサーペンタイン状のカソード流路溝３に分配される。４本のカソード流路溝３を流れた酸化剤ガスは、２番目のカソードガス合流分流部２６で合流した後に３本のサーペンタイン状のカソード流路溝３に分配される。
【０１２２】
そして、発電に使用されなかった酸化剤ガスが、３本のカソード流路溝３から、発電領域７の外側で酸化剤ガス出口部１４ｂと連通する３本の酸化剤ガス連通路溝を介して、酸化剤ガス出口部１４ｂに排出される。
【０１２３】
また、図１４に示すように、燃料ガスが、アノードセパレータ２ｃの発電領域７の外側に位置する燃料ガス入口部１６ａから、発電領域７の外側で燃料ガス入口部１６ａと連通する５本の燃料ガス連通路溝を介してアノードガス分流部９に供給され、アノードガス分流部９から、サーペンタイン状の７本のアノード流路溝４に分配される。
【０１２４】
７本のアノード流路溝４を流れた燃料ガスは、１番目のアノードガス合流分流部２７で合流した後に４本のサーペンタイン状のアノード流路溝４に分配される。４本のアノード流路溝４を流れた燃料ガスは、２番目のアノードガス合流分流部２７で合流した後に３本のサーペンタイン状のアノード流路溝４に分配される。
【０１２５】
そして、発電に使用されなかった燃料ガスが、３本のアノード流路溝４から、発電領域７の外側で燃料ガス出口部１６ｂと連通する３本の燃料ガス連通路溝を介して、燃料ガス出口部１６ｂに排出される。
【０１２６】
次に、図１５に示すように、燃料電池の単位セル１７ｃは、電解質膜−電極接合体２５ｃをカソードセパレータ１ｃとアノードセパレータ２ｃとで狭持することで構成する。このとき、カソードセパレータ１ｃのカソードガス分流部８とカソードガス合流分流部２６に、カソード触媒量の目付け量を２倍に増した領域２３が対向するように、電解質膜−電極接合体２５ｃを配置する。
【０１２７】
以上のように本実施の形態の燃料電池は、電解質膜１８の両主面をカソード触媒層１９とアノード触媒層２０とで挟んだ電解質膜−電極接合体２５ｃと、カソード触媒層１９に
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成されたカソードセパレータ１ｃと、アノード触媒層２０に燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成されたアノードセパレータ２ｃと、を備え、酸化剤ガス流路は、カソード触媒層１９と対向する領域（発電領域７）に形成され下流に向かうほど溝の本数が減る複数本のカソード流路溝３と、カソード触媒層１９と対向しない領域に形成された酸化剤ガス入口部１４ａと、カソード触媒層と対向する領域（発電領域７）に形成され酸化剤ガス入口部１４ａから供給された酸化剤ガスをカソード流路溝３に分配する島状の複数のカソードセパ突起部１０がカソードセパ窪み部１１の底面から立設されたカソードガス分流部８と、カソード流路溝３の本数が変わる部分でカソード流路溝３を分割する島状の複数のカソードセパ突起部１０がカソードセパ窪み部１１の底面から立設されたカソードガス合流分流部２６と、を有し、カソードガス分流部８とカソードガス合流分流部２６に対向するカソード触媒層１９の領域２３の触媒目付量を、それらの部分以外のカソード触媒層１９の触媒目付量よりも多くした（電解質膜−電極接合体２５ｃのカソード触媒層１９の触媒目付量を他の領域よりも増した領域２３をカソードセパレータ１ｃのカソードガス分流部８とカソードガス合流分流部２６に対向するように配置させた）ことを特徴とする。
【０１２８】
上記構成とすることで、カソードガス拡散層２１と、カソードガス分流部８とカソードガス合流分流部２６におけるカソードセパ窪み部１１の底面から立設された島状の複数のカソードセパ突起部１０との設置面積が少ない場合でも、発電による生成水を促すことができ、カソードセパレータ１ｃと、カソードガス拡散層２１との間で発電集中しやすいカソードガス分流部８およびカソードガス合流分流部２６において、電解質膜１８の乾燥を防ぐことができる。これにより、燃料電池の耐久性を向上することができる。
【０１２９】
また、カソードガス合流分流部２６の下流側のカソード流路溝３の本数は、カソードガス合流分流部２６の上流側のカソード流路溝３の本数よりも少ないので、電解質膜−電極接合体２５ｃにガスを均等分配でき、発電性能を向上することができる。
【０１３０】
なお、実施の形態３では、カソードセパレータ１ｃの発電領域７の酸化剤ガスの流路（カソード流路溝３）とアノードセパレータ２ｃの発電領域７の燃料ガスの流路（アノード流路溝４）の本数が、上流側から下流側に向かって、７本、４本、３本と変わる例で、説明したが、上流側から下流側に向かって、本数が減少するのであれば、他の本数であっても構わない。
【０１３１】
なお、実施の形態３では、カソードセパレータ１ｃおよびアノードセパレータ２ｃは、カーボンを含む材質を用いたが、金属を含む材質で構成することもできる。
【０１３２】
カソードセパレータ１ｃおよびアノードセパレータ２ｃが、金属を含む材質で構成される場合、カソードセパレータ１ｃおよびアノードセパレータ２ｃは、金属プレートからなるものであってもよい。また、カソードセパレータ１ｃおよびアノードセパレータ２ｃとして、チタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施したものも使用することができる。
【０１３３】
なお、実施の形態３では、カソード流路溝３とカソード流路リブ５が形成された発電領域７およびアノード流路溝４とアノード流路リブ６が形成された発電領域７の反応ガスの流路形状は、サーペンタイン形状であるが、これに限定されず、ストレート形状であっても、これらの組合せであってもよい。
【０１３４】
なお、実施の形態３では、ガスケット２４は、熱可塑性エラストマーを用いたが、接着剤等の化合物を使用することができる。
【０１３５】
また、ガスケット２４の材料としては、本実施の形態では、三元系フッ素ゴムを用いたが、その他のフッ素ゴム系、シリコーンゴム、天然ゴム、ＥＰＤＭ、ブチルゴム等の熱可塑性エラストマー、あるいはイソプレンゴム及びブタジエンゴム等のラテックスを用いた接着剤、液状のポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、シリコーンゴム等を用いた接着剤等、本実施の形態が実現できるならば、三元系フッ素ゴム以外の材料を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明の燃料電池は、発電による生成水を促して、電解質膜−電極接合体の乾燥を抑制し、燃料電池の耐久性を向上させることができるので、電解質膜−電極接合体をアノードセパレータとカソードセパレータとで挟んだ固体高分子型の燃料電池で耐久性が求められる用途に最適である。
【符号の説明】
【０１３７】
１ａ，１ｂ，１ｃ  カソードセパレータ
２ａ，２ｂ，２ｃ  アノードセパレータ
３  カソード流路溝
４  アノード流路溝
５  カソード流路リブ
６  アノード流路リブ
７  発電領域
８  カソードガス分流部
９  アノードガス分流部
１０  カソードセパ突起部
１１  カソードセパ窪み部
１２  アノードセパ突起部
１３  アノードセパ窪み部
１４ａ  酸化剤ガス入口部
１４ｂ  酸化剤ガス出口部
１５ａ  冷却媒体入口部
１５ｂ  冷却媒体出口部
１６ａ  燃料ガス入口部
１６ｂ  燃料ガス出口部
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ  単位セル
１８  電解質膜
１９  カソード触媒層
２０  アノード触媒層
２１  カソードガス拡散層
２２  アノードガス拡散層
２３  領域
２４  ガスケット
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ  電解質膜−電極接合体
２６  カソードガス合流分流部
２７  アノードガス合流分流部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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