(57)【要約】【課題】ＭＥＡ構造を採用した水素不純物センサにおいて、その製造時に、固体高分子電解質膜を挟む第一の電極と第二の電極との位置ずれに伴う電気特性への影響を抑制した不純物センサを提供する。【解決手段】燃料電池セル用の不純物センサは、第一電極と、第一電極の上面に形成された固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の、第一電極が形成されている側とは反対側の面に形成された第二電極とを備えたＭＥＡ型構造を有する。第一電極と固体高分子電解質膜とが接触する第一領域の面積は、第二電極と固体高分子電解質膜とが接触する第二領域の面積よりも小さく、固体高分子電解質膜の面に直交する方向に見て、第一領域の外周の全てが第二領域の外周よりも内側に位置している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セル用の不純物センサであって、
第一電極と、
前記第一電極の上面に形成された固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の、前記第一電極が形成されている側とは反対側の面に形成された第二電極とを備えたＭＥＡ型構造を有し、
前記第一電極と前記固体高分子電解質膜とが接触する第一領域の面積は、前記第二電極と前記固体高分子電解質膜とが接触する第二領域の面積よりも小さく、
前記固体高分子電解質膜の面に直交する方向に見て、前記第一領域の外周の全てが前記第二領域の外周よりも内側に位置していることを特徴とする不純物センサ。
【請求項２】
前記第二領域の面積が６．５ｃｍ2以下であることを特徴とする請求項１に記載の不純物センサ。
【請求項３】
前記第一領域の面積と前記第二領域の面積との差は、前記第一領域の面積の１０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の不純物センサ。
【請求項４】
前記第一領域と前記第二領域とが相互に相似形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の不純物センサ。
【請求項５】
前記第一領域と前記第二領域とが共に円形状であることを特徴とする請求項４に記載の不純物センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セルを保護するための不純物センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代の発電システムとして、燃料電池が注目を浴びている。燃料電池は、水素、酸化剤ガス（空気、酸素富化空気、酸素など）を燃料として、水の電気分解の逆反応を起こさせることにより電気を生み出す発電システムであり、地球環境への環境負荷が低い。また、従来の発電システムと比較すると、エネルギー変換効率が高く、低騒音であるという特徴を有する。特に、室温付近といった低温でも作動可能な固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：polymer electrolyte fuel cell）は、車載用電源や家庭用定置電源、地域発電システムなどへの使用が有望視されている。
【０００３】
図３は、ＰＥＦＣの概略構成図である。上述したように、ＰＥＦＣ１００は、カソード電極１０３とアノード電極１０５とが固体高分子電解質膜１０１を挟むように配置されている。
【０００４】
固体高分子電解質膜１０１は、陽イオン交換膜（カチオン交換膜）であり、（Ａ）スチレン−ジビニルベンゼンをフルオロカーボンのマトリックスにクロスリンクさせた後スルフォン化した膜、（Ｂ）（Ａ）の膜でαＣ−Ｈ結合を含まない膜、（Ｃ）トリフルオロスチレンスルフォン酸の重合膜、（Ｄ）フルオロカーボンマトリックスにトリフルオロエチレンをグラフト化した膜、（Ｅ）パーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂膜、など、各種が提案されている。具体的には、フッ素系のカチオン交換膜（例えば、デュポン社製のナフィオン膜）が使用されることが多い。
【０００５】
カソード電極１０３は、電極基材を構成するガス拡散層１１１と触媒層１１３とを有して構成される。触媒層１１３を構成する材料としては白金（Ｐｔ）、白金を含む合金又はパラジウムが挙げられ、これらは単独又はその複数種がカーボン粒子に担持されて用いられる。それらの貴金属は高価であることから、例えば粉状の導電性カーボンブラックの表面に担持させて使用される。
【０００６】
ガス拡散層１１１は、触媒の担体としてカーボンブラック等のカーボン粒子が用いられる。より詳細には、ガス拡散層１１１は、カーボン粒子に貴金属つまり活性金属を担持した触媒粒子、電解質及び撥水化剤を含む触媒層をペーパー又はシート上に形成したガス拡散電極に対して適用される。ガス拡散層１１１は、白金担持のカーボンブラックに結着機能と撥水性を備えたフッ素樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン系ポリマーと高分子膜と同成分のイオノマーを混合して形成される。
【０００７】
アノード電極１０５は、カソード電極１０３とほぼ同様の構造を有する。すなわち、アノード電極１０５は、電極基材を構成するガス拡散層１２１と触媒層１２３とを有して構成される。なお、アノード側の触媒層１２３は、Ｐｔに加えてルテニウム（Ｒｕ）が用いられることがある。
【０００８】
カソード電極１０３、及びアノード電極１０５それぞれの表面には、金網状端子部が設けられる。金網状端子部の材質としては、金を用いることが望ましい。上記金網状端子部の材質がステンレスの場合は、当該端子部表面に酸化被膜が不均一に生成されている。そのため、上記ステンレス製金網状端子部を各電極に取り付ける場合、両者の接触具合に応じて、電気抵抗が変化するという不具合が発生する。
【０００９】
通常、ＰＥＦＣ１００においては、固体高分子電解質膜１０１、カソード電極１０３、及びアノード電極１０５が一体化した構造を示す。このような構造は、特に、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：電解質膜−電極接合体）と呼ばれる。
【００１０】
ＰＥＦＣ１００は、以下のように発電を行う。
【００１１】
まず、アノード側端子部１３１に設けられているガス路１３３からアノード電極１０５に水素ガスを含む燃料ガスが供給される。供給された燃料ガス（水素含有ガス）は、アノード側のガス拡散層１２１を通過して、アノード側の触媒層１２３に到達する。アノード側の触媒層１２３に到達した燃料ガス（水素含有ガス）は酸化され、下記式に従ってプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）になる。
Ｈ２→ ２Ｈ＋＋ ２ｅ−
【００１２】
プロトン（Ｈ＋）は、アノード側の触媒層１２３と接触している固体高分子電解質膜１０１を通過し、当該固体高分子電解質膜１０１と接触しているカソード側の触媒層１１３に到達する。一方、電子（ｅ−）は、アノード側端子部１３１、負荷１１０、カソード側端子部１４１を経由し、カソード側の触媒層１１３に到達する。
【００１３】
カソード側の触媒層１１３に到達したプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）は、カソード側端子部１４１に設けられているガス路１４３から供給される酸化剤ガスに含まれる酸素（Ｏ２）と反応し、下記式に従って水（Ｈ２Ｏ）を生成する。
２Ｈ＋＋ ２ｅ−＋ （１／２）Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ
【００１４】
ＰＥＦＣ１００は、このような電気化学的反応を通して、電気を外部に取り出すことを可能とする。
【００１５】
ＰＥＦＣ１００に供給される燃料ガスは、一般的に改質ガスが用いられる。より具体的には、例えばＬＮＧ（液化天然ガス）やＬＰＧ（液化石油ガス）の主成分であるメタン（ＣＨ４）を改質して取り出された水素を含むガスが燃料ガスとして利用される。
【００１６】
改質ガスとは、燃料ガスに対して改質と呼ばれる処理が施されることで得られたガスを指す。改質は、所定の燃料改質装置によって行われる。燃料改質装置は、一例として、上流側から順に、脱硫器、燃料改質器、ＣＯ変成器、及びＣＯ除去器が配置されて構成される。
【００１７】
ＬＮＧやＬＰＧには、ガス漏洩時の保安上の目的で、硫黄成分を含有する付臭剤（硫黄化合物）が添加されるのが一般的である。脱硫器は上記した付臭剤を除去するものである。除去プロセスは、例えば以下のようなプロセスから構成される。
【００１８】
（１）ＬＮＧ，ＬＰＧに添加されている硫黄化合物（Ｈ３Ｃ−Ｓ−ＣＨ３）を触媒上で水素と反応させ、硫化水素（Ｈ２Ｓ）に変換する。反応させるときの温度は、例えば２５０〜４００℃である。
（２）硫化水素を酸化亜鉛（ＺｎＯ）と反応させ、硫化亜鉛（ＺｎＳ）とし、硫化物を除去する。反応させるときの温度は、例えば３５０〜４００℃である。
以上のプロセスでメタン（ＣＨ４）を得る。
【００１９】
燃料改質器は、上記プロセスで得られたメタンから、水素（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、及び一酸化炭素（ＣＯ）を生成するものである。変換プロセスとしては、例えば、メタンを水蒸気と共に触媒上で反応させて、Ｈ２，ＣＯ２，ＣＯを得る。
【００２０】
上記したように、燃料電池に用いられる触媒（１１３，１２３）としては、白金（Ｐｔ）が用いられることが多い。Ｐｔ触媒は、水素化に活性が高い触媒であるが、ＣＯを強く吸着する特性があり当該ＣＯによりＰｔ触媒は被毒しやすい。ＣＯにより被毒されると、ＰＥＦＣ１００の発電効率が低下してしまう。このため、ＰＥＦＣ１００に供給される水素（Ｈ２）は、ＣＯを殆ど含まない水素であることが望ましい。
【００２１】
ＣＯ変成器は、燃料改質器で得られたＨ２，ＣＯ２，ＣＯのうち、ＣＯの濃度を低減させるものである。低減プロセスは、例えば、ＣＯと水蒸気（Ｈ２Ｏ）とを触媒上で反応させて、上記ＣＯをＨ２とＣＯ２とに変換することで、当該ＣＯ濃度を低減させるものである。
【００２２】
ＣＯ除去器は、ＣＯ変成器で変換できなかった微量のＣＯを除去するためのものである。除去プロセスは、例えば、ＣＯ変成器からのガスに空気を添加し、貴金属触媒上でＣＯと酸素（Ｏ２）とを反応させてＣＯをＣＯ２に変換することで、ＣＯを酸化除去するものである。
【００２３】
上述したように、ＰＥＦＣ１００を初めとする燃料電池の原料ガスである水素には、燃料電池に含まれる触媒の被毒を抑制するために、原料ガス中のＣＯ等の濃度をできるだけ低減する必要がある。よって、ＣＯ等の不純物を低減した燃料改質装置が正常に機能しているかどうかを、不純物センサでモニタリングすることが要求される。
【００２４】
図４は、下記特許文献１に記載されている不純物センサの構成例である。この不純物センサ１５０は、図３に示したＰＥＦＣ１００と同等の構造を有している。すなわち、不純物センサ１５０は、カソード電極１５３とアノード電極１５５とが固体高分子電解質膜１５１を挟むように配置されている。そして、図４に示す構造では、上述したように、固体高分子電解質膜１５１、電極（１５３，１５５）が一体化したＭＥＡ構造を構成している。カソード電極１５３は、電極基材を構成するガス拡散層１６１と触媒層１６３とを有して構成される。アノード電極１５５も、同様にガス拡散層１７１と触媒層１７３とを有して構成される。
【００２５】
不純物センサ１５０における固体高分子電解質膜、カソード、アノードの構造は、ＰＥＦＣ１００と同等であるので説明を省略する。なお、触媒層１７３においては、例えばルテニウム（Ｒｕ）は用いず、カーボンで担持された白金（Ｐｔ）のみが用いられる。
【００２６】
図５は、不純物センサ１５０の使用態様を模式的に示す図面である。図５に示すように、不純物センサ１５０の両電極（１５３，１５５）には電圧が印加され、印加電圧は電圧計１８１で測定される。なお、図５では、両電極（１５３，１５５）に電圧を印加するための端子（１５４，１５６）が図示されている。当該不純物センサ１５０は、不純物計測チャンバ１８０内の不純物計測空間に配置される。
【００２７】
不純物計測チャンバ１８０内に燃料ガス（水素含有ガス）１９０を導入して、カソード電極１５３−アノード電極１５５間に電流を流す。図５は、両電極（１５３，１５５）間に直流電源１８２により直流を流す例を示しているが、交流電流を流してもよい。
【００２８】
供給された燃料ガス１９０は、アノード電極１５５のガス拡散層１７１を通過して、触媒層１７３に到達する（図４参照）。アノード電極１５５の触媒層１７３に到達した燃料ガス１９０は酸化されプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）になる。
【００２９】
このうち、プロトン（Ｈ＋）のみアノード電極１５５の触媒層１７３と接触している固体高分子電解質膜１５１を通過し、固体高分子電解質膜１５１と接触しているカソード電極１５３の触媒層１６３に到達する。一方、電子（ｅ−）は、アノード電極１５５側の端子部、直流電源１８２、カソード電極１５３側の端子部を経由し、カソード電極１５３の触媒層１６３に到達する。その結果、カソード電極１５３の触媒層１６３に到達したプロトン（Ｈ＋）は、電子と反応して水素（Ｈ２）に戻る。
【００３０】
すなわち、アノード電極１５５側では、下記式に示されるような水素分解反応が生じる。
Ｈ２→ ２Ｈ＋＋ ２ｅ−
【００３１】
一方、カソード電極１５３側では、下記式に示されるような水素生成反応が生じる。
２Ｈ＋＋ ２ｅ−→ Ｈ２
【００３２】
なお、電極間に交流電流が流れる場合、電流の極性に応じて、アノード電極１５５で水素分解反応が生じたり、水素生成反応が生じる。同様に、電流の極性に応じてカソード電極１５３で水素生成反応が生じたり、水素分解反応が生じる。
【００３３】
この原理を利用して、電圧計１８１によって、アノード電極１５５とカソード電極１５３間の電圧を計測する。不純物を含まない純水素ガスを使用したときの電圧Ｖ０と、不純物（例えば、ＣＯ）を含む水素ガスを使用したときの電圧Ｖ１（≦Ｖ０）とを比較し、電圧降下分Ｖ０−Ｖ１が不純物の濃度に相当する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３４】
【特許文献１】特許第５５９７００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
上述したように、アノード電極１５５と固体高分子電解質膜１５１との接触面を通過するプロトン（Ｈ＋）が、固体高分子電解質膜１５１を通過してカソード電極１５３にて水素に変換される。不純物センサ１５０は、このときの、アノード電極１５５とカソード電極１５３間の電圧を電圧計１８１で測定することで、燃料ガス（水素含有ガス）の不純物量をセンシングする。
【００３６】
そのため、一方の電極（上記の例ではアノード電極１５５）から放出され固体高分子電解質膜１５１を通過するプロトン（Ｈ＋）が、確実に他方の電極（上記の例ではカソード電極１５３）に到達することが望ましい。
【００３７】
図６は、不純物センサ１５０の構成を模式的に示す図面であり、図４とは異なる態様で図示されたものである。図６において、上段は、固体高分子電解質膜１５１の面に直交する方向から不純物センサ１５０を見たときの模式的な平面図であり、下段は、Ａ１−Ａ１断面図である。
【００３８】
上記の観点に立てば、図６（ａ）に示すように、アノード電極１５５とカソード電極１５３の形状を同一とし、両電極が固体高分子電解質膜１５１を介して対称の位置で当該固体高分子電解質膜１５１と接するように構成することが好ましい。特に位置合わせを容易にするために、両電極（１５３，１５５）の形状を円板形状とすることが好ましい。
【００３９】
しかしながら、一般に電極は不透明なため、図６（ａ）に示すような位置に両電極（１５３，１５５）を容易に位置合わせすることが難しい。両電極（１５３，１５５）の位置ずれが発生すると、図６（ｂ）に示すように、固体高分子電解質膜１５１を介して両電極（１５３，１５５）が重なり合う領域（有効領域１６０）が減少してしまう。この結果、センサによっては電気特性が不十分となることがある。また、複数のセンサを使用する場合、各センサ間の個体差が無視できなくなる場合がある。なお、図６では、有効領域１６０をハッチングで示している。
【００４０】
本発明は、上記の課題に鑑み、ＭＥＡ構造を採用した水素不純物センサにおいて、その製造時に、固体高分子電解質膜を挟む第一電極と第二電極との位置ずれに伴う電気特性への影響を抑制した不純物センサ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】
【００４１】
本発明は、燃料電池セル用の不純物センサであって、
第一電極と、
前記第一電極の上面に形成された固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の、前記第一電極が形成されている側とは反対側の面に形成された第二電極とを備えたＭＥＡ型構造を有し、
前記第一電極と前記固体高分子電解質膜とが接触する第一領域の面積は、前記第二電極と前記固体高分子電解質膜とが接触する第二領域の面積よりも小さく、
前記固体高分子電解質膜の面に直交する方向に見て、前記第一領域の外周の全てが前記第二領域の外周よりも内側に位置していることを特徴とする。
【００４２】
上述したように、従来は、第一電極と第二電極の双方が同一形状且つ同一寸法であった。このため、位置合わせを厳密に行わなければ、図６（ｂ）に示したように有効領域が減少する可能性があり、この結果、有効領域の面積に個体差が生じる可能性があった。
【００４３】
これに対し、上記の構成によれば、第一電極と固体高分子電解質膜とが接触する領域（第一領域）と、第二電極と固体高分子電解質膜とが接触する領域（第二領域）との面積が異なっている。そして、第一領域の外周の全てが第二領域の外周よりも内側に位置している。この構成の場合、固体高分子電解質膜の面に直交する方向に見て、一方の電極が他方の電極よりも内側に来るように両者を配置すればよいため、従来よりもアライメントの自由度が高められる。そして、このように配置する限りにおいて、有効領域の面積は常に上記第一領域の面積に定められるため、個体差が発生する確率が大きく低下する。
【００４４】
なお、不純物センサを製造するに際し、シート状の固体高分子電解質膜の表裏面に第一電極及び第二電極を配置した後、熱を掛けて押圧することで固定する方法が採用される場合がある。このとき、シート状の固体高分子電解質膜が熱収縮したり、含有水分量が減少することで、固定前の状態から両電極の相対的な位置関係がずれる場合がある。一例として、固体高分子電解質膜をデュポン社製のナフィオン膜ＮＲ−２１１で構成した場合、５０％ＲＨ（相対湿度）・２３℃の状態から水に浸し、１００℃まで温度を上げると約１５%の寸法変化があることが確認されている。
【００４５】
しかし、上記の構成によれば、単に、固体高分子電解質膜の面に直交する方向に見て、一方の電極が他方の電極よりも内側に来るように配置されていればよいため、余裕度が高い。すなわち、仮に固体高分子電解質膜が収縮して固定前の状態から両電極の相対的な位置関係がずれたとしても、固定工程の前後で有効領域の面積が変化することが防止できる。
【００４６】
前記不純物センサにおいて、前記第二領域の面積が６．５ｃｍ2以下であるものとしても構わない。より詳細には、前記第二領域が矩形状である場合には□１インチ以下とし、前記第二領域が円形状である場合にはφ２８ｍｍ以下とするものとしても構わない。
【００４７】
不純物センサに使用される固体高分子電解質膜の電気特性は、温度や湿度に対して敏感である。このため、不純物計測時の電極間電圧の変動量を精度良く計測するためには、厳密な温湿度管理が必要とされる。一例として、温度は４０℃±１℃以内、湿度は８０％ＲＨ±１％以内に制御される。また、第一電極と第二電極との間には電流が流れるため、電極間でジュール熱が発生する。従って、このジュール熱の影響も考慮して、上記温度を制御する必要がある。ジュール熱が大きいと上記温度制御に悪影響を与えるので、このジュール熱を小さくする必要があり、このためには検出電圧を小さくする必要がある。このような背景により、不純物センサは、燃料電池セルと比較して極めて小さいサイズとなる。
【００４８】
第一電極と第二電極の位置ずれに伴う電気特性への影響は、両電極の大きさが小さいほど高い。通常の燃料電池セルにおいては、両電極の位置が多少ずれたとしても、生成される電圧自体が高いため、その変動幅は誤差程度であり問題になることはない。しかし、上記のように不純物センサとして利用する場合には、検出電圧の大きさ自体が小さいため、少しの位置ずれによって検出結果に大きな影響が及ぶことが想定される。上記の構成は、特に、第二領域の面積が６．５ｃｍ2以下であるような小型の不純物センサにおいて、位置ずれに伴う電気特性への影響を抑制する高い効果が得られる。
【００４９】
前記不純物センサにおいて、前記第一領域の面積と前記第二領域の面積との差は、前記第一領域の面積の１０％以上であるものとしても構わない。
【００５０】
このような構成とすることで、位置合わせの余裕度を十分に高めることができる。
【００５１】
前記不純物センサにおいて、前記第一領域と前記第二領域とが相互に相似形状であるものとしても構わない。この場合において、前記第一領域と前記第二領域とが共に円形状であるものとしても構わない。
【００５２】
このような構成とすることで、位置合わせの余裕度を更に高めることができる。
【００５３】
なお、第一電極及び第二電極が、共に表裏面が同一形状からなる板形状である場合には、第一領域の面積は第一電極の面積と読み替えることができ、第二領域の面積は第二電極の面積と読み替えることができる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明の不純物センサによれば、製造時に、固体高分子電解質膜を挟む第一電極と第二電極との間の位置ずれが発生した場合であっても、センシング結果に対する影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態の不純物センサを模式的に示す図面である。
【図２】本発明の別実施形態の不純物センサを模式的に示す図面である。
【図３】ＰＥＦＣの概略構成図である。
【図４】不純物センサの概略構成図である。
【図５】不純物センサを含む不純物計測チャンバの概略構成図である。
【図６】従来の不純物センサを模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明に係る不純物センサの構造につき、図面を参照して説明する。図１は、図６にならって図示された本実施形態に係る不純物センサの構造を模式的に示す図面である。
【００５７】
本実施形態において、不純物センサ１は、固体高分子電解質膜２と、第一電極３と、第二電極４とを備える。本実施形態では、電極（３，４）は共に円板形状を示している。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）の状態から、第一電極３と第二電極４の位置関係がずれた場合に対応する。なお、本実施形態の不純物センサ１は、例えば、図４に示した不純物センサ１５０と同様の態様で利用される。
【００５８】
図４〜図６を参照して上述した、従来の不純物センサ１５０と同様に、第一電極３と第二電極４とが固体高分子電解質膜２を挟むように配置されている。すなわち、不純物センサ１は、ＭＥＡ型構造を示す。なお、第一電極３がアノード電極で第二電極４がカソード電極であっても構わないし、逆に、第一電極３がカソード電極で第二電極４がアノード電極であっても構わない。
【００５９】
固体高分子電解質膜２は、従来の不純物センサ１５０が備える固体高分子電解質膜１５１と同一の材料からなるものとして構わない。電極（３，４）は、従来の不純物センサ１５０が備える電極（１５３，１５５）と同一の材料からなるものとして構わない。
【００６０】
図１に示すように、第一電極３は第二電極４よりも面積が小さい。そして、固体高分子電解質膜２の面に直交する方向に見て、第一電極３の外周の全てが第二電極４の外周よりも内側に位置するように配置されている。この場合、固体高分子電解質膜２を介して両電極（３，４）が重なり合う領域（有効領域１０）は、第一電極３が固体高分子電解質膜２と接触する領域に対応する。図１において、有効領域１０をハッチングで示している。
【００６１】
この構成において、図１（ｂ）に示すように、第一電極３と第二電極４の位置関係がずれた場合であっても、上記有効領域１０は、依然として第一電極３が固体高分子電解質膜２と接触する領域に対応するため、その面積は変わらない。すなわち、本実施形態の不純物センサ１によれば、固体高分子電解質膜２の面に直交する方向に見て、第一電極３の外周の全てが第二電極４の外周よりも内側に位置している限りにおいて、有効領域１０の面積は変わらず、電圧計１８１で計測される電圧値が変動することがない。
【００６２】
つまり、本実施形態の不純物センサ１によれば、第一電極３と第二電極４との位置関係は、固体高分子電解質膜２の面に直交する方向に見て、第一領域３の外周の全てが第二電極４の外周よりも内側に位置していればよく、言い換えれば、この条件が充足されている範囲内では位置ずれが許容される。この結果、本実施形態の不純物センサ１によれば、従来の不純物センサ１５０と比較して、厳密な位置合わせが不要となる。また、本実施形態の不純物センサ１によれば、従来の不純物センサ１５０と比較して、センサの個体差に伴うセンシング精度の低下という課題が解消する。
【００６３】
以下、別実施形態について説明する。
【００６４】
〈１〉第一電極３と第二電極４は、必ずしも相似形である必要はない。例えば、一方が円形板状であり、他方が矩形板状であっても構わない。ただし、両電極（３，４）を相似形とすることで、位置ずれの許容範囲を十分に高めることができる。
【００６５】
〈２〉第一電極３と第二電極４は、表裏面の面積が必ずしも同一でなくても構わない。図２は、第一電極３及び第二電極４の双方において、一方の面の面積が他方の面の面積よりも大きい場合の不純物センサ１を、図１にならった図示したものである。この場合、固体高分子電解質膜２の面に直交する方向に見て、第一電極３が固体高分子電解質膜２と接触する領域（第一領域）１１の外周の全てが、第二電極４が固体高分子電解質膜２と接触する領域（第二領域）１２の外周よりも内側に位置している限りにおいて、有効領域１０の面積は変わらない。第一電極３の表裏面の面積が同一である場合には、第一領域１１の面積は第一電極３の面積に一致し、第二電極４の表裏面の面積が同一である場合には、第二領域１２の面積は第二電極４の面積に一致する。
【符号の説明】
【００６６】
１      ：    不純物センサ
２      ：    固体高分子電解質膜
３      ：    第一電極
４      ：    第二電極
１０      ：    有効領域
１１      ：    第一領域
１２      ：    第二領域
１００      ：    ＰＥＦＣ
１０１      ：    固体高分子電解質膜
１０３      ：    カソード電極
１０５      ：    アノード電極
１１０      ：    負荷
１１１      ：    ガス拡散層
１１３      ：    触媒層
１２１      ：    ガス拡散層
１２３      ：    触媒層
１３１      ：    アノード側端子部
１３３      ：    ガス路
１４１      ：    カソード側端子部
１４３      ：    ガス路
１５０      ：    不純物センサ
１５１      ：    固体高分子電解質膜
１５３      ：    カソード電極
１５４      ：    カソード電極端子
１５５      ：    アノード電極
１５６      ：    アノード電極端子
１６０      ：    有効領域
１６１      ：    ガス拡散層
１６３      ：    触媒層
１７１      ：    ガス拡散層
１７３      ：    触媒層
１８０      ：    不純物計測チャンバ
１８１      ：    電圧計
１８２      ：    直流電源
１９０      ：    燃料ガス
【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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