(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の一方の面には、アノード触媒層及びアノード拡散層を有するアノード電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、カソード触媒層及びカソード拡散層を有するカソード電極が設けられるとともに、前記アノード触媒層の外周端部は、前記カソード触媒層の外周端部より外方に突出する電解質膜・電極構造体と、
前記固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂製枠部材と、
を備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体であって、
前記カソード触媒層の外周端部は、前記カソード拡散層の外周端部よりも外方に突出するとともに、
前記樹脂製枠部材は、前記カソード電極の外周側に突出して前記固体高分子電解質膜の外周縁部に当接する内周膨出部を有し、
前記内周膨出部は、前記カソード触媒層の外周縁部に重なり合う重合部位を有することを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体において、前記アノード拡散層の外周縁部には、前記樹脂製枠部材に一体化される樹脂含浸部が設けられるとともに、
前記樹脂含浸部の内周端は、前記固体高分子電解質膜との積層方向に沿って前記重合部位の外側に位置することを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体において、前記アノード触媒層は、前記固体高分子電解質膜との積層方向に沿って前記重合部位と重なり合う領域が、前記アノード電極に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス流路に対向することを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質膜の両面面に、アノード電極とカソード電極とが設けられる電解質膜・電極構造体と、前記固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂製枠部材とを備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ触媒層（電極触媒層）及びガス拡散層（多孔質カーボン）を有するアノード電極とカソード電極とを配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、所定の数だけ積層して燃料電池スタックを構成するとともに、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の電解質膜・電極構造体では、一方の電極（触媒層及び拡散層）が固体高分子電解質膜よりも小さな表面積に設定されるとともに、他方の電極が前記固体高分子電解質膜と同一の表面積に設定される、所謂、段差型ＭＥＡを構成する場合がある。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されている固体高分子形燃料電池では、図８に示すように、固体高分子電解質膜１の両面に、アノード電極２とカソード電極３とが配置されている。アノード電極２及びカソード電極３は、それぞれの外周部にガスシール部４ａ、４ｂを配して、セパレータ５、６間に挟持されている。
【０００５】
アノード電極２は、固体高分子電解質膜１の一方の面に配置されたアノード電極触媒層２ａと前記アノード電極触媒層２ａの外側に配置された電極基材（拡散層）２ｂとを有している。カソード電極３は、固体高分子電解質膜１の他方の面に配置されたカソード電極触媒層３ａと前記カソード電極触媒層３ａの外側に配置された電極基材（拡散層）３ｂとを有している。
【０００６】
アノード電極触媒層２ａ及び電極基材２ｂは、同一の外形寸法を有し、カソード電極触媒層３ａ及び電極基材３ｂは、同一の外形寸法を有している。さらに、アノード電極２は、カソード電極３よりも大きな外形寸法に設定されている。
【０００７】
セパレータ５には、アノード電極２に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路５ａが形成されるとともに、セパレータ６には、カソード電極３に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路６ａが形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−９９２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１では、カソード電極３の外形寸法がアノード電極２の外形寸法よりも小さく設定されており、固体高分子電解質膜１には、一方の側のみに電極が設けられた半電極部位７が構成されている。そして、カソード電極３側では、その外周端部とガスシール部４ｂの内周端部との間には、隙間Ｓが存在している。加工精度及び成形精度等の公差が存在しているからである。このため、酸化剤ガス流路６ａに供給された酸化剤ガスの一部は、多孔質体である電極基材３ｂを透過して隙間Ｓから半電極部位７に侵入するおそれがある。
【００１０】
従って、半電極部位７では、固体高分子電解質膜１を透過した水素と、上記のように進入した酸化剤ガス中の酸素とが反応して過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が発生し易い（Ｈ２＋Ｏ２→Ｈ２Ｏ２）。この過酸化水素は、電極中のカーボン担体や白金（Ｐｔ）上で分解し、例えば、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）が発生する。これにより、固体高分子電解質膜１及び電極を劣化させるという問題がある。
【００１１】
しかも、アノード電極２側では、半電極部位７に積層方向に対向するセパレータ５には、燃料ガス流路５ａが設けられておらず、閉塞されている。このため、半電極部位７に進入した酸化剤ガスは、この半電極部位７に滞留してしまい、上記の劣化反応が促進されるという問題がある。
【００１２】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、アノード触媒層の外形寸法よりも小さな外形寸法を有するカソード触媒層側から固体高分子電解質膜の端部に酸化剤ガスが進入することを阻止し、前記固体高分子電解質膜の端部劣化を有効に抑制することが可能な燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体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】
【００１３】
本発明は、固体高分子電解質膜の一方の面には、アノード触媒層及びアノード拡散層を有するアノード電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、カソード触媒層及びカソード拡散層を有するカソード電極が設けられるとともに、前記アノード触媒層の外周端部は、前記カソード触媒層の外周端部より外方に突出する電解質膜・電極構造体と、前記固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂製枠部材とを備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体に関するものである。
【００１４】
この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、カソード触媒層の外周端部は、カソード拡散層の外周端部よりも外方に突出するとともに、樹脂製枠部材は、前記カソード電極の外周側に突出して固体高分子電解質膜の外周縁部に当接する内周膨出部を有している。そして、樹脂製枠部材の内周膨出部は、カソード触媒層の外周縁部に重なり合う重合部位を有している。
【００１５】
また、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、アノード拡散層の外周縁部には、樹脂製枠部材に一体化される樹脂含浸部が設けられるとともに、前記樹脂含浸部の内周端は、固体高分子電解質膜との積層方向に沿って重合部位の外側に位置することが好ましい。
【００１６】
さらに、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、アノード触媒層は、固体高分子電解質膜との積層方向に沿って重合部位と重なり合う領域が、アノード電極に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス流路に対向することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、カソード触媒層の外周縁部は、カソード拡散層の外周端部よりも外方に突出するとともに、樹脂製枠部材の内周膨出部は、前記カソード触媒層の外周縁部に重なり合う重合部位を有している。このため、カソード拡散層の外周端部と樹脂製枠部材の内周膨出部との間に酸化剤ガスが透過する隙間が形成されていても、この隙間から固体高分子電解質膜の半電極部に酸化剤ガスが接触することがない。従って、固体高分子電解質膜の端部は、酸化剤ガスと燃料ガスとの反応により劣化することを有効且つ確実に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体が組み込まれる固体高分子型燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。
【図４】前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の一方の面の説明図である。
【図５】前記燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図６】前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を製造する方法の断面説明図である。
【図７】前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を製造する方法の斜視説明図である。
【図８】特許文献１に開示されている固体高分子形燃料電池の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、長方形状の固体高分子型燃料電池１２に組み込まれるとともに、複数の前記燃料電池１２が矢印Ａ方向に積層されて燃料電池スタックが構成される。
【００２０】
燃料電池１２は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６で挟持する。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、縦長の長方形状を有し、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成されている。
【００２１】
図２及び図３に示すように、長方形状の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、電解質膜・電極構造体１０ａを備えるとともに、前記電解質膜・電極構造体１０ａは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜１８と、前記固体高分子電解質膜１８を挟持するアノード電極２０及びカソード電極２２とを有する。固体高分子電解質膜１８は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用される。カソード電極２２は、固体高分子電解質膜１８及びアノード電極２０よりも小さな表面積を有する。
【００２２】
アノード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の一方の面１８ａに接合される電極触媒層（アノード触媒層）２０ａと、前記電極触媒層２０ａに積層されるガス拡散層（アノード拡散層）２０ｂとを設ける。電極触媒層２０ａ及びガス拡散層２０ｂは、同一の外形寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜１８と同一（又は同一未満）の外形寸法に設定される。
【００２３】
カソード電極２２は、固体高分子電解質膜１８の面１８ｂに接合される電極触媒層（カソード触媒層）２２ａと、前記電極触媒層２２ａに積層されるガス拡散層（カソード拡散層）２２ｂとを設ける。図３に示すように、電極触媒層２２ａの外周端部２２ａｅは、全周に亘ってガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅよりも外方（矢印Ｃ方向外方）に長さＬ１だけ突出するとともに、前記電極触媒層２２ａは、固体高分子電解質膜１８の外形寸法よりも小さな外形寸法に設定される。
【００２４】
電極触媒層２０ａ、２２ａは、カーボンブラックに白金粒子を担持した触媒粒子を形成し、イオン導伝性バインダーとして高分子電解質を使用し、この高分子電解質の溶液中に前記触媒粒子を均一に混合して作製された触媒ペーストを、固体高分子電解質膜１８の両面に印刷、塗布又は転写することによって構成される。ガス拡散層２０ｂ、２２ｂは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなるとともに、前記ガス拡散層２２ｂの平面寸法は、前記ガス拡散層２０ｂの平面寸法よりも小さく設定される。なお、電極触媒層２０ａ、２２ａは、それぞれ複数の層から構成してもよい。
【００２５】
図１〜図４に示すように、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、固体高分子電解質膜１８の外周を周回するとともに、アノード電極２０及びカソード電極２２に接合される樹脂製枠部材２４を備える。樹脂製枠部材２４は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーンゴム、フッ素ゴム又はＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等で構成される。
【００２６】
樹脂製枠部材２４は、カソード電極２２の外周側に突出して固体高分子電解質膜１８の外周縁部に当接する内周膨出部２４ａを有する。内周膨出部２４ａは、カソード電極２２と同一の肉厚、実質的には、ガス拡散層２２ｂと同一の肉厚を有するとともに、前記内周膨出部２４ａの内周端部２４ａｅは、ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅとの間に隙間Ｓ１を形成する（図３参照）。
【００２７】
樹脂製枠部材２４の内周膨出部２４ａは、電極触媒層２２ａの外周縁部に積層方向（矢印Ａ方向）に沿って重なり合う重合部位２６を有する。重合部位２６では、電極触媒層２２ａの外周端部２２ａｅと内周膨出部２４ａの内周端部２４ａｅとが長さＬ２に亘って重なり合っている。
【００２８】
樹脂製枠部材２４の内周膨出部２４ａと固体高分子電解質膜１８の外周縁部及び電極触媒層２２ａの外周縁部とは、接着剤層２７により接着される。接着剤層２７は、例えば、エステル系又はウレタン系のホットメルト接着剤が使用される。樹脂製枠部材２４とアノード電極２０のガス拡散層２０ｂとは、樹脂含浸部２８ａにより一体化される一方、前記樹脂製枠部材２４とカソード電極２２のガス拡散層２２ｂとは、樹脂含浸部２８ｂにより一体化される。
【００２９】
接着剤層２７は、固体高分子電解質膜１８の外周縁部の全周に亘って額縁状に形成される。樹脂含浸部２８ａは、アノード電極２０のガス拡散層２０ｂの全周に亘って額縁状に形成されるとともに、樹脂含浸部２８ｂは、カソード電極２２を構成するガス拡散層２２ｂの全周に亘って額縁状に形成される。樹脂含浸部２８ａの内周端２８ａｅは、積層方向に沿って重合部位２６の外側に長さＬ３だけ離間して位置する（図３参照）。
【００３０】
図１に示すように、樹脂製枠部材２４のアノード電極２０側の面２４ａｓには、上端縁部に後述する燃料ガス流路の入口側に対応する入口バッファ部２９ａが設けられる。樹脂製枠部材２４の面２４ａｓには、下端縁部に燃料ガス流路の出口側に対応する出口バッファ部２９ｂが設けられる。入口バッファ部２９ａ及び出口バッファ部２９ｂは、複数の突起部２９ａｔ、２９ｂｔにより構成される。
【００３１】
図４に示すように、樹脂製枠部材２４のカソード電極２２側の面２４ｃｓには、上端縁部に後述する酸化剤ガス流路の入口側に対応する入口バッファ部２９ｃが設けられる。樹脂製枠部材２４の面２４ｃｓには、下端縁部に酸化剤ガス流路の出口側に対応する出口バッファ部２９ｄが設けられる。入口バッファ部２９ｃ及び出口バッファ部２９ｄは、複数の突起部２９ｃｔ、２９ｄｔにより構成される。
【００３２】
図１に示すように、燃料電池１２の矢印Ｃ方向（図１中、重力方向）の上端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３２ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３４ａが、矢印Ｂ方向（水平方向）に配列して設けられる。
【００３３】
燃料電池１２の矢印Ｃ方向の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３４ｂ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。
【００３４】
第２セパレータ１６の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０に向かう面１６ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路３６が設けられる。酸化剤ガス流路３６の入口側（上端側）には、樹脂製枠部材２４の面２４ｃｓの上端縁部に設けられた入口バッファ部２９ｃが当接するバッファ領域３８ａが実質的に平坦状に設けられる。このバッファ領域３８ａの上部側一端には、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから複数本の入口連結路４０ａが連結される。
【００３５】
酸化剤ガス流路３６の出口側（下端側）には、樹脂製枠部材２４の面２４ｃｓの下端縁部に設けられた出口バッファ部２９ｄが接触するバッファ領域３８ｂが設けられる。このバッファ領域３８ｂの一端側には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂから複数本の出口連結路４０ｂが連結される。
【００３６】
図５に示すように、第１セパレータ１４の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０に向かう面１４ａには、燃料ガス流路４２が矢印Ｃ方向に延在して設けられる。
【００３７】
燃料ガス流路４２の入口側（上端側）には、樹脂製枠部材２４の面２４ａｓの上端縁部に設けられた入口バッファ部２９ａに接触するバッファ領域４４ａが設けられる。バッファ領域４４ａの燃料ガス入口連通孔３４ａ側の端部には、複数本の入口連結路４６ａが連結されるとともに、前記入口連結路４６ａは、複数の供給孔部４８ａに連通する。
【００３８】
燃料ガス流路４２の出口側（下端側）には、樹脂製枠部材２４の面２４ａｓの下端縁部に設けられた出口バッファ部２９ｂが当接するバッファ領域４４ｂが設けられる。バッファ領域４４ｂの燃料ガス出口連通孔３４ｂ側の端部には、複数本の出口連結路４６ｂを介して排出孔部４８ｂが連通する。
【００３９】
図１に示すように、第１セパレータ１４の面１４ｂ側には、供給孔部４８ａと燃料ガス入口連通孔３４ａとを連通する複数本の入口連結路５０ａ、及び排出孔部４８ｂと燃料ガス出口連通孔３４ｂとを連通する複数本の出口連結路５０ｂとが設けられる。面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとを連通する冷却媒体流路５２が矢印Ｃ方向に設けられる。
【００４０】
図２に示すように、ガス拡散層２０ｂは、積層方向に沿って重合部位２６と重なり合う領域が燃料ガス流路４２に対向している。
【００４１】
図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材５４が一体化される。第２セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材５６が一体化される。
【００４２】
図２に示すように、第１シール部材５４は、第２シール部材５６に当接する凸状シール５４ａを有する一方、前記第２シール部材５６は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を構成する樹脂製枠部材２４に当接する凸状シール５６ａを有する。第１シール部材５４及び第２シール部材５６は、セパレータ面に沿って薄肉状に設けられた平面シールを有する。
【００４３】
第１シール部材５４及び第２シール部材５６には、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
【００４４】
次いで、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を製造する方法について、以下に説明する。
【００４５】
先ず、図６及び図７に示すように、段差ＭＥＡである電解質膜・電極構造体１０ａが作製される。具体的には、固体高分子電解質膜１８の両方の面１８ａ、１８ｂには、電極触媒層２０ａ、２２ａが塗布される。そして、固体高分子電解質膜１８の面１８ａ側に、すなわち、電極触媒層２０ａにガス拡散層２０ｂが配置されるとともに、前記固体高分子電解質膜１８の面１８ｂに、すなわち、電極触媒層２２ａにガス拡散層２２ｂが配置される。これらが一体に積層されてホットプレス処理されることにより、電解質膜・電極構造体１０ａが作製される。
【００４６】
一方、樹脂製枠部材２４は、射出成形機（図示せず）により予め成形される。樹脂製枠部材２４は、図７に示すように、額縁形状に成形されるとともに、肉薄形状の内周膨出部２４ａが設けられる。樹脂製枠部材２４の長手方向両端縁部には、両面に複数の突起部が形成されることにより、入口バッファ部２９ａ、２９ｃ及び出口バッファ部２９ｂ、２９ｄが設けられる。
【００４７】
次いで、図６に示すように、電解質膜・電極構造体１０ａでは、カソード電極２２の外周から外部に露呈する固体高分子電解質膜１８の外周縁部及び電極触媒層２２ａの外周縁部に接着剤層２７が設けられる。そして、樹脂製枠部材２４と電解質膜・電極構造体１０ａとが位置合わせされる。
【００４８】
樹脂製枠部材２４は、内周膨出部２４ａがカソード電極２２側に配置され、接着剤層２７が加熱溶融（ホットメルト）されるとともに、荷重（プレス等）が付与される。このため、内周膨出部２４ａと固体高分子電解質膜１８とが接着される。
【００４９】
さらに、アノード電極２０側には、樹脂含浸部２８ａを形成するための樹脂部材２８ａａが用意される一方、カソード電極２２側には、樹脂含浸部２８ｂを形成するための樹脂部材２８ｂｂが用意される。樹脂部材２８ａａ、２８ｂｂは、枠形状（額縁形状）を有しており、例えば、樹脂製枠部材２４と同一の材料で構成される。なお、樹脂部材２８ａａ、２８ｂｂは、樹脂製枠部材２４と予め一体に構成してもよい。
【００５０】
そこで、電解質膜・電極構造体１０ａと樹脂製枠部材２４とには、樹脂部材２８ａａ、２８ｂｂが配置されて荷重が付与された状態で、前記樹脂部材２８ａａ、２８ｂｂが加熱される。加熱方式としては、レーザ溶着、赤外線溶着やインパルス溶着等が採用される。
【００５１】
従って、樹脂部材２８ａａ、２８ｂｂは、加熱溶融され、前記樹脂部材２８ａａは、アノード電極２０を構成するガス拡散層２０ｂ及び樹脂製枠部材２４に跨って含浸される。また、樹脂部材２８ｂｂは、カソード電極２２を構成するガス拡散層２２ｂ及び樹脂製枠部材２４に跨って含浸される。これにより、図２に示すように、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０が製造される。
【００５２】
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６により挟持されて燃料電池１２が構成される。燃料電池１２は、所定数だけ積層されて燃料電池スタックが構成されるとともに、図示しないエンドプレート間に締め付け荷重が付与される。
【００５３】
このように構成される燃料電池１２の動作について、以下に説明する。
【００５４】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００５５】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１６の酸化剤ガス流路３６に導入され、矢印Ｃ方向に移動して電解質膜・電極構造体１０ａのカソード電極２２に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３４ａから供給孔部４８ａを通って第１セパレータ１４の燃料ガス流路４２に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４２に沿って矢印Ｃ方向に移動し、電解質膜・電極構造体１０ａのアノード電極２０に供給される。
【００５６】
従って、各電解質膜・電極構造体１０ａでは、カソード電極２２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２０に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００５７】
次いで、カソード電極２２に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極２０に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部４８ｂを通り燃料ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５８】
また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間の冷却媒体流路５２に導入された後、矢印Ｃ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１０ａを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。
【００５９】
この場合、本実施形態では、図２及び図３に示すように、カソード電極２２を構成する電極触媒層２２ａの外周端部２２ａｅは、ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅよりも外方に突出するとともに、樹脂製枠部材２４の内周膨出部２４ａは、積層方向に沿って前記電極触媒層２２ａの外周端部２２ａｅに重なり合う重合部位２６を有している。
【００６０】
このため、ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅと樹脂製枠部材２４の内周膨出部２４ａの内周端部２４ａｅとの間に隙間Ｓ１が形成されていても、この隙間Ｓ１から固体高分子電解質膜１８に酸化剤ガスが接触することがない。従って、固体高分子電解質膜１８の端部は、酸化剤ガスと燃料ガスとの反応により生成される過酸化水素や前記過酸化水素を前駆体として生成されるヒドロキシラジカル（・ＯＨ）により劣化することを有効且つ確実に抑制されるという効果が得られる。
【００６１】
さらに、本実施形態では、アノード電極２０を構成するガス拡散層２０ｂの全周に亘って額縁状に形成される樹脂含浸部２８ａは、内周端２８ａｅが積層方向に沿って重合部位２６の外側に長さＬ３だけ離間して位置している。しかも、図２に示すように、電極触媒層２０ａは、重合部位２６と重なり合う領域が、アノード電極２０に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス流路４２に対向している。
【００６２】
これにより、固体高分子電解質膜１８の重合部位２６に酸化剤ガスが滞留することがなく、前記酸化剤ガスをガス拡散層２０ｂから燃料ガス流路４２に円滑且つ確実に排出させることができる。このため、固体高分子電解質膜１８の端部で酸化剤ガスと燃料ガスとの反応が惹起されることがなく、前記固体高分子電解質膜１８の劣化を可及的に抑制することが可能になる。
【符号の説明】
【００６３】
１０…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体    １０ａ…電解質膜・電極構造体
１２…燃料電池                          １４、１６…セパレータ
１８…固体高分子電解質膜                ２０…アノード電極
２０ａ、２２ａ…電極触媒層              ２０ｂ、２２ｂ…ガス拡散層
２２…カソード電極                      ２２ａｅ、２２ｂｅ…外周端部
２４…樹脂製枠部材                      ２４ａ…内周膨出部
２４ａｅ…内周端部                      ２７…接着剤層
２８ａ、２８ｂ…樹脂含浸部              ２９ａ、２９ｃ…入口バッファ部
２９ｂ、２９ｄ…出口バッファ部          ３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔            ３２ａ…冷却媒体入口連通孔
３２ｂ…冷却媒体出口連通孔              ３４ａ…燃料ガス入口連通孔
３４ｂ…燃料ガス出口連通孔              ３６…酸化剤ガス流路
４２…燃料ガス流路                      ５２…冷却媒体流路
５４、５６…シール部材
【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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