(57)【要約】【課題】シール部材一体型膜電極接合体を有する燃料電池において、シール部材を貫通する亀裂が生じることを抑制する技術を提供する。【解決手段】シール部材一体型ＭＥＡ２００Ａは、電解質膜２１２の両面に、電解質膜に当接して電極層２１４、２１５が配置され、電極層に当接してガス拡散層２１６、２１７が配置されて成るＭＥＡ２１０と、ガス拡散層２１６、２１７の表面の周縁部を覆うように配置される保護部材５１６Ａ、５１７Ａと、ガス拡散層２１６、２１７の周縁部および保護部材５１６Ａ、５１７Ａを覆うように、ＭＥＡ２１０および保護部材５１６Ａ、５１７Ａと、一体的に形成されるシール部材２２０と、を備えている。保護部材５１６Ａ、５１７Ａは、シール部材２２０よりも伸びにくいことを特徴とする。【選択図】図２
2008226748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シール部材一体型膜電極接合体であって、
電解質膜の両面に、前記電解質膜に当接して電極層が配置され、前記電極層に当接してガス拡散層が配置されて成る膜電極接合体と、
前記ガス拡散層の表面の周縁部の少なくとも一部を覆うように配置される保護部材と、
前記ガス拡散層の前記周縁部および前記保護部材を覆うように、前記膜電極接合体および前記保護部材と、一体的に形成されるシール部材と、
を備え、
前記保護部材は、
前記シール部材よりも伸びにくいことを特徴とするシール部材一体型膜電極接合体。
【請求項２】
請求項１に記載されたシール部材一体型膜電極接合体であって、
前記保護部材は、
外形が前記ガス拡散層の外形よりも大きい、枠状を成すと共に、前記ガス拡散層の前記表面の前記周縁部を、全周に亘って覆うように配置されていることを特徴とするシール部材一体型膜電極接合体。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載されたシール部材一体型膜電極接合体であって、
前記保護部材は、
金属材料で網目状に形成して成ることを特徴とするシール部材一体型膜電極接合体。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載されたシール部材一体型膜電極接合体であって、
前記保護部材は、
板状であることを特徴とするシール部材一体型膜電極接合体。
【請求項５】
請求項１に記載されたシール部材一体型膜電極接合体であって、
前記保護部材は、
前記電極層における電極反応に用いられる反応ガスを拡散させて前記電極に供給可能な連続気孔を有する多孔質体から成り、前記ガス拡散層の前記表面の全体を覆うように配置され、
前記シール部材は、
前記保護部材の周縁部を覆うように、前記保護部材および前記膜電極接合体と一体的に形成されていることを特徴とするシール部材一体型膜電極接合体。
【請求項６】
請求項２に記載されたシール部材一体型膜電極接合体であって、
２枚の前記保護部材が、前記膜電極接合体の両面に、それぞれ１枚ずつ配置されると共に、
２枚の前記保護部材の間に配置され、前記保護部材同士が電気的に通じることを妨げるための絶縁部材を、さらに備え、
前記シール部材は、前記ガス拡散層の前記周縁部および前記保護部材を覆うように、前記膜電極接合体、前記保護部材、および前記絶縁部材と、一体的に形成されて成ることを特徴とするシール部材一体型膜電極接合体。
【請求項７】
シール部材一体型膜電極接合体であって、
電解質膜の両面に、前記電解質膜に当接して電極層が配置され、前記電極層に当接してガス拡散層が配置されて成る膜電極接合体と、
前記ガス拡散層の周縁部を覆うように、前記膜電極接合体と一体的に形成されるシール部材と、
を備え、
前記シール部材は、
硬度の異なる複数の層が、前記膜電極接合体の積層方向と同一の方向に沿って、積層されて成ることを特徴とするシール部材一体型膜電極接合体。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のシール部材一体型膜電極接合体において、
前記ガス拡散層は、
紙または不織布から成ることを特徴とするシール部材一体型膜電極接合体。
【請求項９】
燃料電池であって、
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のシール部材一体型膜電極接合体を、１対のセパレータで挟持して成ることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
燃料電池スタックであって、
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のシール部材一体型膜電極接合体を、セパレータを介在させて複数積層して成ることを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものであり、特に、膜電極接合体と一体的にシール部材が形成されている、シール部材一体型膜電極接合体を有する燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の中には、電解質膜の両面に電極およびガス拡散層が配置されて成るＭＥＡ（膜電極接合体：ｍｅｍｂｒａｎｅ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）を有するものがある。そして、ＭＥＡに供給された反応ガスが、外部に流出するのを防止するために、ＭＥＡの周りに、シール部材が一体的に形成されている場合がある（以下、シール部材一体型ＭＥＡともいう）。シール部材一体型ＭＥＡでは、ＭＥＡの周縁部を挟持するように、シール部材が形成されている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１０２０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のシール部材一体型ＭＥＡ２００ｐを、図１０および図１１に示す。図１０は、従来のシール部材一体型ＭＥＡ２００ｐを示す平面図、図１１は、図１０におけるＡ−Ａ断面図である。シール部材一体型ＭＥＡ２００ｐは、図１０に示すように、ＭＥＡ２１０の周りにシール部材２２０が一体的に形成されて成る。ＭＥＡ２１０は、図１１に示すように、電解質膜の両面に電極２１４、２１５およびガス拡散層２１６、２１７が積層されて成る。
【０００５】
ガス拡散層２１６、２１７は、例えば、炭素繊維からなるカーボンクロス等から成るため、その表面の炭素繊維が毛羽立っていることがある。一方、シール部材２２０は、燃料電池の運転および停止に伴う温度変化により、膨張、収縮を繰り返す。また、シール部材２２０は、反応ガス圧によって、シール部材２２０の外周に向かって引っ張られることもある。
【０００６】
シール部材一体型ＭＥＡにおいて、例えば、射出成型によりシール部材をＭＥＡと一体的に形成する場合があるが、その場合に、図１１に示すように、ガス拡散層２１６、２１７の毛羽ＦＬが、シール部材２２０に刺さった状態で、シール部材が形成されることがある。その場合、シール部材自体の膨張、収縮等によって、毛羽ＦＬが刺さったところから、亀裂ＣＲが生じ、その亀裂ＣＲが、シール部材２２０のアノード側からカソード側まで貫通してしまうおそれがあった。亀裂ＣＲが、シール部材２２０のアノード側からカソード側まで貫通していると、亀裂ＣＲを通じて、反応ガス（水素および空気）が相互に漏洩してしまうことがある。反応ガスが相互に漏洩する様子を、図１１に矢印で示している。
【０００７】
従って、本発明は、上述の従来技術の問題点を解決し、シール部材一体型膜電極接合体を有する燃料電池において、シール部材を貫通する亀裂が生じることを抑制する技術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】
【０００８】
上述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明におけるシール部材一体型膜電極接合体は、
電解質膜の両面に、前記電解質膜に当接して電極層が配置され、前記電極層に当接してガス拡散層が配置されて成る膜電極接合体と、
前記ガス拡散層の表面の周縁部の少なくとも一部を覆うように配置される保護部材と、
前記ガス拡散層の前記周縁部および前記保護部材を覆うように、前記膜電極接合体および前記保護部材と、一体的に形成されるシール部材と、
を備え、
前記保護部材は、
前記シール部材よりも伸びにくいことを要旨とする。
【０００９】
本発明のシール部材一体型膜電極接合体では、保護部材が、ガス拡散層の周縁部の少なくとも一部を覆っている。例えば、本発明のシール部材一体型膜電極接合体を用いて、燃料電池を構成する場合、燃料電池の運転、停止に伴う温度変化等によって、シール部材が伸縮しようとしても、保護部材は、シール部材よりも伸びにくいため、保護部材によって、シール部材の伸縮が抑制される。そのため、ガス拡散層として、カーボンクロスを用いた場合に、その表面に生じた毛羽が、シール部材に刺さったとしても、シール部材の伸縮を抑制することができるため、シール部材に亀裂が生じるのを抑制することができる。
【００１０】
なお、保護部材とシール部材の伸びにくさを比較する場合に、例えば、シール部材と保護部材とを、同一の形状かつ同一の体積に形成して、両者に、一定の引っ張り荷重を、一定の時間かけた場合の、両者の変形量を指標にすることができる。保護部材の変形量がシール部材の変形量より小さい場合等は、「保護部材はシール部材よりも伸びにくい」といえる。但し、この指標に限定されず、その他の種々の指標に基づいて、伸びやすさを比較することができる。
【００１１】
上記したシール部材一体型膜電極接合体において、前記保護部材は、外形が前記ガス拡散層の外形よりも大きい、枠状を成すと共に、前記ガス拡散層の前記表面の前記周縁部を、全周に亘って覆うように配置されていることが好ましい。
【００１２】
このようにすると、シール部材の伸縮が抑制される範囲が広くなるため、たとえ、ガス拡散層の端部から亀裂が生じたとしても、その亀裂がシール部材の周縁部に向かって成長するのを抑制することができる。
【００１３】
上記したシール部材一体型膜電極接合体において、前記保護部材は、金属材料で網目状に形成して成るものでもよい。
【００１４】
このようにすることによって、仮に、ガス拡散層の表面に生じた毛羽が、シール部材に刺さって、亀裂が生じたとしても、保護部材の網目にぶつかって、その亀裂が、そこから広がりにくくなる。したがって、シール部材を貫通する亀裂が生じ難くなるため、反応ガスが相互に漏洩するのを抑制することができる。
【００１５】
上記したシール部材一体型膜電極接合体において、前記保護部材は、板状であってもよい。
【００１６】
このようにすると、板状の保護部材が、ガス拡散層の周縁部の少なくとも一部を覆うため、ガス拡散層の表面に毛羽が生じても、シール部材に刺さり難くなるため、亀裂が生じ難くなる。
【００１７】
上記したシール部材一体型膜電極接合体において、
前記保護部材は、
前記電極層における電極反応に用いられる反応ガスを拡散させて前記電極に供給可能な連続気孔を有する多孔質体から成り、前記ガス拡散層の前記表面の全体を覆うように配置され、
前記シール部材は、
前記保護部材の周縁部を覆うように、前記保護部材および前記膜電極接合体と一体的に形成されていてもよい。
【００１８】
このようにすることによって、保護部材の中央部を、反応ガス流路として利用することができる。したがって、部品点数を減らすことができるようになり、好適である。
【００１９】
上記したシール部材一体型膜電極接合体において、
２枚の前記保護部材が、前記膜電極接合体の両面に、それぞれ１枚ずつ配置されると共に、
２枚の前記保護部材の間に配置され、前記保護部材同士が電気的に通じることを妨げるための絶縁部材を、さらに備え、
前記シール部材は、前記ガス拡散層の前記周縁部および前記保護部材を覆うように、前記膜電極接合体、前記保護部材、および前記絶縁部材と、一体的に形成されて成ることを要旨とする。
【００２０】
本発明のシール部材一体型膜電極接合体によれば、例えば、保護部材として、金属メッシュ等の導電性のある部材を用いた場合でも、絶縁部材が配置されているため、アノード側とカソード側の保護部材が接触することによる両極の電気的短絡を防止することができる。
【００２１】
また、本発明におけるシール部材一体型膜電極接合体は、
電解質膜の両面に、前記電解質膜に当接して電極層が配置され、前記電極層に当接してガス拡散層が配置されて成る膜電極接合体と、
前記ガス拡散層の周縁部を覆うように、前記膜電極接合体と一体的に形成されるシール部材と、
を備え、
前記シール部材は、
硬度の異なる複数の層が、前記膜電極接合体の積層方向と同一の方向に沿って、積層されて成ることを要旨とする。
【００２２】
本発明のシール部材一体型膜電極接合体によれば、仮に、亀裂が生じたとしても、硬度の異なる層に亀裂がつきあたると、その層へは亀裂が成長しにくいため、シール部材を貫通する亀裂が生成されにくくなる。したがって、反応ガスが相互に漏洩するのを抑制することができる。
【００２３】
上記したシール部材一体型膜電極接合体において、前記ガス拡散層は、紙または不織布から成ることが好ましい。紙および不織布は、繊維を織り込んでいないため、織布に比べて毛羽が生じ難い。そのため、毛羽により亀裂が生じることを抑制することができる。
【００２４】
この発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池スタック等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
Ａ．第１の実施例：
Ａ１．燃料電池スタックの構成：
本実施例の燃料電池１００は、酸化ガスとしての空気と燃料ガスとしての水素とを用いて発電を行う固体高分子型の燃料電池である。図１は、本発明の一実施例としての燃料電池１００の断面構成を概略的に示す説明図である。図１では、燃料電池１００を、後述する図３におけるＡ−Ａラインで切断した切断面を示している。燃料電池１００は、図１に示すように、シール部材一体型ＭＥＡ２００Ａの両面に、水素流路形成部４２０、空気流路形成部４４０（以下、まとめて反応ガス流路形成部４２０、４４０とも呼ぶ。）がそれぞれ配置され、その両面にセパレータ３００が配置されるように積層された構成を成している。図１では、複数のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ａ、反応ガス流路形成部４２０、４４０、およびセパレータ３００が積層された部分の一部を抜き出して示しており、他は図示を省略している。
【００２６】
燃料電池１００は、上記した各構成部品が複数積層されて成り、全体としては、図１に示すように、発電に用いられる空気を供給する空気供給マニホールド６４０と、利用されなかった空気を排出する空気排出マニホールド６５０と、を備えている。また、同様に、発電に用いられる水素を供給する水素供給マニホールド(図示しない)と、利用されなかった水素を排出する水素排出マニホールド(図示しない)、を備えている。
【００２７】
燃料電池１００に供給された空気は、空気供給マニホールド６４０を通って、セパレータ３００の空気供給口３４６を介して空気流路形成部４４０に流入し、空気流路形成部４４０内を流通しつつ、ＭＥＡ２１０に供給されて電極反応に利用され、電極反応に利用されなかった空気は、セパレータ３００の空気排出口３５６を介して空気排出マニホールド６５０に排出され、空気排出マニホールド６５０を通って燃料電池１００外へ排出される。同様に、燃料電池１００に供給された水素も、燃料電池１００内を流通して電極反応に利用され、電極反応に利用されなかった水素は燃料電池１００外へ排出される。
【００２８】
Ａ１．１．シール部材一体型ＭＥＡの構成：
シール部材一体型ＭＥＡ２００Ａについて、図２および図３に基づいて、説明する。図２は、シール部材一体型ＭＥＡ２００Ａの断面構成を示す拡大断面図である。図３は、シール部材一体型ＭＥＡ２００を、カソード側から見て示す平面図である。
【００２９】
本実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ａでは、図２に示すように、ＭＥＡ２１０の両面に、本実施例の特徴部分である保護部材５１６Ａ、５１７Ａが、それぞれ当接して配置され、その保護部材５１６Ａ、５１７Ａの全体を覆うようにして、シール部材２２０が保護部材５１６Ａ、５１７ＡおよびＭＥＡ２１０と一体的に形成されている。
【００３０】
ＭＥＡ２１０は、図２に示すように、電解質膜２１２の一方の面にアノード２１４、アノード側ガス拡散層２１６が、順次積層され、他方の面にカソード２１５、カソード側ガス拡散層２１７が、順次積層されて成る。そして、ＭＥＡ２１０は、図３に示すように、略長方形状を成している。本実施例において、電解質膜２１２としては、フッ素系樹脂により形成された高分子電解質膜を、アノード２１４およびカソード２１５としては、触媒として白金および白金合金を担持したカーボンクロスより形成された電極を、アノード側ガス拡散層２１６およびカソード側ガス拡散層２１７としては、カーボンクロスを、それぞれ用いるものとした。本実施例におけるＭＥＡ２１０が、請求項における膜電極接合体に相当する。カーボンクロスは、炭素繊維を織って作られているため、表面が毛羽立つことがある。
【００３１】
上記したように、保護部材５１６Ａ、５１７Ａは、ＭＥＡ２１０の両面にそれぞれ配置されている。保護部材５１７Ａは、図３にクロスハッチングで示すように、枠状を成しており、ＭＥＡ２１０のガス拡散層２１７の周縁部を全周に亘って覆っている。同様に、保護部材５１６Ａは、枠状を成しており、ＭＥＡ２１０のガス拡散層２１６の周縁部を全周に亘って覆っている。本実施例では、保護部材５１６Ａ、５１７Ａとして、金属メッシュを用いている。
【００３２】
シール部材２２０は、図３に示すように、ＭＥＡ２１０の外周に枠状に形成されている。そして、図２に示すように、保護部材５１６Ａ、５１７Ａを覆うようにして、保護部材５１６Ａ、５１７ＡおよびＭＥＡ２１０と一体的に形成されている。本実施例において、シール部材２２０は、シリコーンゴムを用いて射出成型により形成されている。シール部材２２０を成形する際には、シリコーンゴムを、保護部材５１６Ａ、５１７Ａ内部の空隙、ガス拡散層２１６、２１７内部の空隙、および電極２１４、２１５内部の空隙に含浸させ、いわゆるアンカー効果によりシール部材２２０と、保護部材５１６Ａ、５１７ＡおよびＭＥＡ２１０とを結合している。
【００３３】
シール部材２２０には、図３に示すように、前述の空気供給マニホールド６４０および空気排出マニホールド６５０を構成する貫通孔２４２、２５２がそれぞれ形成されている。同様に、水素および冷却水を流通させるための貫通孔も、設けられている。そして、それらの貫通孔の周囲には、セパレータ３００と接触することによって反応ガス等の漏洩を防止するための凸部が設けられている。図３において、凸部がセパレータ３００と接触する際にできるシールラインＳＬを２点鎖線で示す。
【００３４】
本実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００では、上記したように、保護部材５１６Ａ、５１７ＡおよびＭＥＡ２１０と一体的にシール部材２２０が形成されている。保護部材５１６Ａ、５１７Ａは、金属メッシュから成るため、シリコーンゴムより成るシール部材２２０に比べて、比べて伸びにくいため、燃料電池１００の運転、停止に伴う温度変化によって、シール部材２２０が伸縮しようとしても、保護部材５１６Ａ、５１７Ａによって、シール部材２２０の伸縮が抑制される。
【００３５】
Ａ１．２．セパレータの構成：
セパレータ３００は、図１に示すように、空気流路形成部４４０と当接するカソード対向プレートと、水素流路形成部４２０と当接するアノード対向プレートと、カソード対向プレートおよびアノード対向プレートに狭持された中間プレートと、が積層された３層構造を有している。そして、図１に示すように、内部に、反応ガスや冷却水を流通させる流路（例えば、空気供給流路３４４等）が形成され、反応ガス流路形成部４２０、４４０に接する面に、反応ガスを給排するための供給口（例えば、空気供給口３４６）および排出口（例えば、空気排出口３５６）が形成されている。セパレータ３００を構成する３枚のプレート（カソード対向プレート、アノード対向プレート、中間プレート）は、略長方形を成す金属薄板である。
【００３６】
Ａ１．３．反応ガス流路形成部の構成：
空気流路形成部４４０は、焼結金属から成り、シール部材２２０の内枠と略同一の外形を成す、平板状に形成されている。焼結金属は、連続気孔を有する多孔質体であるため、セパレータ３００とＭＥＡ２１０との間に配置されることにより、セパレータ３００を介して供給された空気が、空気流路形成部４４０内を流通しつつ、拡散されてＭＥＡ２１０に供給される。なお、水素流路形成部４２０の構成は、空気流路形成部４４０と同様である。従って、説明を省略する。
【００３７】
Ａ２．第１の実施例の効果：
本実施例における燃料電池１００では、ガス拡散層２１６、２１７の周縁部が、保護部材５１６Ａ、５１７Ａに、それぞれ覆われており、保護部材５１６Ａ、５１７ＡおよびＭＥＡ２１０と一体的にシール部材２２０が形成されている。上記したように、保護部材５１６Ａ、５１７Ａは、シール部材に比べて伸びにくいため、保護部材５１６Ａ、５１７Ａが配置されている部分は、シール部材２２０の伸縮が抑制される。
【００３８】
したがって、仮に、カーボンクロスから成るガス拡散層２１６、２１７の表面が毛羽立っており、シール部材２２０に刺さるようなことがあったとしても、シール部材２２０の伸縮が抑制されているため、毛羽が刺さっている部分から、亀裂が生じるのを抑制することができる。
【００３９】
また、シール部材２２０が、多少伸縮して、亀裂が生じたとしても、保護部材５１６Ａ、５１７Ａが、金属メッシュより成るため、その亀裂が、保護部材５１６Ａ、５１７Ａのメッシュにぶつかることによって、それ以上に亀裂が成長するのを阻止することができる。したがって、シール部材を貫通する亀裂が生じ難くなるため、反応ガスの相互漏洩を抑制することができる。
【００４０】
Ｂ．第２の実施例：
本発明の第２の実施例の燃料電池は、図１に示す第１の実施例の燃料電池１００と、同様の構成を成しているが、本実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｂが、第１の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ａと異なっている。図４は、第２の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｂの断面構成を示す拡大断面図である。
【００４１】
本実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｂが、図２に示す第１の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ａと異なる点は、図４に示すように、保護部材５１６Ｂ、５１７Ｂの外枠が、ガス拡散層２１６、２１７の外形よりも大きい点である。保護部材５１６Ｂ、５１７Ｂは、第１の実施例の保護部材５１６Ａ、５１７Ａと同様に、金属メッシュから成るため、第１の実施例において述べたように、保護部材５１６Ｂ、５１７Ｂ、が配置されている部分は、シール部材２２０の伸縮が抑制される。すなわち、本実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｂでは、第１の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ａに比べて、シール部材２２０の伸縮が抑制される範囲が広くなる。
【００４２】
そのため、たとえ、シール部材２２０において、ガス拡散層２１６、２１７の端部から亀裂が生じたとしても、その亀裂がシール部材２２０の周縁部に向かって成長するのを抑制することができる。また、仮に、ガス拡散層２１６、２１７の端部から亀裂が生じたとしても、保護部材５１６Ｂ、２１７Ｂのメッシュに、その亀裂ぶつかることによって、それ以上に亀裂が成長するのを阻止することができる。したがって、第１の実施例よりさらに、シール部材を貫通する亀裂が生じ難くなる。
【００４３】
Ｃ．第３の実施例：
図５は、本発明の第３の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｃの断面構成を示す拡大断面図である。本実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｃが、図４に示す第２の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｂと異なる点は、図５に示すように、保護部材５１６Ｃと保護部材５１７Ｃとの間に、絶縁部材５１８を、さらに備える点である。絶縁部材５１８としては、例えば、ＰＥＮ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ(Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリエチレンテレフタレート)、ＰＩ(Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ：ポリイミド)、ＰＥＩ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ Ｉｍｉｄｅ：ポリエーテルイミド）、ＰＰＳ(Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ：ポリフェニレンサルファイド)等の絶縁性材料から成る、枠状の平板が用いられる。
【００４４】
例えば、シール部材一体型ＭＥＡ２００Ｃを形成する場合、第１の実施例と同様に、シリコーンゴムを射出成型することにより、シール部材２２０をＭＥＡ２１０と一体的に形成する場合がある。仮に、シール部材一体型ＭＥＡ２００Ｃが絶縁部材５１８を備えていないとすると、シール部材２２０を射出成型する場合に、シリコーンゴムによって、金属メッシュから成る保護部材５１６Ｃ、５１７Ｃが押されて変形し、両者が接触する可能性がある。保護部材５１６Ｃ、５１７Ｃが接触していると、シール部材一体型ＭＥＡを用いた燃料電池を運転した場合に、両極が電気的に短絡してしまう。しかしながら、本実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｃでは、保護部材５１６Ｃ、５１７Ｃの間に絶縁部材５１８が配置されており、両者が接触しないため、電気的短絡が生じることがない。
【００４５】
Ｄ．第４の実施例：
図６は、本発明の第４の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｄの断面構成を示す拡大断面図である。図７は、保護部材５１６Ｄの一部を示す拡大平面図である。本実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｄが、図４に示す第２の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｂと異なる点は、第２の実施例の保護部材５１６Ｂ、５１７Ｂが金属メッシュから形成されているのに対して、本実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｂでは、プラスチックから成る平板状に形成されている点である。
【００４６】
本実施例の保護部材５１６Ｄ、５１７Ｄは、枠状を成す平板状に形成されている。そして、図７に示すように、保護部材５１６Ｄ、５１７Ｄには、所定の大きさの円形状を成す貫通孔Ｈが、複数形成されている。保護部材５１６Ｄ、５１７Ｄをこのように形成しても、シール部材２２０を形成する際に、シリコーンゴムが貫通孔Ｈに入り込むことによって、シール部材２２０と、保護部材５１６Ｄ、５１７ＤおよびＭＥＡ２１０との結合を強固にすることができるため、第２の実施例と同様の効果を得ることができる。なお、貫通孔Ｈは、打ち抜きにより形成されてもよいし、予め、貫通孔ができるような金型を用意して、保護部材を形成するようにしてもよい。
【００４７】
Ｅ．第５の実施例：
図８は、本発明の第５の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｅの断面構成を示す拡大断面図である。本実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｅが、図４に示す第２の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｂと異なる点は、保護部材５１６Ｅが、第２の実施例における保護部材５１６Ｂと水素流路形成部４２０とを接合した形状を成しており、保護部材５１７Ｅが、第２の実施例における保護部材５１７Ｂと空気流路形成部４４０とを接合した形状を成している点である。
【００４８】
本実施例の保護部材５１６Ｅ、５１７Ｅは、焼結金属から成り、上記したように、第２の実施例における保護部材と水素流路形成部とを接合した形状を成している。すなわち、図８に示すように、保護部材５１６Ｅ、５１７Ｅは、周縁部が、中央部に対して薄くなるように形成されている。
【００４９】
シール部材一体型ＭＥＡ２００Ｅを形成する際に、ＭＥＡ２１０の両面に、保護部材５１６Ｅ、５１７Ｅをそれぞれ配置して、保護部材５１６Ｅ、５１７Ｅの、厚みの薄い周縁部を覆うようにして、シール部材２２０を、保護部材５１６Ｅ、５１７ＥおよびＭＥＡ２１０と一体的に形成する。保護部材５１６Ｅ、５１７Ｅは、焼結金属から成るため、第２の実施例と同様に、いわゆるアンカー効果により、シール部材２２０は、保護部材５１６Ｅ、５１７ＥおよびＭＥＡ２１０と結合される。燃料電池を構成する場合に、図８に破線で示すようにセパレータ３００を、保護部材５１６Ｅ、５１７Ｅと当接して配置すれば、反応ガスが、保護部材５１６Ｅ、５１７Ｅ内を流通しつつ、拡散されてＭＥＡ２１０に供給される。すなわち、保護部材５１６Ｅ、５１７Ｅは、周縁部が保護部材として機能すると共に、中央部が反応ガス流路形成部として機能する。したがって、第２の実施例と同様の効果が得られると共に、部品点数を削減することができる。
【００５０】
Ｆ．第６の実施例：
図９は、本発明の第６の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｆの断面構成を示す拡大断面図である。本実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｆが、第１の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ａと異なる点は、まず、保護部材が配置されていない点である。さらに、シール部材一体型ＭＥＡ２００Ｆでは、図９に示すように、シール部材２２０Ｆは、硬度の異なる複数のシリコーンゴム層が、ＭＥＡ２１０の積層方向と同一の方向に沿って積層されて成る。シール部材２２０Ｆの厚さ方向において、中央から表面に向かって、シリコーンゴム層２２０Ｆ０、２２０Ｆ１、２２０Ｆ２、２２０Ｆ３、２２０Ｆ４の順に、硬度が低くなっている。そのため、仮に、ガス拡散層２１６、２１７の表面の毛羽がシール部材に刺さって、シール部材の表面付近（図９における、シリコーンゴム層２２０Ｆ３）に亀裂が生じたとしても、硬度の高い中央付近の層（図９における、シリコーンゴム層２２０Ｆ０〜２）へは亀裂が成長し難い。したがって、シール部材を積層方向に貫通する亀裂が生じ難くなる。
【００５１】
Ｇ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５２】
（１）上記した実施例において、ガス拡散層として、カーボンクロスを用いたが、カーボンペーパー、カーボンフェルト等を用いてもよい。このように、織っていない炭素繊維材を用いることによって、表面に毛羽が生じ難くなるため、さらに、シール部材に亀裂が生じ難くなる。
【００５３】
（２）上記した実施例において、電解質膜として高分子電解質膜を用いたが、固体酸化物等、他の電解質を用いてもよい。電極として白金および白金合金を担持したカーボンクロスを用いたが、カーボンペーパーおよびカーボンフェルト等を用いてもよい。シール部材として、シリコーンゴムを用いたが、これに限られず、ガス不透過性、弾力性、耐熱性を有する他の部材を用いてもよい。
【００５４】
（３）上記した実施例において、保護部材として、金属メッシュ、円孔が設けられたプラスチック板または焼結金属を用いたが、これらに限定されず、シール部材よりも伸びにくい材料で形成されるものを用いればよい。
【００５５】
（４）上記した実施例において、保護部材として、ガス拡散層の周縁部を全周に亘って覆うものを用いたが、周縁部の一部を覆うものであってもよい。このようにしても、シール部材を貫通する亀裂が生じることを抑制することができる。
【００５６】
（５）上記した実施例において、２枚の保護部材が、ＭＥＡ２１０の両面にそれぞれ配置されるものを示したが、いずれか一方の面にのみ配置されるようにしてもよい。このようにしても、保護部材が配置されている部分のシール部材の伸縮が抑制されるため、シール部材に亀裂が生じるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池１００の断面構成を概略的に示す説明図である。
【図２】シール部材一体型ＭＥＡ２００Ａの断面構成を示す拡大断面図である。
【図３】シール部材一体型ＭＥＡ２００をカソード側から見て示す平面図である。
【図４】第２の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｂの断面構成を示す拡大断面図である。
【図５】第３の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｃの断面構成を示す拡大断面図である。
【図６】第４の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｄの断面構成を示す拡大断面図である。
【図７】保護部材５１６Ｄの一部を示す拡大平面図である。
【図８】第５の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｅの断面構成を示す拡大断面図である。
【図９】第６の実施例のシール部材一体型ＭＥＡ２００Ｆの断面構成を示す拡大断面図である。
【図１０】従来のシール部材一体型ＭＥＡ２００ｐを示す平面図である。
【図１１】シール部材一体型ＭＥＡ２００ｐの断面構成を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００…燃料電池
２１２…電解質膜
２１４…アノード
２１５…カソード
２１６…アノード側ガス拡散層
２１７…カソード側ガス拡散層
２２０、２２０Ｆ…シール部材
２２０Ｆ０、２２０Ｆ１、２２０Ｆ２、２２０Ｆ３、２２０Ｆ４…シリコーンゴム層
２４２…貫通孔
３００…セパレータ
３４４…空気供給流路
３４６…空気供給口
３５６…空気排出口
４２０…反応ガス流路形成部
４２０…水素流路形成部
４２０…酸素流路形成部
４４０…空気流路形成部
５１６Ａ、５１６Ｂ、５１６Ｃ、５１６Ｄ、５１６Ｅ、５１７Ａ、５１７Ｂ、５１７Ｃ、５１７Ｄ、５１７Ｅ…保護部材
５１８…絶縁部材
６４０…空気供給マニホールド
６５０…空気排出マニホールド
２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、２００Ｅ、２００Ｆ、２００ｐ…シール部材一体型ＭＥＡ
Ｈ…貫通孔
ＳＬ…シールライン
【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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