(57)【要約】【課題】燃料電池の低温始動時に、カソードやアノードで生成水が凍結しても、発電性能の低下を抑制する。【解決手段】単セル１００は、膜電極接合体１１０を備える。膜電極接合体１１０は、電解質膜１２０と、アノード側触媒層１３０と、アノード側ガス拡散層１４０と、カソード側触媒層１５０とを備える。カソード側触媒層１５０の内部には、バイメタルチップ１５２が混入されている。このバイメタルチップ１５２は、温度変化に応じて変形し、少なくとも氷点下で、カソード側触媒層１５０の内部に空隙を形成する。【選択図】図２
2008198507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池に用いられ、所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合であって、
前記アノード、および、前記カソードのうちの少なくとも一方は、その内部に、温度変化に応じて変形する部材であって、前記膜電極接合体の温度が少なくとも氷点下のときに、前記温度変化に応じた変形によって、前記内部に空隙を形成する空隙形成部材を備える、
膜電極接合体。
【請求項２】
請求項１記載の膜電極接合体であって、
前記空隙形成部材は、バイメタルからなる粉体である、
膜電極接合体。
【請求項３】
請求項２記載の膜電極接合体であって、
前記バイメタルは、触媒金属を含む、
膜電極接合体。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の膜電極接合体であって、
前記カソードは、前記電解質膜の一方の面に接合され、前記電気化学反応を促進するためのカソード側触媒層と、該カソード側触媒層に接合され、該カソード側触媒層に前記酸素を拡散させつつ供給するためのカソード側ガス拡散層と、を備えており、
前記空隙形成部材は、前記カソード側触媒層内に配置されている、
膜電極接合体。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の膜電極接合体であって、
前記アノードは、前記電解質膜の一方の面に接合され、前記電気化学反応を促進するためのアノード側触媒層と、該アノード側触媒層に接合され、該アノード側触媒層に前記水素を拡散させつつ供給するためのアノード側ガス拡散層と、を備えており、
前記空隙形成部材は、前記アノード側触媒層内に配置されている、
膜電極接合体。
【請求項６】
所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を備える燃料電池であって、
前記膜電極接合体は、請求項１ないし５のいずれかに記載の膜電極接合体である、
燃料電池。
【請求項７】
燃料電池に用いられる膜電極接合体の触媒層を形成するための触媒インクであって、
触媒と、
電解質溶液と、
バイメタルからなる粉体と、を含む、
触媒インク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極接合体、この膜電極接合体を用いた燃料電池、および、膜電極接合体を製造するために用いられる触媒インクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、プロトン伝導性を有する所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード（水素極）、および、カソード（酸素極）を接合した膜電極接合体を有しており、アノード、および、カソードには、反応ガスとしての水素、および、酸素がそれぞれ供給される。そして、アノード、および、カソードは、それぞれ上記電気化学反応を促進するための触媒層と、触媒層に上記反応ガスを拡散させつつ供給するためのガス拡散層とを備えており、カソード側の触媒層では、発電時にカソード反応によって、水（生成水）が生成される。この生成水は、カソード側の触媒層からガス拡散層を透過して、カソード反応で消費されずに燃料電池の外部に排出されるカソードオフガスとともに排出される。また、生成水は、カソード側から電解質膜を透過してアノード側に染み出す場合があり、この場合、アノード側に染み出した生成水は、アノード側の触媒層からガス拡散層を透過し、アノード反応で消費されずに燃料電池の外部に排出されるアノードオフガスとともに排出される。
【０００３】
ところで、燃料電池を氷点下の低温環境下で始動（以下、低温始動と呼ぶ）すると、生成水は、燃料電池の外部に排出される前に、カソードやアノードで凍結する場合がある。そして、この場合、カソードやアノードにおける反応ガスの拡散経路が閉塞されたり、生成水の凍結による膨張によって、触媒層に比較的大きな応力が加わり、触媒層が破損したりして、燃料電池の発電性能の低下を招くおそれがあった。
【０００４】
そこで、近年では、燃料電池の低温始動時に、生成水の凍結を抑制するための種々の技術が提案されている（例えば、下記特許文献１，２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−８５５３０号公報
【特許文献２】特開２００６−４８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１，２に記載された技術によっても、生成水が凍結してしまった場合には、上記不具合を招くおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の低温始動時に、カソードやアノードで生成水が凍結しても、発電性能の低下を抑制することが可能な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、本発明では、以下の構成を採用した。
本発明の膜電極接合体は、
水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池に用いられ、所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合であって、
前記アノード、および、前記カソードのうちの少なくとも一方は、その内部に、温度変化に応じて変形する部材であって、前記膜電極接合体の温度が少なくとも氷点下のときに、前記温度変化に応じた変形によって、前記内部に空隙を形成する空隙形成部材を備えることを要旨とする。
【０００９】
先に説明したように、燃料電池による発電時には、上記電気化学反応によって、生成水が生成される。そして、この生成水は、一般に、カソードやアノードの比較的流体抵抗が低い部分を流れて、燃料電池の外部に排出される。
【００１０】
本発明では、アノード、および、カソードのうちの少なくとも一方に、上記空隙形成部材を備えているので、この膜電極接合体を燃料電池に用いて低温始動したときに、空隙形成部材の変形によって形成された比較的流体抵抗が低い空隙内に、上記生成水を優先的に導くことができる。したがって、アノード、および、カソードのうちの少なくとも一方における、空隙以外の領域に存在する生成水の量は少なくなり、反応ガスの拡散経路が閉塞されることを抑制することができる。また、生成水の凍結時に、生成水は、まず、上記空隙内で凍結することになるので、少なくとも空隙内が生成水で満たされるまでは、生成水の膨張による応力は加わらず、生成水の膨張によって触媒層に加わる応力を緩和することができる。したがって、生成水の凍結による触媒層の破損を抑制することができる。つまり、本発明によって、燃料電池の低温始動時に、カソードやアノードで生成水が凍結しても、発電性能の低下を抑制することができる。
【００１１】
上記膜電極接合体において、
前記空隙形成部材は、バイメタルからなる粉体であるものとしてもよい。
【００１２】
バイメタルは、熱膨張係数が異なる２種類の金属を接合したものであるから、温度変化に応じて、一方の金属には引っ張り応力が作用し、他方の金属には圧縮応力が作用して変形する。したがって、空隙形成部材として、バイメタルからなる粉体を用いることは好適である。なお、バイメタルからなる粉体は、アノード、および、カソードのうちの少なくとも一方の面内に、ほぼ均等に分布して配置されることが好ましい。また、粉体の大きさや、配置密度は、任意に設定可能である。
【００１３】
上記膜電極接合体において、
前記バイメタルは、触媒金属を含むものとすることが好ましい。
【００１４】
こうすることによって、空隙形成部材を、空隙形成部材として用いる他、水素と酸素との電気化学反応を促進する触媒として用いることもできる。なお、触媒金属を含むバイメタルは、触媒金属と他の金属とのバイメタルであってもよいし、触媒金属同士のバイメタルであってもよい。
【００１５】
上記いずれかの膜電極接合体において、
前記カソードは、前記電解質膜の一方の面に接合され、前記電気化学反応を促進するためのカソード側触媒層と、該カソード側触媒層に接合され、該カソード側触媒層に前記酸素を拡散させつつ供給するためのカソード側ガス拡散層と、を備えており、
前記空隙形成部材は、前記カソード側触媒層内に配置されているものとしてもよい。
【００１６】
こうすることによって、カソード側触媒層で生成された生成水を、カソード側触媒層内に形成された上記空隙に優先的に導くことができる。したがって、カソード側触媒層における生成水の凍結による燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる。なお、空隙赤誠部材を、カソード側ガス拡散層内に配置するようにしてもよい。
【００１７】
上記いずれかの膜電極接合体において、
前記アノードは、前記電解質膜の一方の面に接合され、前記電気化学反応を促進するためのアノード側触媒層と、該アノード側触媒層に接合され、該アノード側触媒層に前記水素を拡散させつつ供給するためのアノード側ガス拡散層と、を備えており、
前記空隙形成部材は、前記アノード側触媒層内に配置されているものとしてもよい。
【００１８】
こうすることによって、カソード側触媒層で生成され、電解質膜を透過してアノード側触媒層に染み出した生成水を、空隙形成部材の変形によってアノード側触媒層内に形成された空隙に優先的に導き、保持することができる。したがって、アノード側触媒層における生成水の凍結による燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる。なお、空隙形成部材を、アノード側ガス拡散層内に配置するようにしてもよい。
【００１９】
本発明は、燃料電池の発明として構成することもできる。すなわち、
本発明の燃料電池は、
所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を備える燃料電池であって、
前記膜電極接合体は、上述したいずれかの膜電極接合体であることを要旨とする。
【００２０】
こうすることによって、空隙形成部材の変形によって形成された空隙に、生成水を優先的に導くことができるので、燃料電池の低温始動時に、カソードやアノードで生成水が凍結しても、発電性能の低下を抑制することができる。
【００２１】
本発明は、触媒インクの発明として構成することもできる。すなわち、
本発明の触媒インクは、
燃料電池に用いられる膜電極接合体の触媒層を形成するための触媒インクであって、
触媒と、
電解質溶液と、
バイメタルからなる粉体と、を含むことを要旨とする。
【００２２】
触媒としては、例えば、白金等の触媒を担持した触媒担持カーボンを用いることができる。電解質溶液としては、例えば、ナフィオン分散溶液（ナフィオンは登録商標）を用いることができる。バイメタルからなる粉体は、先に説明したように、空隙形成部材として機能する。
【００２３】
本発明の触媒インクを用いて燃料電池に用いられる膜電極接合体のカソード側触媒層や、アノード側触媒層を形成することによって、先に説明した本発明の膜電極接合体や、燃料電池を比較的容易に製造することができる。なお、上記触媒インクには、触媒、電解質溶液、バイメタルからなる粉体の他に、水や、エタノールや、ポリエチレングリコール等が含まれ得る。これらの混合割合は、任意に設定可能である。
【００２４】
本発明は、上述の膜電極接合体、燃料電池、触媒インクとしての構成の他、膜電極接合体の製造方法、燃料電池の製造方法の発明として構成することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．燃料電池スタックの構成：
Ｂ．単セル：
Ｃ．膜電極接合体：
Ｄ．膜電極接合体の製造工程：
Ｅ．比較実験：
Ｆ．変形例：
【００２６】
Ａ．燃料電池スタックの構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池スタック１０の外観を示す斜視図である。燃料電池スタック１０は、図示する通り、単セル１００を所定数積層して形成される。単セル１００の積層数は、燃料電池スタック１０に要求される出力に応じて任意に設定可能である。単セル１００の詳細については、後述する。
【００２７】
燃料電池スタック１０は、一端からエンドプレート１２、絶縁板１６、集電板１８、複数の単セル１００、集電板２０、絶縁板２２、エンドプレート１４の順に積層されて構成される。エンドプレート１２、１４は、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。集電板１８、２０は、緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材によって形成されている。絶縁板１６、２２は、ゴムや樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板１８、２０には、それぞれ出力端子１９、２１が設けられており、燃料電池スタック１０で発電した電力を出力可能となっている。
【００２８】
一方のエンドプレート１４には、燃料ガス供給口３５や、燃料ガス排出口３６や、酸化剤ガス供給口３３や、酸化剤ガス排出口３４や、冷却水供給口３１や、冷却水排出口３２が設けられている。燃料ガス供給口３５から燃料電池スタック１０に供給された燃料ガスは、エンドプレート１２に向かって流れながら各単セル１００に分配される。各単セル１００に配分された燃料ガスは、図中の上方から下方に単セル１００内の流路を流れた後、エンドプレート１４側に流れ、燃料ガス排出口３６から排出される。酸化剤ガスも同様に、酸化剤ガス供給口３３から供給された後、エンドプレート１２に向かって流れながら各単セル１００に分配され、各単セル１００内の流路を流れた後、酸化剤ガス排出口３４から排出される。燃料電池スタック１０は、このようなガスの流れを実現できるよう内部で各単セル１００のガス流路が形成されている。
【００２９】
なお、図示は省略しているが、燃料電池スタック１０には、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加等による電池性能の低下を抑制したり、ガスの漏洩を抑制したりするために、スタック構造の積層方向に、押圧力が加えられている。
【００３０】
Ｂ．単セル：
図２は、単セル１００の断面構造を模式的に示す説明図である。図示するように、この単セル１００は、膜電極接合体１１０の両面を、セパレータ１７０，１８０で挟むことによって構成されている。膜電極接合体１１０は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合したものである。膜電極接合体１１０は、本発明における特徴的な部分であり、膜電極接合体１１０については、後から詳述する。
【００３１】
膜電極接合体１１０のアノード側に配置されるセパレータ１７０は、図示するように、溝部１７２を備える凹凸形状を有しており、溝部１７２は、燃料ガスとしての水素、および、アノードから排出されるアノードオフガスが流れるガス流路を形成する。
【００３２】
また、膜電極接合体１１０のカソード側に配置されるセパレータ１８０も、図示するように、溝部１８２を備える凹凸形状を有しており、溝部１８２は、酸化剤ガスとしての空気、および、カソードから排出されるカソードオフガスが流れるガス流路を形成する。
【００３３】
なお、図示は省略しているが、セパレータ１７０，１８０には、冷却水を流すための流路も形成されている。セパレータ１７０，１８０の材料としては、カーボンや、金属など、導電性を有する種々の材料を適用可能である。
【００３４】
Ｃ．膜電極接合体：
図２に示したように、膜電極接合体１１０は、プロトン伝導性を有する電解質膜１２０の一方の面に、アノード（水素極）として、アノード側触媒層１３０と、アノード側ガス拡散層１４０とを、この順に積層し、他方の面に、カソード（酸素極）として、カソード側触媒層１５０と、カソード側ガス拡散層１６０とを、この順に積層することによって構成されている。本実施例では、電解質膜１２０として、固体高分子型の電解質膜を用いるものとした。電解質膜１２０として、他の電解質膜を用いるものとしてもよい。
【００３５】
燃料電池スタック１０における発電時に、膜電極接合体１１０のカソード側触媒層１５０では、水素と酸素との電気化学反応によって、生成水が生成され、この生成水は、カソード側ガス拡散層１６０を透過して、燃料電池スタック１０の外部に排出される。そして、先に説明したように、燃料電池スタック１０の低温始動時に、カソード内で生成水が凍結すると、カソードにおける反応ガスの拡散経路が閉塞されたり、生成水の凍結による膨張によって、カソード側触媒層１５０に比較的大きな応力が加わり、カソード側触媒層１５０が破損したりして、燃料電池スタック１０の発電性能の低下を招くおそれがある。そこで、本実施例では、膜電極接合体１１０のカソード側触媒層１５０に、上述した生成水の凍結による不具合を抑制するための不具合対策が施されている。
【００３６】
図２の左下に、カソード側触媒層１５０の拡大図を模式的に示した。図示するように、本実施例の膜電極接合体１１０は、カソード側触媒層１５０内にバイメタルからなる粉体（以下、バイメタルチップ１５２と呼ぶ）が混入されている。そして、このバイメタルチップ１５２は、カソード側触媒層１５０の面内に、ほぼ均等に分布して配置されている。なお、バイメタルチップ１５２は、図の右下に示したように、第１の金属１５２ａ、および、第２の金属１５２ｂからなる。本実施例では、第１の金属１５２ａとして、白金（Ｐｔ）を用い、第２の金属１５２ｂとして、銀（Ａｇ）を用いるものとした。このバイメタルチップ１５２は、例えば、白金の粉末上に銀を蒸着したり、白金と銀とを接合したクラッド材を解砕したりすることによって形成することができる。バイメタルチップ１５２は、本発明における空隙形成部材に相当する。
【００３７】
図３は、カソード側触媒層１５０におけるバイメタルチップ１５２の作用を説明するための説明図である。図３（ａ）に、常温時におけるバイメタルチップ１５２、および、カソード側触媒層１５０の状態を示した。また、図３（ｂ）に、低温時（氷点下）におけるバイメタルチップ１５２、および、カソード側触媒層１５０の状態を示した。図３（ａ）に示したように、常温時には、バイメタルチップ１５２の全体が、カソード側触媒層１５０を構成する他の部材と、ほぼ隙間なく接している。
【００３８】
バイメタルは、熱膨張係数が異なる２種類の金属を接合したものであるから、温度変化に応じて、一方の金属には引っ張り応力が作用し、他方の金属には圧縮応力が作用して変形する。本実施例におけるバイメタルチップ１５２では、白金（第１の金属１５２ａ）の熱膨張係数よりも、銀（第２の金属１５２ｂ）の熱膨張係数の方が大きいので、常温時には、図３に示したように、変形していないバイメタルチップ１５２が、低温時には、図３（ｂ）に示したように、銀側に反るように変形する。そして、この変形によって、カソード側触媒層１５０内の銀（第２の金属１５２ｂ）と他の部材との境界部には、空隙１５４が形成される。
【００３９】
先に説明したように、カソード側触媒層１５０で生成された生成水は、カソード側ガス拡散層１６０を透過して、外部に排出される。このとき、生成水は、比較的流体抵抗が低い部分を流れる。本実施例の膜電極接合体１１０では、燃料電池スタック１０の低温始動時に、カソード側触媒層１５０に形成された空隙１５４における流体抵抗が、その他の部分における流体抵抗よりも低くなるので、空隙１５４内に生成水を優先的に導くことができる。したがって、空隙１５４以外の領域に存在する生成水の量は少なくなり、カソード側触媒層１５０における空気の拡散経路が閉塞されることを抑制することができる。また、生成水の凍結時に、生成水は、まず、空隙１５４内で凍結することになるので、少なくとも空隙１５４内が生成水で満たされるまでは、空隙１５４以外の領域には、生成水の膨張による応力は加わらず、生成水の膨張によってカソード側触媒層１５０に加わる応力を緩和することができる。したがって、生成水の凍結によるカソード側触媒層１５０の破損を抑制することができる。
【００４０】
Ｄ．膜電極接合体の製造工程：
上述した膜電極接合体１１０は、以下に説明する製造工程によって製造することができる。図４は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１１０の製造工程の一例を示す説明図である。
【００４１】
まず、アノード側触媒層１３０、および、カソード側触媒層１５０を形成するために用いられるアノード用触媒インク、および、カソード用触媒インクを用意する（ステップＳ１００）。本実施例におけるアノード用触媒インクは、触媒としての白金担持カーボンと、水と、エタノールと、ポリエチレングリコールと、電解質溶液としてのナフィオン分散溶液（ナフィオンは登録商標）とを混合したものである。また、カソード用触媒インクは、白金担持カーボンと、バイメタルチップ１５２と、水と、エタノールと、ポリエチレングリコールと、ナフィオン分散溶液とを混合したものである。これらの混合割合は、任意に設定可能である。このカソード用触媒インクを用いることによって、バイメタルチップ１５２がほぼ均等に分布して配置されたカソード側触媒層１５０を容易に形成することができる。
【００４２】
次に、電解質膜１２０の両面に、それぞれアノード用触媒インク、および、カソード用触媒インクを塗布して乾燥させることによって、アノード側触媒層１３０、および、カソード側触媒層１５０を形成する（ステップＳ１１０）。
【００４３】
次に、アノード側触媒層１３０、および、カソード側触媒層１５０の表面に、カーボンペーパをホットプレスによって接合し、アノード側ガス拡散層１４０、および、カソード側ガス拡散層１６０を形成する（ステップＳ１２０）。
【００４４】
以上の製造工程によって、膜電極接合体１１０を製造することができる。さらに、この膜電極接合体１１０を、セパレータ１７０，１８０を介在させて、複数積層することによって、燃料電池スタック１０を製造することができる。
【００４５】
Ｅ．比較実験：
本実施例の膜電極接合体１１０の効果を確認するため、以下に説明する比較実験を行った。用意した試料は、２種類であり、カソード側触媒層１５０内にバイメタルチップ１５２を配置した本実施例の膜電極接合体１１０を用いた単セル１００と、カソード側触媒層１５０内にバイメタルチップ１５２を配置していない膜電極接合体を用いた、比較例としての単セルである。なお、実施例の単セル１００におけるカソード側触媒層１５０の白金の目付量と、比較例の単セルにおけるカソード側触媒層の白金の目付量は、同じである。
【００４６】
上述した２つの単セルを、それぞれ、セル温度が−２０（℃）、電流密度が０．３（Ａ／ｃｍ2）の条件下で、発電を行い、３０分後の電圧を比較した。その結果、実施例の単セル１００では、０．３１（Ｖ）であったのに対し、比較例の単セルでは、０．０４（Ｖ）だった。この結果から、本実施例の膜電極接合体１１０を用いた単セル１００において、生成水の凍結による発電性能の低下を抑制することができることを確認することができた。
【００４７】
以上説明した本実施例の燃料電池スタック１０によれば、膜電極接合体１１０のカソード側触媒層１５０内にバイメタルチップ１５２を配置しているので、この膜電極接合体１１０を燃料電池スタック１０に用いて低温始動したときに、バイメタルチップ１５２の変形によって形成された比較的流体抵抗が低い空隙１５４内に、上記生成水を優先的に導き、カソードにおける反応ガスの拡散経路が閉塞されることを抑制することができる。また、生成水の凍結時に、生成水の膨張によってカソード側触媒層１５０に加わる応力を緩和し、カソード側触媒層１５０の破損を抑制することができる。つまり、本実施例の燃料電池スタック１０によって、燃料電池スタック１０の低温始動時に、カソードで生成水が凍結しても、発電性能の低下を抑制することができる。
【００４８】
Ｆ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００４９】
Ｆ１．変形例１：
上記実施例では、膜電極接合体１１０のカソード側触媒層１５０内にバイメタルチップ１５２を配置するものとしたが、アノード側触媒層１３０内にバイメタルチップを配置するようにしてもよい。こうすることによって、カソード側触媒層１５０で生成され、電解質膜１２０を透過してアノード側触媒層１３０に染み出した生成水を、カソード側と同様に、バイメタルチップによってアノード側触媒層１３０内に形成された空隙１５４内に優先的に導き、アノード側触媒層１３０における水素の拡散経路が閉塞されることを抑制することができる。ことができる。また、生成水の凍結によるアノード側触媒層１３０の破損を抑制することもできる。なお、アノード側触媒層１３０内にバイメタルチップを配置するためには、カソード側触媒層１５０と同様に、アノード用触媒インクに、予めバイメタルチップを混合しておけばよい。
【００５０】
Ｆ２．変形例２：
上記実施例では、膜電極接合体１１０のカソード側触媒層１５０内にバイメタルチップ１５２を配置するものとしたが、本発明は、これに限られない。アノード、および、カソードのうちの少なくとも一方に、バイメタルチップ１５２等の空隙形成部材を配置するようにすればよい。したがって、ガス拡散層内や、触媒層とガス拡散層との界面に、バイメタルチップ１５２を配置するようにしてもよい。
【００５１】
Ｆ３．変形例３：
上記実施例の膜電極接合体１１０では、バイメタルチップ１５２として、白金と銀とのバイメタルを用いるものとしたが、本発明は、これに限られず、他のバイメタルを用いるようにしてもよい。ただし、バイメタルチップ１５２として、触媒金属を含むバイメタルを用いることが好ましい。バイメタルチップ１５２に触媒金属を含むバイメタルを用いることによって、バイメタルチップ１５２を、空隙形成部材として用いる他、水素と酸素との電気化学反応を促進する触媒として用いることもできる。なお、触媒金属を含むバイメタルは、触媒金属と他の金属とのバイメタルであってもよいし、触媒金属同士のバイメタルであってもよい。
【００５２】
Ｆ４．変形例４：
上記実施例では、燃料電池スタック１０のすべての単セル１００に、膜電極接合体１１０を用いるものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、燃料電池スタック１０の積層方向の両端部に配置される膜電極接合体のみに、上記実施例の膜電極接合体１１０を適用し、積層方向の中央部に配置される膜電極接合体には、上記膜電極接合体１１０を適用しないようにしてもよい。「端部に配置される膜電極接合体」は、最端部に配置される１枚の膜電極接合体に限らず、複数枚であってもよい。燃料電池スタック１０の両端部に配置された膜電極接合体は、放熱によって中央部に配置された膜電極接合体よりも温度が低くなり、両端部に配置された膜電極接合体において、生成水の凍結が生じやすいからである。
【００５３】
Ｆ５．変形例５：
上記実施例の燃料電池スタック１０では、単セル１００を構成するセパレータ１７０，１８０は、それぞれ凹凸形状を有するものとしたが、本発明は、これに限られない。セパレータ１７０，１８０の代わりに、内部にガス流路や、冷却水流路が形成された平坦な形状のセパレータを用いるものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池スタック１０の外観を示す斜視図である。
【図２】単セル１００の断面構造を模式的に示す説明図である。
【図３】カソード側触媒層１５０におけるバイメタルチップ１５２の作用を説明するための説明図である。
【図４】膜電極接合体１１０の製造工程の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…燃料電池スタック
１２…エンドプレート
１４…エンドプレート
１６…絶縁板
１８…集電板
１９…出力端子
２０…集電板
２２…絶縁板
３１…冷却水供給口
３２…冷却水排出口
３３…酸化剤ガス供給口
３４…酸化剤ガス排出口
３５…燃料ガス供給口
３６…燃料ガス排出口
１００…単セル
１１０…膜電極接合体
１２０…電解質膜
１３０…アノード側触媒層
１４０…アノード側ガス拡散層
１５０…カソード側触媒層
１５２…バイメタルチップ
１５２ａ…第１の金属（白金）
１５２ｂ…第２の金属（銀）
１５４…空隙
１６０…カソード側ガス拡散層
１７０…セパレータ
１７２…溝部
１８０…セパレータ
１８２…溝部
【図１】
2008198507.tif 000003
【図２】
2008198507.tif 000004
【図３】
2008198507.tif 000005
【図４】
2008198507.tif 000006