(57)【要約】【課題】電解質層の損傷を抑制する。【解決手段】燃料電池は、複数のセパレータと、複数の発電体とを備える。セパレータは、反応ガスを流動させるために、内部を通り表面に開口するように形成された反応ガス流路を有する。発電体は、セパレータと交互に積層されると共に、セパレータの反応ガス流路と積層方向に重なる第１の領域と反応ガス流路と積層方向に重ならない第２の領域に、電解質層と、触媒成分を含み前記電解質層の一の側に配置される第１の電極層と、触媒成分を含み、前記電解質層の他の側に配置される第２の電極層と、を有する。第１の電極層と第２の電極層の少なくとも一方において、第１の領域に含まれる触媒成分の量は、第２の領域に含まれる触媒成分の量より少ない。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
反応ガスを流動させるために、内部を通り表面に開口するように形成された反応ガス流路を有する複数のセパレータと、
前記セパレータと交互に積層されると共に、前記セパレータの前記反応ガス流路と積層方向に重なる第１の領域と前記反応ガス流路と積層方向に重ならない第２の領域に、電解質層と、触媒成分を含み前記電解質層の一の側に配置される第１の電極層と、触媒成分を含み、前記電解質層の他の側に配置される第２の電極層と、を有する複数の発電体と、
を備え、
前記第１の電極層と前記第２の電極層の少なくとも一方において、前記第１の領域に含まれる触媒成分の量は、前記第２の領域に含まれる触媒成分の量より少ない、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記セパレータは、前記発電体の前記第２の領域と積層方向に重なる部分に、内部を通る冷却媒体流路を有する燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記第１の電極層と前記第２の電極層の少なくとも一方において、前記第２の領域には触媒成分を含み、前記第１の領域には触媒成分を含まない、燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池において、
前記第１の電極層および前記第２電極層は、前記触媒成分と共に、触媒作用を有しない非触媒成分を有し、
前記第１の電極層と前記第２の電極層の少なくとも一方において、前記第１の領域には、前記非触媒成分を含み、前記触媒成分を含まない、燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池において、
前記非触媒成分は、カーボンを含む、燃料電池。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の燃料電池において、
前記非触媒成分は、ラジカル成分を捕捉するラジカル捕捉剤を含む、燃料電池。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池において、
前記セパレータは、第１のプレートと、第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配置された中間プレートとを含む積層構造を有し、
前記反応ガス流路は、前記中間プレートを貫通する第１の貫通部と、前記第１のプレートまたは前記第２のプレートを貫通する第２の貫通部とによって形成される、燃料電池。
【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。特に燃料電池の電解質層の劣化の抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する２つの電極（燃料極と酸素極）にそれぞれ反応ガス（水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガス）を供給して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の発電体（電解質膜と２つの電極層を含む）とセパレータとを交互に積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが知られている。
【０００３】
ここで、スタック構造の燃料電池として、厚さ方向と略垂直な内部流路を有するセパレータを用いるものが知られている（例えば、特許文献１）。かかる燃料電池では、セパレータの内部流路を用いて電極に反応ガスを供給または排出する。このようなセパレータにおいて、上述の内部流路は、３枚の板部材を積層することにより形成されている。かかる内部流路の一端はセパレータを厚さ方向に貫通する反応ガスマニホールドと連通し、内部流路の他端はセパレータの表面に至る。このような内部流路を介して、反応ガスマニホールドと電極との間で反応ガスの受け渡しが行われる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２１９５５号公報
【特許文献２】特開平５−１０９４１５号公報
【特許文献３】特開２００４−６１０４号公報
【特許文献４】特開２００１−３２５９６８号公報
【特許文献５】特開２００１−３２５９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術において、発電体は、セパレータの内部流路と積層方向に重なる部分を有する。当該部分は、反応ガスが流動するための内部流路と重なるため、構造上、冷却が困難である。したがって、発電体の当該部分において、電解質層が発熱により劣化するおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の電解質層の劣化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、燃料電池を提供する。第１の態様に係る燃料電池は、反応ガスを流動させるために、内部を通り表面に開口するように形成された反応ガス流路を有する複数のセパレータと、前記セパレータと交互に積層されると共に、前記セパレータの前記反応ガス流路と積層方向に重なる第１の領域と前記反応ガス流路と積層方向に重ならない第２の領域に、電解質層と、触媒成分を含み前記電解質層の一の側に配置される第１の電極層と、触媒成分を含み、前記電解質層の他の側に配置される第２の電極層と、を有する複数の発電体と、を備え、前記第１の電極層と前記第２の電極層の少なくとも一方において、前記第１の領域に含まれる触媒成分の量は、前記第２の領域に含まれる触媒成分の量より少ない。
【０００８】
第１の態様に係る燃料電池によれば、発電体において、反応ガス流路と積層方向に重なる第１の領域に含まれる触媒成分を少なくするので、第１の領域における発電反応が抑制される。この結果、冷却が困難である第１の領域の発熱が抑制され、第１の領域における電解質層の損傷を抑制することができる。
【０００９】
第１の態様に係る燃料電池において、前記セパレータは、前記発電体の前記第２の領域と積層方向に重なる部分に、内部を通る冷却媒体流路を有しても良い。こうすれば、発電反応が盛んな第２の領域を冷却することにより、第２の領域における電解質層の損傷を抑制することができる。
【００１０】
第１の態様に係る燃料電池において、前記第１の電極層と前記第２の電極層の少なくとも一方において、前記第２の領域には触媒成分を含み、前記第１の領域には触媒成分を含まなくても良い。かかる場合においても、冷却が困難である第１の領域の発熱が抑制され、第１の領域における電解質層の損傷を抑制することができる。
【００１１】
第１の態様に係る燃料電池において、前記第１の電極層および前記第２電極層は、前記触媒成分と共に、触媒作用を有しない非触媒成分を有し、前記第１の電極層と前記第２の電極層の少なくとも一方において、前記第１の領域には、前記非触媒成分を含み、前記触媒成分を含まなくても良い。かかる場合において、前記非触媒成分は、カーボンを含んでも良い。こうすれば、非接触成分により電解質層が保護されるため、電解質層が直接他の物質（例えば、拡散層）に触れることがなく、第１の領域における電解質層の損傷をより抑制することができる。
【００１２】
第１の態様に係る燃料電池において、前記非触媒成分は、ラジカル成分を捕捉するラジカル捕捉剤を含んでも良い。こうすれば、第１の領域において、電解質層がラジカルにより攻撃されることを抑制することができ、第１の領域における電解質層の損傷をより抑制することができる。
【００１３】
第１の態様に係る燃料電池において、前記セパレータは、第１のプレートと、第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配置された中間プレートとを含む積層構造を有し、前記反応ガス流路は、前記中間プレートを貫通する第１の貫通部と、前記第１のプレートまたは前記第２のプレートを貫通する第２の貫通部とによって形成されても良い。こうすれば、３枚のプレートが積層された簡易な構成で上記セパレータを実現できる。
【００１４】
本発明は他にも種々の態様にて実現され得る。例えば、上記態様に係る燃料電池を構成する発電体、上記態様に係る燃料電池を搭載した車両などの態様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】
【００１５】
以下、本発明の実施態様に係る燃料電池について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
【００１６】
Ａ．実施例：
・燃料電池の構成
本発明の実施例に係る燃料電池の概略構成について説明する。図１および図２は、実施例における燃料電池の構成を示す説明図である。図３は、燃料電池の断面図の一部を示す図である。
【００１７】
図１〜図３に示すように、燃料電池１００は、複数の発電モジュール２００と、複数のセパレータ６００が交互に積層されたスタック構造を有している。
【００１８】
図１に示すように、燃料電池１００には、酸化ガスを供給するための酸化ガス供給マニホールド１１０と、酸化ガスを排出するための酸化ガス排出マニホールド１２０と、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給マニホールド１３０と、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出マニホールド１４０と、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給マニホールド１５０と、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出マニホールド１６０と、が設けられている。なお、酸化ガスとしては空気が一般的に用いられ、燃料ガスとしては水素が一般的に用いられる。また、酸化ガス、燃料ガスは共に反応ガスとも呼ばれる。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。
【００１９】
図３に加えて、図４〜図７を参照しながら、まず、セパレータ６００の構成について説明する。セパレータ６００は、アノードプレート３００と、カソードプレート４００と、中間プレート５００から構成されている。
【００２０】
図４〜図６は、実施例におけるカソードプレート４００（図４）、アノードプレート３００（図５）、中間プレート５００（図６）の形状をそれぞれ示す説明図である。図４、図５、図６は、各プレート４００、３００、５００を、図２における右側から見た様子を示している。図７は、実施例におけるセパレータの正面図である。図４〜図７において、各プレート３００、４００、５００およびセパレータ６００の中央部に破線で示す領域は、セパレータ６００が発電モジュール２００と積層され燃料電池を構成する際に、発電モジュール２００の積層部材８００に含まれる発電体８１０に対向する領域（対向領域）であり、実際に発電が行われる領域である。
【００２１】
カソードプレート４００は、例えば、ステンレス鋼で形成されている。カソードプレート４００は、カソードプレート４００を厚さ方向に貫通する貫通部として、６個のマニホールド形成部４２２〜４３２と、酸化ガス供給スリット４４０と、酸化ガス排出スリット４４４と、を備えている。マニホールド形成部４２２〜４３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、対向領域の外側にそれぞれ設けられている。酸化ガス供給スリット４４０および酸化ガス排出スリット４４４は、略長方形の長孔であり、対向領域の内側に設けられている。酸化ガス供給スリット４４０は、対向領域の一の辺（図４：上側の辺）に沿って、一の辺のほぼ全長に亘って、配置されている。酸化ガス排出スリット４４４は、対向領域の上記一の辺と向かい合う辺（図４：下側の辺）に沿って、その辺のほぼ全長に亘って、配置されている。
【００２２】
アノードプレート３００は、カソードプレート４００と同様に、例えば、ステンレス鋼で形成されている。アノードプレート３００は、カソードプレート４００同様、アノードプレート３００を厚さ方向に貫通する貫通部として、６個のマニホールド形成部３２２〜３３２と、燃料ガス供給スリット３５０と、燃料ガス排出スリット３５４と、を備えている。マニホールド形成部３２２〜３３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００と同様に、対向領域の外側にそれぞれ設けられている。燃料ガス供給スリット３５０は、セパレータ６００を構成した際にカソードプレート４００における上述した酸化ガス排出スリット４４４と積層方向に重ならないように、対向領域において、酸化ガス排出スリット４４４より内側に設けられている。燃料ガス供給スリット３５０は、対向領域の一の辺に平行に、一の辺のほぼ全長に亘って、配置されている。燃料ガス排出スリット３５４は、セパレータ６００を構成した際にカソードプレート４００における上述した酸化ガス供給スリット４４０と重ならないように、対向領域において、酸化ガス供給スリット４４０より内側に設けられている。燃料ガス排出スリット３５４は、対向領域の一の辺と向かい合う辺に平行に、その辺のほぼ全長に亘って、配置されている。
【００２３】
中間プレート５００は、上述の各プレート３００、４００同様、例えば、ステンレス鋼で形成されている。中間プレート５００は、厚さ方向に貫通する貫通部として、反応ガス（酸化ガスまたは燃料ガス）を供給／排出するための４つのマニホールド形成部５２２〜５２８と、複数の酸化ガス供給流路形成部５４２と、複数の酸化ガス排出流路形成部５４４と、一つの燃料ガス供給流路形成部５４６と、一つの燃料ガス排出流路形成部５４８を備えている。マニホールド形成部５２２〜５２８は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００、アノードプレート３００と同様に、対向領域の外側にそれぞれ設けられている。
【００２４】
複数の酸化ガス供給流路形成部５４２の一端は、それぞれ、マニホールド形成部５２２と連通しており、複数の酸化ガス供給流路形成部５４２とマニホールド形成部５２２は、全体として櫛歯形状の貫通孔を形成している。複数の酸化ガス供給流路形成部５４２の他端は、それぞれに、３つのプレートを接合してセパレータ６００を構成した際に、上述したカソードプレート４００における酸化ガス供給スリット４４０と重なる位置まで延びている。同様にして、複数の酸化ガス排出流路形成部５４４とマニホールド形成部５２４は、全体として櫛歯形状の貫通孔を形成している。
【００２５】
燃料ガス供給流路形成部５４６の一端は、マニホールド形成部５２６と連通している。燃料ガス供給流路形成部５４６は、対向領域の右辺を横切って、上述した酸化ガス排出流路形成部５４４と重ならない位置に、対向領域の下側の辺に沿って延び、その他端は対向領域の左辺近傍にまで達している。
【００２６】
燃料ガス排出流路形成部５４８の一端は、マニホールド形成部５２８と連通している。燃料ガス排出流路形成部５４８は、対向領域の左辺を横切って、上述した酸化ガス供給流路形成部５４２と重ならない位置に、対向領域の上側の辺に沿って延び、その他端は対向領域の右辺近傍にまで達している。
【００２７】
中間プレート５００は、さらに、同様な貫通部として、複数の冷却媒体流路形成部５５０を備えている。各冷却媒体流路形成部５５０は、対向領域を図７における左右方向に横断する長孔形状を有しており、その両端は、対向領域の外側に至っている。
【００２８】
図７には、上述した各プレート３００、４００、５００を用いて作製されたセパレータ６００の正面図が示されている。セパレータ６００は、アノードプレート３００およびカソードプレート４００を、中間プレート５００を挟持するように中間プレート５００の両側にそれぞれ接合し、中間プレート５００における冷却媒体供給マニホールド１５０および冷却媒体排出マニホールド１６０に対応する領域に露出している部分を打ち抜いて作製される。３枚のプレートの接合方法は、例えば、熱圧着、ろう付け、溶接などが用いられ得る。この結果、図７においてハッチングで示す貫通部である６つのマニホールド１１０〜１６０と、複数の酸化ガス供給流路６５０と、複数の酸化ガス排出流路６６０と、燃料ガス供給流路６３０と、燃料ガス排出流路６４０と、複数の冷却媒体流路６７０とを備えたセパレータ６００が得られる。
【００２９】
図７に示すように、複数の酸化ガス供給流路６５０は、それぞれ、上述したカソードプレート４００の酸化ガス供給スリット４４０と、中間プレート５００の酸化ガス供給流路形成部５４２の一つとによって形成される。各酸化ガス供給流路６５０は、セパレータ６００の内部を通る内部流路であり、一端が酸化ガス供給マニホールド１１０と連通し、他端がカソードプレート４００側の表面（カソード側表面）に至り、カソード側表面に開口する流路である。各酸化ガス供給流路６５０の他端の開口部は、図７から解るように酸化ガス供給スリット４４０に対応する。
【００３０】
同様に、複数の酸化ガス排出流路６６０は、上述したカソードプレート４００の酸化ガス排出スリット４４４と、中間プレート５００の酸化ガス排出流路形成部５４４の一つとによって形成される。各酸化ガス排出流路６６０は、酸化ガス供給流路６５０と同様に、セパレータ６００の内部を通り、一端が酸化ガス排出マニホールド１２０と連通し、他端がカソードプレート４００側のカソード側表面に開口する。各酸化ガス排出流路６６０の他端の開口部は、図７から解るように酸化ガス排出スリット４４４に対応する。
【００３１】
図７に示すように、燃料ガス排出流路６４０は、上述したアノードプレート３００の燃料ガス排出スリット３５４と、中間プレート５００の燃料ガス排出流路形成部５４８とによって形成される。燃料ガス排出流路６４０は、一端が燃料ガス排出マニホールド１４０と連通し、他端がアノードプレート３００側の表面（アノード側表面）に開口する内部流路である。燃料ガス排出流路６４０の他端の開口部は、図７から解るように燃料ガス排出スリット３５４に対応する。
【００３２】
同様に、燃料ガス供給流路６３０は、アノードプレート３００の燃料ガス供給スリット３５０と、中間プレート５００の燃料ガス供給スリット３５０とによって形成される。燃料ガス供給流路６３０は、一端が燃料ガス供給マニホールド１３０と連通し、他端がアノード側表面に開口する。燃料ガス供給流路６３０の他端の開口部は、図７から解るように燃料ガス供給スリット３５０に対応する。
【００３３】
図７に示すように、複数の冷却媒体流路６７０は、上述した中間プレート５００に形成された冷却媒体流路形成部５５０（図６）によって形成され、一端が冷却媒体供給マニホールド１５０に、他端が冷却媒体排出マニホールド１６０に連通している。冷却媒体流路６７０は、冷却性能を向上させるため、発電領域の全体に亘って形成されることが望ましい。しかしながら、発電領域のうち、酸化ガス供給流路６５０、燃料ガス排出流路６４０、燃料ガス供給流路６３０、酸化ガス排出流路６６０が形成されている領域（図７：シングルハッチングされている領域）には、セパレータ６００の構造上、冷却媒体流路形成部５５０を配置することは困難である。冷却媒体流路６７０は、対向領域のうち、上述した反応ガス供給／排出流路６３０〜６６０が配置されていない領域（図７：シングルハッチングされた領域に挟まれた領域）の全体に亘って配置されている。
【００３４】
次に、上述した図３と共に、図８を参照して、発電モジュール２００の構成について説明する。図８は、発電モジュール２００の正面図である。
【００３５】
発電モジュール２００は、積層部材８００と、シール部材７００とから構成されている。
【００３６】
積層部材８００は、図３に示すように、発電体８１０と、アノード側拡散層８２０と、カソード側拡散層８３０と、アノード側多孔体８４０と、カソード側多孔体８５０とが積層されて構成されている。積層部材８００の構成する部材８２０〜８５０は、それぞれ、積層方向から見て、上述した対向領域に対応する形状を有する板状部材である。
【００３７】
発電体８１０は、電解質層８１１と、電解質層８１１の一方の面に配置されたアノード電極層８１２と、電解質層８１１の他方の面に配置されたカソード電極層８１３を含む。電解質層８１１は、フッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料で形成され湿潤状態において良好なイオン導電性を有するイオン交換膜である。電解質層８１１およびカソード電極層８１３については後述する。
【００３８】
アノード側拡散層８２０は、発電体８１０のアノード電極層８１２側の面に接して配置され、カソード側拡散層８３０は、発電体８１０のカソード電極層８１３側の面に接して配置される。アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成される。
【００３９】
アノード側多孔体８４０は、発電体８１０のアノード電極層８１２側にアノード側拡散層８２０を挟んで配置され、カソード側多孔体８５０は、発電体８１０のカソード電極層８１３側にカソード側拡散層８３０を挟んで配置されている。カソード側多孔体８５０は、発電モジュール２００とセパレータ６００とを積層して燃料電池１００を構成した際に、カソード側に配置されたセパレータ６００の対向領域に接触し、アノード側多孔体８４０は、アノード側に配置された他のセパレータ６００の対向領域に接触する。アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、金属多孔体などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、比較的空孔率が高く、内部におけるガスの流動抵抗が低いものが用いられ、後述するように反応ガスが流動するための流路として機能する。
【００４０】
シール部材７００は、積層部材８００の面方向の外周に全周に亘って配置されている。シール部材７００は、金型のキャビティに積層部材８００の外周端部を臨ませて、成形材料を射出成形することによって作製され、これによって積層部材８００の外周端に隙間なく気密に一体化されている。シール部材７００は、ガス不透性と弾力性と燃料電池の運転温度域における耐熱性とを有する材料、例えば、ゴムやエラストマーによって形成される。具体的には、シリコン系ゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、フッ素系ゴム、エチレン・プロピレン系ゴム、スチレン系エラストマー、フッ素系エラストマーなどが用いられ得る。
【００４１】
シール部材７００は、支持部７１０と、支持部７１０の両側に配置され、シールラインを形成するリブ７２０とを備えている。図３、８に示すように、支持部７１０には、図１における各マニホールド１２０〜１６０に対応する貫通孔（マニホールド孔）が形成されている。リブ７２０は、発電モジュール２００とセパレータ６００が積層された際に、隣接するセパレータ６００に密着してセパレータ６００との間をシールし、反応ガス（本実施例では、水素および空気）や冷却水の漏洩を防止する。リブ７２０は、図８に示すように、積層部材８００の全周を囲むシールラインと、個々のマニホールド孔の全周を囲むシールラインとを形成する。
【００４２】
・発電体の構成：
ここで、図９を参照して、発電体８１０について、さらに説明する。図９は、発電体８１０の正面図である。発電体８１０は、発電モジュール２００とセパレータ６００とが積層された時に、セパレータ６００の反応ガス供給／排出流路６３０〜６６０と積層方向に重なる領域Ａ１（第１の領域）と、重ならない領域Ａ２（第２の領域）とに分けられる。発電体８１０の第１の領域Ａ１（図９）は、図７においてシングルハッチングで示されるセパレータ６００の領域に対応する。
【００４３】
発電体８１０は、上述したように電解質層８１１とアノード電極層８１２とカソード電極層８１３を含んでいる（図３）。図８には、第１の領域Ａ１におけるアノード電極層８１２およびカソード電極層８１３の構成の拡大図と、第２の領域Ａ２におけるアノード電極層８１２およびカソード電極層８１３の構成の拡大図とが示されている。
【００４４】
第１の領域Ａ１における電極層８１２、８１３は、カーボン粒子ＣＢを骨格とする多孔質体である。第１の領域Ａ１における電極層８１２、８１３には、触媒作用を有する触媒成分は含まれていない。カーボン粒子ＣＢは、触媒作用を有しない非触媒成分である。
【００４５】
第２の領域Ａ２における電極層８１２、８１３は、第１の領域Ａ１における電極層８１２、８１３と同様のカーボン粒子ＣＢを骨格とする多孔質体である。第２の領域Ａ２における電極層８１２、８１３は、さらに、第１の領域Ａ１における電極層８１２、８１３と異なり、カーボン粒子ＣＢに担持された白金粒子ＰＴを含んでいる。白金粒子ＰＴは、触媒作用を有する触媒成分である。白金粒子ＰＴの触媒作用により、電極層８１２、８１３において燃料電池の電気化学反応が進行する。第２の領域Ａ２における電極層８１２、８１３は、さらに、電解質層８１１と同様の電解質ＥＬを含んでいる。
【００４６】
アノード電極層８１２は、例えば、以下のように作製される。まず、カーボン粒子ＣＢを有機溶媒と混合して調製された第１のスラリと、白金粒子ＰＴを担持したカーボン粒子ＣＢと電解質ＥＬと有機溶媒とを混合して調製された第２のスラリを準備する。そして、電解質層８１１のアノード側の面における第１の領域Ａ１には、第１のスラリがスクリーン印刷され、第２の領域Ａ２には、第２のスラリがスクリーン印刷される。こうして、電解質層８１１のアノード側の面にアノード電極層８１２が形成される。同様な行程を、電解質層８１１のカソード側の面に対して行うことにより、カソード電極層８１３が形成される。
【００４７】
・燃料電池の動作
図１０を参照して、実施例に係る燃料電池１００の動作について説明する。図１０は、燃料電池の反応ガスの流れを示す説明図である。図を見やすくするため、図１０においては、２つの発電モジュール２００と２つのセパレータ６００が積層された様子のみを図示している。図１０（ａ）は、図７におけるＢ−Ｂ断面に対応する断面図を示している。図１０（ｂ）は、右側の半分が図７におけるＤ−Ｄ断面に対応する断面図を示し、左側の半分が図７におけるＣ−Ｃ断面に対応する断面図を示している。
【００４８】
燃料電池１００は、酸化ガス供給マニホールド１１０に酸化ガスが供給されると共に、燃料ガス供給マニホールド１３０に燃料ガスが供給されることにより、発電を行う。また、発電中の燃料電池１００には、発電に伴う発熱による燃料電池１００の温度上昇を抑制するために、冷却媒体供給マニホールド１５０に冷却媒体が供給される。
【００４９】
酸化ガス供給マニホールド１１０に供給された酸化ガスは、図１０（ａ）において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド１１０から酸化ガス供給流路６５０を通って、酸化ガス供給流路６５０のカソード側表面の開口部からカソード側多孔体８５０に供給される。カソード側多孔体８５０に供給された酸化ガスは、酸化ガスの流路として機能するカソード側多孔体８５０の内部を図７において白抜きの矢印で示すように上方から下方に流動する。そして、酸化ガスは、酸化ガス排出流路６６０のカソード側表面の開口部から酸化ガス排出流路６６０に流入し、酸化ガス排出流路６６０を通って、酸化ガス排出マニホールド１２０へ排出される。カソード側多孔体８５０を流動する酸化ガスの一部は、カソード側多孔体８５０に当接しているカソード側拡散層８３０の全体に亘って拡散し、カソード反応（例えば、２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ）に供される。
【００５０】
燃料ガス供給マニホールド１３０に供給された燃料ガスは、図１０（ｂ）において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１３０から燃料ガス供給流路６３０を通って、燃料ガス供給流路６３０のアノード側表面の開口部からアノード側多孔体８４０に供給される。アノード側多孔体８４０に供給された燃料ガスは、燃料ガスの流路として機能するアノード側多孔体８４０の内部を図７において黒塗りの矢印で示すように下方から上方に流動する。そして、燃料ガスは、燃料ガス排出流路６４０のアノード側表面の開口部から燃料ガス排出流路６４０に流入し、燃料ガス排出流路６４０を通って、燃料ガス排出マニホールド１４０に排出される。アノード側多孔体８４０を流動する酸化ガスの一部は、アノード側多孔体８４０に当接しているアノード側拡散層８２０の全体に亘って拡散し、アノード反応（例えば、Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-）に供される。
【００５１】
冷却媒体供給マニホールド１５０に供給された冷却媒体は、冷却媒体供給マニホールド１５０から冷却媒体流路６７０に供給される。冷却媒体流路６７０に供給された冷却媒体は、冷却媒体流路６７０の一端から他端まで流動し、冷却媒体排出マニホールド１６０に排出される。
【００５２】
以上説明した本実施例によれば、発電体８１０におけるアノード電極層８１２の全体に燃料ガスが供給され、カソード電極層８１３の全体に亘って、酸化ガスが供給される。しかしながら、発電体８１０のうち、発電が実質的に行われるのは、第２の領域Ａ２のみであり、第１の領域Ａ１では、発電は実質的に行われない。第１の領域Ａ１には、電気化学反応を進行させるために必要な触媒成分（本実施例では、白金粒子ＰＴ）が含まれていないためである。この結果、構造上、冷却媒体流路６７０を配置できない第１の領域Ａ１の温度が上昇することを抑制することができる。この結果、第１の領域Ａ１において電解質層８１１が発熱により損傷を受けることを抑制することができる。
【００５３】
さらに、第１の領域Ａ１における電極層８１２、８１３は、白金粒子ＰＴを担持していないカーボン粒子ＣＢを骨格とする多孔体であるため、電解質層８１１はアノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０と直接に接触しない。したがって、アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０の繊維（ケバ）が電解質層８１１に突き刺さることにより、電解質層８１１が損傷を受けることを抑制することができる。
【００５４】
Ｂ．変形例：
・第１変形例：
図１１を参照して、第１変形例について説明する。図１１は、第１変形例におけるセパレータ６００ａの正面図である。
【００５５】
第１変形例におけるセパレータ６００ａは、実施例におけるセパレータ６００と形状が異なっている。例えば、セパレータ６００ａにおける酸化ガス供給流路６５０の開口部は、スリット形状ではなく円形状となっている。また、第１変形例におけるセパレータ６００ａの燃料ガス排出流路６４０ａは、複数設けられ、酸化ガス供給流路６５０ａと同様に櫛歯状に形成されている。また、第１変形例における燃料ガス排出流路６４０ａは、実施例における燃料ガス排出流路６４０と異なり、対向領域の上側の辺の全長に亘って形成されておらず、対向領域の左辺の上側近傍の狭い領域にのみ重なる。第１変形例における酸化ガス排出流路６６０ａおよび燃料ガス供給流路６３０ａの形状は、説明した燃料ガス排出流路６４０ａおよび酸化ガス供給流路６５０ａの形状と同様である。
【００５６】
図１１には、本変形例に用いられる発電体８１０ａが一点波線で示されている。本変形例における発電体８１０では、第１の領域Ａ１はＬ字型の領域となり、第２の領域Ａ２は、それ以外の領域とある。以上のように、発電体８１０における第１の領域Ａ１および第２の領域Ａ２は、用いられるセパレータの構成に応じて、適宜変更されるものである。
【００５７】
・第２変形例：
上記実施例では、発電体８１０の第１の領域Ａ１において、アノード電極層８１２とカソード電極層８１３の両方に触媒成分（例えば、白金粒子ＰＴ）を含まないことしているが、いずれか一方に触媒成分を含まないこととしても良い。かかる場合でも、第１の領域Ａ１における電気化学反応を抑制して、第１の領域Ａ１における発熱を抑制することができる。
【００５８】
・第３変形例：
実施例における発電体８１０の第１の領域Ａ１において、アノード電極層８１２およびカソード電極層８１３に、カーボン粒子ＣＢに加えて、ラジカル捕捉剤を配置しても良い。ラジカル捕捉剤には、セリウム酸化物（例えば、ＣｅＯ2（二酸化セリウム））などの希土類酸化物、ジルコニウム酸化物が用いられる。
【００５９】
燃料電池の電極反応の副作用により生成水内には、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）が発生する。過酸化水素が、例えば、以下の式（１）〜（４）に示す反応に供せられることにより、ラジカル（例えば、・ＯＨ（ヒドロキシラジカル）、・ＯＯＨ（ハイドロパーオキシラジカル）、・Ｈ（水素ラジカル））が生成される。
２Ｈ2Ｏ2→・ＯＨ＋・ＯＯＨ＋Ｈ2Ｏ    …（１）
Ｈ2Ｏ2＋Ｈ+＋ｅ-→・ＯＨ＋Ｈ2Ｏ    …（２）
・ＯＨ＋Ｈ２→Ｈ2Ｏ＋・Ｈ    …（３）
Ｈ2Ｏ2＋ｅ-→・ＯＨ＋ＯＨ-    …（４）
これらのラジカルは、活性が高く、反応性に富むので、電解質層と反応する。ラジカルとの反応によって、電解質層は、分解され、損傷を受ける。
【００６０】
ラジカルを含む生成水が第１の領域Ａ１に溜まることにより、電解質層８１１は損傷を受けるおそれがある。本変形例では、第１の領域Ａ１においてラジカル捕捉剤によりラジカルを固定して安定化することができる。この結果、ラジカルによる電解質層８１１の損傷を抑制することができる。
【００６１】
・第４変形例：
上記実施例における発電体８１０では、電極層８１２、８１３において、第１の領域Ａ１には白金粒子ＰＴを配置せず、第２の領域Ａ２にのみ白金粒子ＰＴを配置している。これに代えて、電極層８１２、８１３において、第１の領域Ａ１における白金粒子ＰＴの単位面積あたりの量を、第２の領域Ａ２における白金粒子ＰＴの単位体積あたりの量より少なくしても良い。例えば、第２の領域Ａ２における白金粒子ＰＴの量を０．２ｍｇ／ｃｍ2、第１の領域Ａ１における白金粒子ＰＴの量を０．０５ｍｇ／ｃｍ2としても良い。かかる場合でも、第１の領域Ａ１における電気化学反応を抑制して、第１の領域Ａ１における発熱を抑制することができる。
【００６２】
・その他の変形例：
上記各実施例では、積層部材８００の各部材やセパレータ６００の各部材の材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。例えば、アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０を、金属多孔体を用いて形成するとしているが、例えばカーボン多孔体といった他の材料を用いて形成することも可能である。また、セパレータ６００は、金属を用いて形成するとしているが、例えばカーボンといった他の材料を用いることも可能である。
【００６３】
上記各実施例では、セパレータ６００は３層の金属板を積層した構成であり、その対向領域に対応する部分が平坦な形状であるとしているが、これに代えて他の任意の形状とすることが可能である。具体的には、対向領域に対応する表面に溝状の反応ガス流路が形成されたセパレータ（例えば、カーボンで作製される）を採用しても良いし、対向領域に対応する部分に反応ガス流路として機能する波板形状を有するセパレータ（例えば、金属板をプレス成形して作製される）を採用しても良い。
【００６４】
また、上記実施例では、積層部材８００は、発電体８１０、アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０、アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０から構成されているが、これに限られない。例えば、反応ガス流路が形成されたセパレータや、反応ガス流路として機能する波板形状を有するセパレータを用いる場合には、アノード側およびカソード側多孔体は無くても良い。
【００６５】
以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例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の態様での実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施例における燃料電池の構成を示す第１の説明図である。
【図２】実施例における燃料電池の構成を示す第２の説明図である。
【図３】燃料電池の断面図の一部を示す図である。
【図４】実施例におけるカソードプレートの形状を示す説明図である。
【図５】実施例におけるアノードプレートの形状を示す説明図である。
【図６】実施例における中間プレートの形状を示す説明図である。
【図７】実施例におけるセパレータの正面図である。
【図８】実施例における発電モジュールの正面図である。
【図９】実施例における発電体の正面図である。
【図１０】実施例における燃料電池の反応ガスの流れを示す説明図である。
【図１１】第１変形例におけるセパレータの正面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１００…燃料電池
１１０…酸化ガス供給マニホールド
１２０…酸化ガス排出マニホールド
１３０…燃料ガス供給マニホールド
１４０…燃料ガス排出マニホールド
１５０…冷却媒体供給マニホールド
１６０…冷却媒体排出マニホールド
２００…発電モジュール
３００…アノードプレート
３００…プレート
３２２〜３３２…マニホールド形成部
３５０…燃料ガス供給スリット
３５４…燃料ガス排出スリット
４００…カソードプレート
４２２〜４３２…マニホールド形成部
４４０…酸化ガス供給スリット
４４４…酸化ガス排出スリット
５００…中間プレート
５２２〜５３２…マニホールド形成部
５４２…酸化ガス供給流路形成部
５４４…酸化ガス排出流路形成部
５４６…燃料ガス供給流路形成部
５４８…燃料ガス排出流路形成部
５５０…冷却媒体流路形成部
６００、６００ａ…セパレータ
６００ａ…セパレータ
６３０、６３０ａ…燃料ガス供給流路
６４０、６４０ａ…燃料ガス排出流路
６５０、６５０ａ…酸化ガス供給流路
６６０、６６０ａ…酸化ガス排出流路
６７０、６７０ａ…冷却媒体流路
７００…シール部材
７１０…支持部
７２０…リブ
８００…積層部材
８１０…発電体
８１１…電解質層
８１２…アノード電極層
８１３…カソード電極層
８２０…アノード側拡散層
８３０…カソード側拡散層
８４０…アノード側多孔体
８５０…カソード側多孔体
【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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