(57)【要約】【課題】より薄型化できる単位セル燃料電池と、この単位セルを複数積層した小型のスタック構造の燃料電池およびそれらの発電効率を向上させることができる製造方法を提供すること。【解決手段】水素が供給される一対の膜電極接合体２のアノード電極４を対向させて袋状の領域を形成した。従って、水素入口１２から袋状領域内のアノード電極４へのみ水素供給が可能となり、カソード電極５側へ供給される空気と分離するための特別なセパレータを不要にできる。また、単位セル７が膜や層からなる構成部材のみで形成できるため、一対の膜電極接合体２を重ね合わせてもさほど厚くなることはない。従って、燃料電池１全体をより薄型にできる。【選択図】     図１
2005293880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子固体電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んだ一対の膜電極接合体と、
前記アノード電極同士が対向する前記一対の膜電極接合体間の外周部全周にわたって形成されたシール層と、
このシール層で囲まれた袋状の領域内に燃料を供給する燃料入口とを含んで構成された単位セルを備えていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
高分子固体電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んだ膜電極接合体と、
前記アノード電極側に配置されて燃料と空気とを隔離する気体非透過性の隔離用フィルムと、
前記膜電極接合体と前記隔離用フィルムとの間の外周部全周にわたって形成されたシール層と、
このシール層で囲まれた袋状の領域内に燃料を供給する燃料入口とを含んで構成された単位セルを備えていることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の複数の単位セルと、
当該単位セルのカソード電極側に空気を供給するためのシート状の空気透過部材とが交互に積層されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜請求項３に記載の燃料電池において、
前記膜電極接合体の前記電極が形成されていない部分には、気体非透過性層が設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
高分子固体電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んだ一対の膜電極接合体を、
前記アノード電極同士が対向するように配置するとともに、アノード電極間に取出電極を配置する工程と、
配置された前記一対の膜電極接合体に対し、対向方向から荷重をかけながら当該膜電極接合体間の外周部全周にシール層を形成する工程と、
この荷重を加えた状態で前記シール層を固化することにより単位セルを形成する工程とを備えていることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項６】
高分子固体電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んだ膜電極接合体に対して、前記アノード電極と対向するように気体非透過性の隔離用フィルムを配置するとともに、この隔離用フィルムと前記アノード電極との間に取出電極を配置する工程と、
配置された前記膜電極接合体および前記隔離用フィルムに対し、対向方向から荷重をかけながら当該膜電極接合体および前記隔離用フィルム間の外周部全周にシール層を形成する工程と、
この荷重を加えた状態で前記シール層を固化することにより単位セルを形成する工程とを備えていることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項７】
高分子固体電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んだ複数の膜電極接合体に対して、前記アノード電極および前記カソード電極の外側にそれぞれ取出電極を配置する工程と、
前記複数の膜電極接合体と前記カソード電極側に空気を供給するためのシート状の空気透過部材とを交互に積層する工程と、
積層された複数の膜電極接合体に対し、積層方向から荷重をかけながら、少なくとも前記空気透過部材を挟む前記膜電極接合体同士を固定する工程とを備えていることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単位セルを備えた燃料電池や、この単位セルを複数積層したスタック構造の燃料電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、外部から燃料（水素）と空気（酸素）とを連続的に別々の電極に供給し、これらを電極に含まれた触媒を利用して、電気化学的に反応させて電気エネルギーを取り出すものである。他の発電方式に比べて高効率で二酸化炭素の排出量が少ないため、環境問題が顕著になっている近年注目されている。燃料電池の中でも、高分子固体電解質膜を利用した燃料電池は作動温度が室温に近く、薄型化、小型化が可能で携帯機器等への応用が期待されている。
【０００３】
燃料電池の単位セル当たりの起電力は、電気化学反応の種類によって決まるが、０．７ボルト程度と低いため、実際に電池として使用するためには出力の向上が必要である。燃料電池の出力を向上させるためには、燃料電池全体として起電力を上げることと、容量を上げることとが考えられる。起電力を上げるためには、単位セルを直列に積層する方法がよく知られている。容量を上げるためには、電極面積や反応界面の幾何学的面積を広げる、あるいは単位面積あたりの出力密度を増加させる方法が知られている。しかし、これら燃料電池の出力を向上させるための方法では、単位セルの積層や電極面積の広面積化という小型化とは相反することを行う。このため、小型化が必要な携帯機器等への応用分野においては、小型化に工夫が求められている。
【０００４】
また、高分子固体電解質膜を利用した単位セルを積層して燃料電池の出力を向上させる場合、燃料電池の構成部材間の接触抵抗も燃料電池の発電効率に影響する。発電効率を向上させるためには、電池に均一に荷重を加えて接触抵抗を減らす必要がある。
接触抵抗を減らす例として、アノード側の燃料の供給とカソード側の空気の供給を分離するためのセパレータを用いた構造の燃料電池で、セパレータを介して荷重を構成部材に均一に加える方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３１５５０７号公報（第２〜第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１のように、異なるガスの混合を防ぐためのセパレータを用いる方法では、セパレータの両面にガスを導くためのリブ加工が必要である。リブの構造は、セパレータ自体の強度（電池の構成部材に均一に荷重をかけるために必要な強度）、燃料や空気の電極への供給効率、あるいはそれらの混合防止等を考慮して決められ、セパレータ自体の薄型化が難しい。従って、そのセパレータを挟み込むことによって積層構造自体も厚くなり、燃料電池全体としての小型化が難しくなるという問題がある。
【０００７】
本発明の第一の目的は、より薄型化できる単位セルの燃料電池を提供することにある。
【０００８】
本発明の第二の目的は、そのような単位セルを複数積層することにより小型化できるスタック構造の燃料電池を提供することにある。
【０００９】
本発明の第三の目的は、発電効率を向上させることができる燃料電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料電池は、高分子固体電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んだ一対の膜電極接合体と、前記アノード電極同士が対向する前記一対の膜電極接合体間の外周部全周にわたって形成されたシール層と、このシール層で囲まれた袋状の領域内に燃料を供給する燃料入口とを含んで構成された単位セルを備えていることを特徴とする。
この発明では、燃料が供給される一対の膜電極接合体のアノード電極を対向させて袋状の領域を形成しているので、燃料入口から袋状領域内のアノード電極へのみ燃料供給が可能となり、カソード電極側へ供給される空気と分離するための特別なセパレータが不要なうえ、単位セルが膜や層からなる構成部材のみで形成されるため、より薄型になる。
【００１１】
本発明の燃料電池は、高分子固体電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んだ膜電極接合体と、前記アノード電極側に配置されて燃料と空気とを隔離する気体非透過性の隔離用フィルムと、前記膜電極接合体と前記隔離用フィルムとの間の外周部全周にわたって形成されたシール層と、このシール層で囲まれた袋状の領域内に燃料を供給する燃料入口とを含んで構成された単位セルを備えていることを特徴とする。
この発明では、アノード電極に供給される燃料とカソード電極に供給される空気（酸素）の分離に気体非透過性の隔離用フィルムを使用するので、薄型の単位セルが得られる。
【００１２】
本発明の燃料電池は、上述のそれぞれの単位セルと、当該単位セルのカソード電極側に空気を供給するためのシート状の空気透過部材とが交互に積層されていることを特徴とする。
この発明によれば、構成部材が膜である薄型の単位セルとシート状の空気透過部材とを積層して燃料電池を構成するので、出力を得るために単位セルを多数積層してスタック構造の燃料電池を構成しても、燃料電池自体が厚くならず小型の燃料電池が得られる。
【００１３】
本発明では、前記膜電極接合体の前記電極が形成されていない部分には、気体非透過性層が設けられた構成が好ましい。
この発明では、膜電極接合体のアノード電極とカソード電極とが設けられていない高分子固体電解質膜に気体非透過性層が設けられる。高分子固体電解質膜は、プロトン透過性であり水素燃料も透過しやすい。そこで、これらの気体非透過性層を必要な場所に設けることにより、袋状の領域からの気体の漏出がより確実に防げる。
【００１４】
本発明の燃料電池の製造方法は、高分子固体電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んだ一対の膜電極接合体を、前記アノード電極同士が対向するように配置するとともに、アノード電極間に取出電極を配置する工程と、配置された前記一対の膜電極接合体に対し、対向方向から荷重をかけながら当該膜電極接合体間の外周部全周にシール層を形成する工程と、この荷重を加えた状態で前記シール層を固化することにより単位セルを形成する工程とを備えていることを特徴とする。
この発明によれば、膜電極接合体に荷重を加えることにより、膜電極接合体間にあるアノード電極と構成部材である取出電極とがより密着して接触抵抗が低減する。その荷重を加えた状態で膜電極接合体間をシール層で固定するので、接触抵抗が低く維持されて単位セルの発電効率が向上する。
【００１５】
本発明の燃料電池の製造方法は、高分子固体電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んだ膜電極接合体に対して、前記アノード電極と対向するように気体非透過性の隔離用フィルムを配置するとともに、この隔離用フィルムと前記アノード電極との間に取出電極を配置する工程と、配置された前記膜電極接合体および前記隔離用フィルムに対し、対向方向から荷重をかけながら当該膜電極接合体および前記隔離用フィルム間の外周部全周にシール層を形成する工程と、この荷重を加えた状態で前記シール層を固化することにより単位セルを形成する工程とを備えていることを特徴とする。
この発明によれば、膜電極接合体と隔離用フィルムに荷重を加えることにより、膜電極接合体と隔離フィルムとの間にあるアノード電極と構成部材である取出電極がより密着して接触抵抗が低減する。その荷重を加えた状態で膜電極接合体と隔離用フィルムとの間をシール層で固定するので、接触抵抗が低く維持されて単位セルの発電効率が向上する。
【００１６】
本発明の燃料電池の製造方法は、高分子固体電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んだ複数の膜電極接合体に対して、前記アノード電極および前記カソード電極の外側にそれぞれ取出電極を配置する工程と、前記複数の膜電極接合体と前記カソード電極側に空気を供給するためのシート状の空気透過部材とを交互に積層する工程と、積層された複数の膜電極接合体に対し、積層方向から荷重をかけながら、少なくとも前記空気透過部材を挟む前記膜電極接合体同士を固定する工程とを備えていることを特徴とする。
この発明によれば、スタック構造の場合においても、膜電極接合体間にシート状の空気透過部材を介することにより、各構成部材間の導電性が必要な部分に荷重を加えた状態が維持されて固定される。積層した場合でも、構成部材間の接触抵抗が低くなり、燃料電池の発電効率が向上する。
なお、膜電極接合体同士を固定する工程は、積層した状態で一度に固定をしてもよいが、気密性の必要な部分は予め固定して単位セル化しておき、その後単位セルを積層して固定してもよい。予め気密性の必要な部分に固定を行った場合、その部分の部品のずれなどが起こりにくく、より気密性が高まる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池およびその製造方法によれば、少ない薄型の構成部材で燃料電池を構成でき、燃料電池を薄型化および小型化ができる。また、構成部材間に荷重をかけた状態が維持できるので、構成部材間の接触抵抗が低く発電効率を向上させることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。図１、図２には、本実施形態に係る燃料電池１の断面図、膜電極接合体２の平面図を示した。図３、図４には、単位セル７を形成する工程を示した。
【００１９】
図１において、燃料電池１は、高分子固体電解質膜３をアノード電極４とカソード電極５とで両側から挟んだ一対のシート状の膜電極接合体２を備えている。電極４，５の設けられていない膜電極接合体２の外周部分には、図２にも示すように、高分子固体電解質膜３から気体の漏出を防ぐための気体非透過性層６が形成されている。これら一対の膜電極接合体２は、アノード電極４を対向させ、外周をシール層８によってシールすることによって単位セル７を形成している。
【００２０】
高分子固体電解質膜３は、多孔質膜である延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン（Poly Tetra Fluoro Ethylene,PTFE）フィルムに、高分子固体電解質樹脂であるナフィオン（デュポン社商標）等のパーフルオロスルホン酸系ポリマー、フッ素系ポリマー、炭化水素系ポリマーなどが含浸されることにより構成される。
アノード電極４には燃料である水素が供給され、カソード電極５には空気（酸素）が供給される。それぞれの電極は、水素酸化や酸素還元の反応を促進させるための白金または白金合金等の触媒が担持されたカーボンから構成される。
【００２１】
気体非透過性層６としては、フィルム状樹脂、金属薄膜層やそれらを組み合わせたものが使用できる。気体透過性の低い樹脂としては、ＥＶＯＨ（エチレン−ビニルアルコール共重合体）、アセチル化した高分子グルコマンナン等を使用できる。
シール層８は、熱で変形させた後固化できる熱可塑性の樹脂からなる熱溶着フィルム（ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、アクリル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、およびそれらの混合物）であってもよいし、光により固化する光硬化性型樹脂（可視光硬化型、ＵＶ硬化型）でもよい。
【００２２】
単位セル７において、対向するそれぞれのアノード電極４には、導電性を有するメッシュ状の中間部材９が接するように配置されている。この中間部材９により、水素拡散層およびアノード電極４に発生した電子を集める集電体が形成される。そして、中間部材９には、発生した電力を外部に取り出すための取出電極１０が設けられている。また、対向する取出電極１０の間には、水素を透過する支持体１１が狭持されている。
【００２３】
また、単位セル７には、水素入口１２が設けられている。ここで、水素入口１２と取出電極１０は、シール層８に挟まれて気密性を保った状態で内側から延長され、外部に引き出されている。従って、単位セル７は、気密性のある袋状に形成され、水素入口１２より水素は供給される。
両側のカソード電極５には、カソード電極５に均一に酸素を供給するための拡散層と集電体を兼ねた中間部材１３がそれぞれ接するように設けられ、その外側に電池に接続された負荷から来た電子を集めるための取出電極１４がそれぞれ設けられている。なお、取出電極１４は、図１の紙面表裏方向に引き出されている。
【００２４】
中間部材９，１３は、電極に水素および酸素を均一に供給するためのものであり、かつ電極４，５と取出電極１０，１４とを電気的に接続する。従って、多孔質の導電性材料が使用される。中間部材９，１３を形成する材料としては、例えば、メッシュの金属フォーム（例えばスチールウール等）、アルミニウム、ステンレス鋼等であってもよく、またスポンジチタン等の多孔性金属材料、カーボンペーパ紙にカーボンを担持したものやカーボンクロス等であってもよい。
取出電極１０，１４は、水素や酸素を透過する電気抵抗の低いメッシュ状部材で、例えば金属のメッシュ等が使用できるし、任意の形状の金属箔であってもよいし、リード線等の導電性を有するものであればよい。本実施形態では、支持体１１に絶縁体を使用して、取出電極１０の片方と取出電極１４の片方とは直列に接続されている。この場合、単位セル７の起電力を増すことができる。
【００２５】
支持体１１は、多孔性材料が使用できる。例えば、導電性の多孔性材料としては、発泡金属、金属フィルタ等であってもよく、絶縁性の多孔性材料としては、発泡樹脂、発泡石英または発泡性ガラス等発泡性セラミック、撥水性繊維のフィルタ等であってもよい。また、グラスファイバー、ビーズ等を層間に散布してもよい。さらに、多孔質材料により大きな貫通孔を開けて、空気透過性能を向上させてもよい。
【００２６】
以下には、図３、図４をも参照し、燃料電池１（単位セル７）の製造方法について説明する。
先ず、図３に示すように、一対の膜電極接合体２のアノード電極４を対向させて配置し、その間に中間部材９、取出電極１０、支持体１１および水素入口１２を位置決めして配置し、外周にシール剤８ａを配置する。
【００２７】
次に、図４に示すように、押さえ板１８を介し、一対の膜電極接合体２に対して、対向方向（矢印の方向）から荷重をかける。荷重は、１０Ｋｇ／ｃｍ２以上で部品を破壊しない程度の圧力が望ましい。荷重をかけた状態で、使用するシール剤８ａ（図３）の樹脂に応じて熱や光を照射して固化させシール層８を形成させる。シール剤８ａとして熱融着フィルムを使用した場合、熱を加えた後に冷却することにより固化する。こうすることにより、荷重のかかった状態で単位セル７の取出電極１０、中間部材９、およびアノード電極４を互いに密着させた状態で固定することができる。
燃料電池１は、以上のように形成した単位セル７に、カソード側の中間部材１３および取出電極１４を加えた状態で機能する。
【００２８】
以下に、燃料電池１での気体の流れと電気発生の様子を説明する。
燃料である水素は、水素入口１２から導入されて取出電極１０を通り中間部材９を経てアノード電極４に到達する。アノード電極４では、触媒の作用により水素イオンＨ＋と電子ｅ−とが生じる。発生した電子ｅ−は、中間部材９を経て取出電極１０に集められる。発生した水素イオンＨ＋は、高分子固体電解質膜３を透過してカソード電極５に移動することによりアノード電極４との間に電位差が生じる。ここで、取出電極１０，１４間に負荷を接続すると、電子ｅ−は負荷を通って、取出電極１４と中間部材１３とを経てカソード電極５へ移動する。
【００２９】
一方、カソード電極５には、空気中の酸素が供給される。カソード電極５に高分子固体電解質膜３を透過して到達した水素イオンＨ＋は、触媒の作用により空気中の酸素と負荷を通ってきた電子ｅ−とで反応して水を生じる。生じた水と反応に寄与しなかった空気中の残りのガスは、ふたたび空気中に排出される。
【００３０】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）水素が供給される一対の膜電極接合体２のアノード電極４を対向させて袋状の領域を形成しているので、水素入口１２から袋状領域内のアノード電極４へのみ水素供給が可能となり、カソード電極５側へ供給される空気と分離するための特別なセパレータを不要にできる。また、単位セル７が膜や層からなる構成部材で形成されるため、一対の膜電極接合体２を重ね合わせてもさほど厚くなることはない。従って、燃料電池１全体をより薄型にできる。
【００３１】
（２）高分子固体電解質膜３のアノード電極４とカソード電極５が設けられていない部分には、気体非透過性層６が形成されている。高分子固体電解質膜３は、プロトン透過性であり水素燃料も透過しやすいが、これらの気体非透過性層６を必要な場所に設けることにより、袋状の領域からの水素の漏出をより確実に防ぐことができる。
【００３２】
（３）膜電極接合体２に荷重を加えることにより、膜電極接合体２間にあるアノード電極４と構成部材である中間部材９と取出電極１０とをより密着させることができ、互いの接触抵抗が低減を低減できる。そして、その荷重を加えた状態で膜電極接合体２間をシール層８で固定するので、接触抵抗を低く維持でき、単位セル７の発電効率を向上させることができる。
【００３３】
（４）単位セル７形成時に、中間部材９や取出電極１０に荷重を加えてシール層８で単位セル７を固定するので、シール層８の隙間や気泡を少なくでき、単位セル７の袋状領域の気密性を向上させることができる。
【００３４】
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態を図面に基づいて説明する。図５、図６には、本実施形態に係るスタック構造の燃料電池２０の全体図、断面図を示した。図７、図８には、単位セル７の積層方法を示した。なお、第一実施形態と同じ構成部材には同一符号を付し、ここでのそれらの説明を省略または簡略化する。後述する第三実施形態でも同様である。
【００３５】
図５において、燃料電池２０は、第一実施形態で示した単位セル７を積層したスタック構造を有している。燃料電池２０は、フード１７で片側が覆われている。ここで、フード１７内の空気は、矢印方向に吸引されている。従って、燃料電池２０への空気の供給と燃料電池２０内で生成される水の排出は促進され、より効率よく反応が進む。
本実施形態では水素入口は図示されていないが、一つにまとめられ、水素は一括して導入される。水素は燃料電池１内の反応によって酸素と結合し水となって排出されるので、供給量をコントロールすれば、水素出口は必要ないが、コントロールが難しい場合、水素出口を設けてもよい。
【００３６】
スタック構造の燃料電池２０において、図６に示すように、カソード電極５に酸素を供給するためのシート状の空気透過部材１５が挟まれて積層されている。単位セル７の間には、シート状の空気透過部材１５が挟まれて積層されている。この気体透過部材１５としては、支持体１１と同じものを使用することができる。
単位セル７と空気透過部材１５の間は、外周を接着層１６で固定されている。このとき、空気透過部材１５は、空気を導入するために接着層１６に挟まれて外側に引き出されており、空気中の酸素は、気体透過部材１５の端面から入り込んでカソード電極５に供給され、発生した水と残った空気は排出される。
接着層１６は、ユニット同士を固定できればよく、空気を透過するものであってもよい。例えば、紙またはスポンジの両面に粘着層がある両面テープ等でもよい。
【００３７】
なお、図６では、三つの単位セル７と二つのカソード電極５に酸素を供給するためのシート状の空気透過部材１５およびこれらを固定するための接着層１６を示したが、必要に応じてこれらは何層積層してもよい。また、図では上側と下側の中間部材１３および取出電極１４は省略してある。
【００３８】
以下には、図７、図８をも参照し、燃料電池２０の製造方法について説明する。
まず、図７に示すように、単位セル７、中間部材１３、取出電極１４および空気透過部材１５と接着部材１６ａを積層する。ここで、単位セル７を形成する工程でシール層８内側にあるそれぞれの部品位置を、シール剤８ａを固化することによって予め固定しておく。
次に図８に示すように、両側から押さえ板１８を介して積層方向から均一に荷重をかけて接着を行う。荷重は、単位セル７形成時の荷重と同程度でよい。このとき、燃料電池２０の構成部材間の接触抵抗を低下させるために、荷重を加えた状態が維持される必要があるが、シート状の空気透過部材１５として細孔からなる部材を用いれば巨視的な凹凸が表面に存在せず、従来のリブを有するセパレータと比較して、燃料電池２０を構成する部材に均一に力が加わった状態を得ることができる。
【００３９】
以下に、空気の流れと排出された水の流れを簡単に説明する。
空気中の酸素は、主に空気透過部材１５とあるいは接着層１６を通して供給される。カソード電極５に高分子固体電解質膜３を透過して到達した水素イオンＨ＋は、触媒の作用により空気中の酸素と負荷を通ってきた電子ｅ−とで反応して水を生じる。生じた水と反応に寄与しなかった空気中の残りのガスは、空気透過部材１５と接着層１６を通して排出される。
【００４０】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（５）構成部材が膜である薄型の単位セル７とシート状の空気透過部材１５とを積層して燃料電池２０を構成するので、出力を得るために単位セル７を多数積層してスタック構造の燃料電池２０を構成しても、燃料電池２０自体が厚くならず、小型の燃料電池２０を得ることができる。
【００４１】
（６）燃料電池２０の構成部材である取出電極１０，１４等や空気透過部材１５に荷重を加えた状態で、各構成部材を固定するので、各構成部材間の導電性が必要な部分の接触抵抗を低減させた状態でそれらを互いに固定できる。従って、積層した場合でも、構成部材間の接触抵抗を低くでき、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００４２】
（７）単位セル７の気密性の必要な部分は予め固定して単位セル化しておき、その後単位セル７を積層して固定すれば、単位セル７内の構成部材のずれなどが起こりにくく、より単位セル７の気密性を高めることができる。
【００４３】
（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態を図面に基づいて説明する。
図９に第二実施形態の単位セル７を示した。この実施形態では、アノード電極４とカソード電極５が対向して積層されている。この単位セル７を第二実施形態と同様に気体透過部材１５と交互に接着層１６を介して積層することによって、スタック構造の燃料電池を得ることもできるが、ここでの図示および説明は省略する。
【００４４】
図９において、高分子固体電解質膜３には、第一実施形態と同様にアノード電極４、カソード電極５が形成され、それぞれの両極側に、中間部材９，１３、取出電極１０，１４が配置される。気体非透過性層６も同様に設けられる。本実施形態では、取出電極１０と隔離用フィルム１９の間に支持体１１を挟んで固定する。固定の方法は、図示していないが、第一実施形態と同様にシール部材８ａを用いて行い、膜電極接合体２と気体の隔離用フィルム１９の間に水素入口（図示せず）を設ける。気体の隔離用フィルム１９の材質、構成は、第一実施形態で例示した気体非透過性層６と同様の材質、構成を用いることができる。なお、スタック構造にした場合には、カソードへの空気（酸素）の導入もフード１７（図５）を用いて第二実施形態と同様に行うことができる。
【００４５】
また、単位セル７は、膜電極接合体２と隔離用フィルム１９の外周にシール層８を配置して、第一実施形態と同様に膜電極接合体２の対向方向から荷重を加えた状態でシール層８を固化することで得ることができる。
スタック構造の燃料電池とした場合も、単位セル７と空気透過部材１５と接着層１６を積層して、第二実施形態と同様に、積層方向から荷重をかけながら全体を固定することによって得ることができる。
【００４６】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（８）アノード電極４に供給される水素とカソード電極５に供給される空気（酸素）の分離には、従来のような厚手のセパレータではなく、気体非透過性の隔離用フィルム１９を使用するので、薄型の単位セル７を得ることができる。
【００４７】
（９）膜電極接合体２と隔離用フィルム１９に荷重を加えることにより、膜電極接合体２と隔離フィルム１９との間にあるアノード電極４と構成部材である中間部材９と取出電極１０とをより密着させることができて接触抵抗を低減できる。このため、その荷重を加えた状態で膜電極接合体２と隔離用フィルム１９との間をシール層８で固定することにより、接触抵抗を低く維持でき、単位セル７の発電効率を向上させることができる。
【００４８】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記第一実施形態において、支持体１１を省略するか、導電性の支持体１１を使用して取出電極１０同士を電気的に接続することで、一対の膜電極接合体２を並列に接続することも可能である。この状態で取出電極１４同士も接続して使用すれば、単位セル７としての電極面積が倍になり、単位セル７の電池容量を増すことができる。
【００４９】
また、前記第二実施形態で示したスタック型の燃料電池の製造方法では、単位セル７の構成部品を予め固定しておいて積層したが、予め固定しないばらばらの状態で積層して、一気に圧着してもよい。ただし、部品のずれが生じてシール性が低下する恐れがあるので単位セル７の部品は予め固定しておいたほうが好ましい。
【００５０】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる燃料電池断面図。
【図２】膜電極接合体の平面図。
【図３】単位セルの構成部材を配置する工程を示す図。
【図４】シール層と単位セル形成する工程を示す図。
【図５】積層された燃料電池全体図。
【図６】積層された燃料電池断面図。
【図７】構成部材を配置積層する工程を示す図。
【図８】構成部材を固定する工程を示す図。
【図９】本発明の一実施形態にかかる燃料電池断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１…燃料電池、２…膜電極接合体、３…高分子固体電解質膜、４…アノード電極、５…カソード電極、６…気体非透過性層、７…単位セル、８…シール層、９…中間部材、１０…取出電極、１２…水素入口、１４…取出電極、１５…空気透過部材、１６…接着層、１９…隔離用フィルム、２０…スタック構造の燃料電池。
【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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