(57)【要約】【課題】  水素透過性金属層と電解質層とを積層させた電解質膜を備える燃料電池において、水素の漏洩が発生したときに、水素の漏洩を抑制することを可能とする。【解決手段】  燃料電池は、水素を選択的に透過させる水素透過性金属層１１０と、水素透過性金属層１１０の表面に形成されたプロトン伝導性を有する電解質層１２０とを有する電解質膜１００を備えている。電解質膜１００は、電解質層１２０の内部や、水素透過性金属層１１０と電解質層１２０との界面に欠陥が発生し、欠陥を通って水素が漏洩したときに、欠陥の発生によって生起される反応を利用して水素の漏洩を抑制する漏洩抑制部を生成する漏洩抑制部生成構造１４０を有している。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
水素を選択的に透過させる水素透過性金属層と、前記水素透過性金属層の表面に形成されたプロトン伝導性を有する電解質層と、を有する電解質膜を備え、
前記電解質膜は、前記電解質層の内部と、前記水素透過性金属層と前記電解質層との界面と、の少なくとも一方に欠陥が発生し、前記欠陥を通って水素が漏洩したときに、前記欠陥の発生によって生起される反応を利用して前記水素の漏洩を抑制する漏洩抑制部を生成する漏洩抑制部生成構造を有する、燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記漏洩抑制部生成構造は、前記水素の漏洩時に発生する熱に感応して、前記漏洩抑制部を生成する、燃料電池。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池であって、
前記漏洩抑制部生成構造は、軟化点が前記燃料電池の正常運転温度の上限値よりも高い封止部材を含み、
前記封止部材は、前記水素の漏洩時に発生する熱によって軟化し前記欠陥内に侵入することによって前記漏洩抑制部を形成する、燃料電池。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池であって、
前記封止部材は、前記電解質層の表面および側面の少なくとも一方に接するように配置されている、燃料電池。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池であって、
前記封止部材は、前記電解質膜の平面上において、局所的に配置されている、燃料電池。
【請求項６】
請求項４記載の燃料電池であって、
前記封止部材は、前記電解質層の端部に連続的に配置されている、燃料電池。
【請求項７】
請求項３記載の燃料電池であって、
前記封止部材は、軟化点を超えると、軟化した後に結晶化する材料である、燃料電池。
【請求項８】
請求項２記載の燃料電池であって、
前記漏洩抑制部生成構造は、前記水素透過性金属層の前記電解質層側の表面に形成された触媒金属の薄膜を含み、
前記漏洩抑制部は、前記水素の漏洩時に発生する熱によって生起される前記水素透過性金属層と前記触媒金属との相互拡散により生成される合金を含む、燃料電池。
【請求項９】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記漏洩抑制部生成構造は、前記欠陥内に侵入する酸素および窒素の少なくとも一方を前記水素透過性金属層へと導く構造を含み、
前記漏洩抑制部は、酸素および窒素の少なくとも一方が前記水素透過性金属層の表面に接触することにより生成される前記水素透過性金属層の酸素固溶体と、酸化物と、窒素固溶体と、窒化物との少なくとも１つを含む、燃料電池。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料電池であって、
前記漏洩抑制部生成構造は、前記水素透過性金属層の前記電解質層側の表面に形成された複数の孔を有する触媒金属層を含む、燃料電池。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記電解質層は、前記水素透過性金属層上に複数の部分に分割されて形成されている、燃料電池。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記漏洩抑制部生成構造は、少なくとも前記電解質層の端部に配置されている、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素透過性金属層を有する電解質膜を備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。近年では、燃料電池の一態様として、水素を選択的に透過させる水素透過性金属層と、プロトン伝導性を有する電解質層とを積層させた電解質膜を備える燃料電池が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２９９１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのような燃料電池において、電解質膜を形成する水素透過性金属層と電解質層との高温時あるいは水素透過時の膨張率が異なることがある。両者の膨張率が異なると、高温時あるいは水素透過時に、水素透過性金属層と電解質層との間に応力が発生する。この応力は、電解質層に亀裂を発生させたり、水素透過性金属層と電解質層とを剥離させたりする場合がある。このようにして亀裂や剥離などの欠陥が発生すると、水素が漏洩する可能性があるという問題があった。このような水素の漏洩は、燃料電池に悪影響を及ぼすため、もし水素の漏洩が発生しても水素の漏洩を抑制することが好ましい。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、水素透過性金属層と電解質層とを積層させた電解質膜を備える燃料電池において、水素の漏洩が発生したときに、水素の漏洩を抑制することを可能と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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池は、水素を選択的に透過させる水素透過性金属層と、前記水素透過性金属層の表面に形成されたプロトン伝導性を有する電解質層と、を有する電解質膜を備え、
前記電解質膜は、前記電解質層の内部と、前記水素透過性金属層と前記電解質層との界面と、の少なくとも一方に欠陥が発生し、前記欠陥を通って水素が漏洩したときに、前記欠陥の発生によって生起される反応を利用して前記水素の漏洩を抑制する漏洩抑制部を生成する漏洩抑制部生成構造を有する。
【０００７】
この燃料電池では、水素の漏洩が発生したときに、水素の漏洩を抑制する漏洩抑制部を生成する漏洩抑制部生成構造を有するため、水素の漏洩を抑制することができる。
【０００８】
上記燃料電池において、前記漏洩抑制部生成構造は、前記水素の漏洩時に発生する熱に感応して、前記漏洩抑制部を生成するとしてもよい。
【０００９】
この構成によれば、漏洩抑制部生成構造は、水素の漏洩時に発生する水素と酸素との燃焼熱に感応して漏洩抑制部を生成するため、水素の漏洩が発生したときに水素の漏洩を抑制することができる。
【００１０】
また、上記燃料電池において、前記漏洩抑制部生成構造は、軟化点が前記燃料電池の正常運転温度の上限値よりも高い封止部材を含み、
前記封止部材は、前記水素の漏洩時に発生する熱によって軟化し前記欠陥内に侵入することによって前記漏洩抑制部を形成するとしてもよい。
【００１１】
この構成によれば、水素の漏洩時に発生する水素と酸素との燃焼熱によって燃料電池の正常運転温度の上限値よりも高い温度になったときに、封止部材が軟化して欠陥内に侵入し、漏洩抑制部を形成するので、水素の漏洩が発生したときに水素の漏洩を抑制することができる。
【００１２】
また、上記燃料電池において、前記封止部材は、前記電解質層の表面および側面の少なくとも一方に接するように配置されているとしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、封止部材が電解質層に接して配置されるため、欠陥が発生して水素の漏洩が発生したときに、迅速に水素の漏洩を抑制することができる。
【００１４】
また、上記燃料電池において、前記封止部材は、前記電解質膜の平面上において、局所的に配置されているとしてもよい。
【００１５】
この構成によれば、電解質層におけるプロトンの伝導を確保しつつ、電解質膜の任意の位置に欠陥が発生して水素の漏洩が発生したときにも、水素の漏洩を抑制することができる。
【００１６】
また、上記燃料電池において、前記封止部材は、前記電解質層の端部に連続的に配置されているとしてもよい。
【００１７】
この構成によれば、電解質層の端部において発生することが多い欠陥を原因とする水素の漏洩が発生したときに、迅速かつ良好に水素の漏洩を抑制することができる。
【００１８】
また、上記燃料電池において、前記封止部材は、軟化点を超えると、軟化した後に結晶化する材料であるとしてもよい。
【００１９】
この構成によれば、軟化して欠陥内に侵入した封止部材が、温度の低下を待たずに固体化するため、水素の漏洩を迅速に抑制することができる。
【００２０】
また、上記燃料電池において、前記漏洩抑制部生成構造は、前記水素透過性金属層の前記電解質層側の表面に形成された触媒金属の薄膜を含み、
前記漏洩抑制部は、前記水素の漏洩時に発生する熱によって生起される前記水素透過性金属層と前記触媒金属との相互拡散により生成される合金を含むとしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、水素の漏洩時に発生する水素と酸素との燃焼熱によって水素透過性金属層と触媒金属との相互拡散反応が生起され、水素透過性の著しく低い合金が生成されるため、水素の漏洩が発生したときに水素の漏洩を抑制することができる。
【００２２】
また、上記燃料電池において、前記漏洩抑制部生成構造は、前記欠陥内に侵入する酸素および窒素の少なくとも一方を前記水素透過性金属層へと導く構造を含み、
前記漏洩抑制部は、酸素および窒素の少なくとも一方が前記水素透過性金属層の表面に接触することにより生成される前記水素透過性金属層の酸素固溶体と、酸化物と、窒素固溶体と、窒化物との少なくとも１つを含むとしてもよい。
【００２３】
この構成によれば、漏洩抑制部生成構造により、欠陥内に侵入した酸素や窒素が水素透過性金属層へと導かれ、水素透過性の著しく低い水素透過性金属層の酸素固溶体や酸化物、窒素固溶体や窒化物が生成されるため、水素の漏洩が発生したときに水素の漏洩を抑制することができる。
【００２４】
また、上記燃料電池において、前記漏洩抑制部生成構造は、前記水素透過性金属層の前記電解質層側の表面に形成された複数の孔を有する触媒金属層を含むとしてもよい。
【００２５】
この構成によれば、欠陥内に侵入する酸素や窒素を水素透過性金属層へと導くことができる。
【００２６】
また、上記燃料電池において、前記電解質層は、前記水素透過性金属層上に複数の部分に分割されて形成されているとしてもよい。
【００２７】
この構成によれば、水素透過性金属層と電解質層との界面で発生する応力が緩和されるため、電解質膜における欠陥の発生を抑制することができ、水素の漏洩をさらに抑制することができる。
【００２８】
また、上記燃料電池において、前記漏洩抑制部生成構造は、少なくとも前記電解質層の端部に配置されているとしてもよい。
【００２９】
この構成によれば、電解質層の端部において発生することが多い欠陥を原因とする水素の漏洩が発生したときに、迅速かつ良好に水素の漏洩を抑制することができる。
【００３０】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池およびその製造方法、燃料電池の電解質膜およびその製造方法、燃料電池の電解質層およびその製造方法、燃料電池の水素透過性金属層およびその製造方法等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】
【００３１】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．変形例：
【００３２】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池の構成を概略的に示す説明図である。図１には、燃料電池を構成するセル１０の断面構造を模式的に表している。このセル１０は、表面にカソード電極１３０が形成された電解質膜１００の両面を、セパレータ２００で挟むことによって構成されている。なお、図示は省略したが、電解質膜１００の外周部は、ステンレス製のフレームによって支持されている。
【００３３】
電解質膜１００は、概ね水素を選択的に透過させる水素透過性金属層１１０と、プロトン伝導性を有する電解質層１２０とを、積層することによって形成されている。本実施例では、水素透過性金属層１１０を、厚さ５０μｍのバナジウム（Ｖ）を用いて形成しており、また、電解質層１２０を、厚さ１μｍのペロブスカイト型固体電解質を用いて形成している。なお、これらの材料および各層の厚さは任意に設定可能である。例えば、水素透過性金属層１１０を、パラジウム（Ｐｄ）やパラジウム合金など、他の金属を用いて形成してもよい。また、水素透過性金属層１１０は、アノード電極としての機能も有している。電解質膜１００の構造の詳細については、後述する。
【００３４】
電解質膜１００の電解質層１２０側の表面には、カソード電極１３０が形成されている。本実施例では、カソード電極１３０を、厚さ０．１μｍの、電気化学反応を促進する触媒能を有する白金（Ｐｔ）を用いて形成している。なお、カソード電極１３０の材料および厚さは任意に設定可能である。
【００３５】
電解質膜１００の各層およびカソード電極１３０は、物理蒸着法、化学蒸着法、ゾルゲル法、メッキなどの方法によって形成することが可能である。
【００３６】
セパレータ２００は、凹凸形状を有しており、電解質膜１００のアノード側（図１の右側）とカソード側（図１の左側）とに、それぞれ水素リッチな燃料ガスと酸化ガスとしての空気とを流すための流路を形成している。燃料ガス中の水素は、水素透過性金属層１１０によって燃料ガスから分離され、プロトンとなって電解質層１２０を通り、カソード電極１３０側に移動する。なお、セパレータ２００の材料としては、例えばカーボンや金属など、種々の材料を用いることが可能である。
【００３７】
図２は、第１実施例における電解質膜１００の構造を概略的に示す説明図である。図２（ａ）には電解質膜１００の断面を、図２（ｂ）には電解質膜１００の電解質層１２０側の平面を、それぞれ示している。第１実施例の電解質膜１００では、図２（ａ）に示すように、電解質層１２０の側面に接するように封止部材１４０が設けられている。また、封止部材１４０は、図２（ｂ）に示すように、電解質膜１００の平面上において、局所的に配置されており、特に電解質層１２０の端部に重点的に配置されている。
【００３８】
この封止部材１４０は、後述するように、水素の漏洩時に軟化して水素の漏洩を抑制する漏洩抑制部を生成する機能を有しており、軟化点が燃料電池の正常運転温度の上限値よりも高いガラスによって形成されている。
【００３９】
図３は、第１実施例における電解質膜１００の生成工程を示す説明図である。ステップＳ１００では、水素透過性金属で水素透過性金属層１１０を形成する。ステップＳ１１０では、後の工程で電解質層１２０を形成する側の水素透過性金属層１１０表面に、ガラスペーストをスクリーン印刷して封止部材１４０を形成する。ステップＳ１２０では、水素透過性金属層１１０の表面に電解質層１２０を形成する。以上の工程により、図２に示した電解質膜１００を生成することができる。なお、ステップＳ１１０とステップＳ１２０との順番を入れ替えて電解質膜１００を生成することも可能である。
【００４０】
ここで、燃料電池の電解質膜１００（図２）において、水素透過性金属層１１０と電解質層１２０との高温時あるいは水素透過時における膨張率が異なる場合がある。両者の膨張率が異なると、高温時あるいは水素透過時に、水素透過性金属層１１０と電解質層１２０との間に応力が発生する。この応力は、電解質層１２０に亀裂を発生させたり、水素透過性金属層１１０と電解質層１２０とを剥離させたりする場合があり、亀裂や剥離などの欠陥が発生すると、欠陥が発生した部分から水素が漏洩する可能性がある。このような水素の漏洩は、燃料電池に悪影響を及ぼすため、水素の漏洩が発生したときには、水素の漏洩を抑制することが好ましい。
【００４１】
図４は、第１実施例における、水素漏洩時の水素漏洩抑制のしくみを概略的に示す説明図である。図４（ａ）には、電解質層１２０に亀裂が発生し、アノード側（図４（ａ）の下側）からカソード側（図４（ａ）の上側）へと水素が漏洩している様子を表している。アノード側からカソード側へと水素が漏洩すると、図４（ａ）に示すように、漏洩した水素はカソード側の空気中の酸素と反応して燃焼し、熱を発生する。この燃焼熱により、電解質層１２０の亀裂の周辺では、局所的に温度が上昇する。
【００４２】
この温度が燃料電池の正常運転温度の上限値を超え、さらに、封止部材１４０を形成しているガラスの軟化点を超えると、亀裂の周辺に配置されている封止部材１４０を形成しているガラスは軟化して、毛細管現象により亀裂内に侵入する。図４（ｂ）には、封止部材１４０を形成しているガラスが軟化して、亀裂内に侵入した様子を表している。亀裂内にガラスが侵入すると、侵入したガラスによって亀裂内の水素の流通が妨げられるため、水素と酸素との燃焼反応が抑制され、温度が下降する。温度が下降すると、亀裂内に侵入したガラスは、亀裂内に侵入した形で固化し、亀裂を通って水素が漏洩することを妨げる。このように、亀裂内に侵入したガラスは、水素の漏洩を抑制する漏洩抑制部として機能し、封止部材１４０は、漏洩抑制部を生成する漏洩抑制部生成構造として機能する。
【００４３】
なお、図４では、電解質層１２０に亀裂が発生した場合について説明したが、水素透過性金属層１１０と電解質層１２０との剥離などの他の欠陥が発生した場合にも、同様に、封止部材１４０は漏洩抑制部を生成する漏洩抑制部生成構造として機能する。
【００４４】
以上のように、第１実施例の燃料電池では、水素の漏洩が発生したときに、水素の漏洩を抑制することができる。
【００４５】
ところで、一般的に、電解質層１２０の亀裂や水素透過性金属層１１０と電解質層１２０との剥離などの欠陥は、電解質層１２０の端部において発生することが多い。第１実施例の燃料電池では、封止部材１４０が電解質層１２０の端部に重点的に配置されているため、迅速かつ良好に水素の漏洩を抑制することができる。
【００４６】
Ｂ．第２実施例：
図５は、第２実施例における電解質膜１００ａの構造を概略的に示す説明図である。図５（ａ）には電解質膜１００ａの断面を、図５（ｂ）には電解質膜１００ａの電解質層１２０ａ側の平面を、それぞれ示している。図２に示した第１実施例との違いは、電解質層１２０ａが水素透過性金属層１１０ａ上に複数の部分に分割されて形成されている点と、電解質膜１００ａの平面上における封止部材１４０ａの配置の点のみであり、その他の点は第１実施例と同じである。
【００４７】
第２実施例における電解質膜１００ａでは、図５（ｂ）に示すように、電解質層１２０ａが４分割されて形成されている。このように、電解質層１２０ａが分割されて形成されていると、水素透過性金属層１１０ａと電解質層１２０ａとの界面で発生する応力が緩和されるため、電解質層１２０ａの亀裂や水素透過性金属層１１０ａと電解質層１２０ａとの剥離などの欠陥の発生を抑制することができる。そのため、水素の漏洩をより抑制することができる。
【００４８】
また、第２実施例における電解質膜１００ａでは、図５（ｂ）に示すように、封止部材１４０ａが、電解質層１２０ａの端部に連続的に配置されている。そのため、電解質層１２０ａの端部において発生することが多い電解質層１２０ａの亀裂や水素透過性金属層１１０ａと電解質層１２０ａとの剥離などの欠陥を原因として水素の漏洩が発生したときに、より迅速かつ良好に水素の漏洩を抑制することができる。
【００４９】
Ｃ．第３実施例：
図６は、第３実施例における、電解質膜１００ｂの構造および水素漏洩時の水素漏洩抑制のしくみを概略的に示す説明図である。図６には電解質膜１００ｂの断面を示している。図２に示した第１実施例との違いは、漏洩抑制部生成構造の構成の点であり、その他の点は第１実施例と同じである。
【００５０】
第３実施例における電解質膜１００ｂでは、漏洩抑制部生成構造として、水素透過性金属層１１０ｂの電解質層１２０ｂ側の表面に触媒金属薄膜１５０が形成されている。本実施例では、水素透過性金属層１１０ｂを、厚さ５０μｍのバナジウム（Ｖ）を用いて形成しており、触媒金属薄膜１５０を、厚さ０．０５μｍのパラジウム（Ｐｄ）を用いて形成している。なお、触媒金属薄膜１５０の厚さは、０．０５μｍ以上２．０μｍ未満であることが好ましく、０．１μｍ以上０．５μｍ未満であることがさらに好ましい。また、水素透過性金属層１１０ｂの厚さは任意に設定可能である。
【００５１】
第３実施例においても、図６（ａ）に示すように、電解質層１２０ｂに亀裂が発生し、アノード側からカソード側へと水素が漏洩すると、漏洩した水素はカソード側の空気中の酸素と反応して燃焼し、熱を発生する。この燃焼熱により、電解質層１２０ｂの亀裂の周辺では、局所的に温度が上昇する。
【００５２】
電解質層１２０ｂの亀裂の周辺で温度が上昇すると、亀裂の周辺の水素透過性金属層１１０ｂおよび触媒金属薄膜１５０の温度も上昇する。水素透過性金属層１１０ｂおよび触媒金属薄膜１５０の温度が上昇すると、両者の間に相互拡散反応が生起され、図６（ｂ）に示すように合金１１２が生成される。このようにして亀裂の周辺に生成された合金１１２は水素透過性が著しく低いため、亀裂を通って水素が漏洩することを抑制することができる。このように、合金１１２は水素の漏洩を抑制する漏洩抑制部として機能し、触媒金属薄膜１５０は漏洩抑制部を生成する漏洩抑制部生成構造として機能する。
【００５３】
なお、図６では、電解質層１２０ｂに亀裂が発生した場合について説明したが、水素透過性金属層１１０ｂと電解質層１２０ｂとの剥離などの他の欠陥が発生した場合にも、同様に、触媒金属薄膜１５０は漏洩抑制部を生成する漏洩抑制部生成構造として機能する。
【００５４】
以上のように、第３実施例の燃料電池でも、水素の漏洩が発生したときに、水素の漏洩を抑制することができる。
【００５５】
Ｄ．第４実施例：
図７は、第４実施例における、電解質膜１００ｃの構造および水素漏洩時の水素漏洩抑制のしくみを概略的に示す説明図である。図７には電解質膜１００ｃの断面を示している。図２に示した第１実施例との違いは、漏洩抑制部生成構造の構成の点であり、その他の点は第１実施例と同じである。
【００５６】
第４実施例における電解質膜１００ｃでは、漏洩抑制部生成構造として、水素透過性金属層１１０ｃの電解質層１２０ｃ側の表面に、複数の孔を有する触媒金属層１６０が形成されている。本実施例では、水素透過性金属層１１０ｃを、厚さ５０μｍのバナジウム（Ｖ）を用いて形成しており、触媒金属層１６０を、厚さ０．１μｍのパラジウム（Ｐｄ）を用いて形成している。なお、水素透過性金属層１１０ｃおよび触媒金属層１６０の厚さは任意に設定可能である。
【００５７】
第４実施例において、図７（ａ）に示すように、電解質層１２０ｃに亀裂が発生すると、アノード側からカソード側へと水素が漏洩すると共に、カソード側に存在する空気中の酸素が亀裂内に侵入する。
【００５８】
亀裂内に侵入した酸素は、触媒金属層１６０に設けられた孔を通って水素透過性金属層１１０ｃの表面へと導かれ、水素透過性金属層１１０ｃの表面に接触する。酸素が水素透過性金属層１１０ｃの表面に接触すると、図７（ｂ）に示すように水素透過性金属層１１０ｃの酸素固溶体１１４（または酸化物）が生成される。このようにして亀裂の周辺に生成された水素透過性金属層１１０ｃの酸素固溶体１１４は水素透過性が著しく低いため、亀裂を通って水素が漏洩することを抑制することができる。このように、水素透過性金属層１１０ｃの酸素固溶体１１４は水素の漏洩を抑制する漏洩抑制部として機能し、複数の孔を有する触媒金属層１６０は漏洩抑制部を生成する漏洩抑制部生成構造として機能する。
【００５９】
なお、上記説明では、空気中の酸素によって水素透過性金属層１１０ｃの酸素固溶体１１４（または酸化物）が生成される例を用いて説明したが、空気中の窒素によって水素透過性金属層１１０ｃの窒素固溶体（または窒化物）が生成される場合もある。水素透過性金属層１１０ｃの窒素固溶体（または窒化物）も、酸素固溶体１１４と同様に水素透過性が著しく低いため、水素の漏洩を抑制する漏洩抑制部として機能する。
【００６０】
また、図７では、電解質層１２０ｃに亀裂が発生した場合について説明したが、水素透過性金属層１１０ｃと電解質層１２０ｃとの剥離などの欠陥が発生した場合にも、同様に、複数の孔を有する触媒金属層１６０は漏洩抑制部を生成する漏洩抑制部生成構造として機能する。
【００６１】
以上のように、第４実施例の燃料電池でも、水素の漏洩が発生したときに、水素の漏洩を抑制することができる。
【００６２】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態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において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。
【００６３】
Ｅ−１．変形例１：
上記第１実施例および第２実施例に示した電解質膜１００の断面上および平面上における封止部材１４０の配置は、あくまで一例であり、他の配置を採用することも可能である。図８および図９は、変形例としての電解質膜１００の断面構造を概略的に示す説明図である。図８に示すように、封止部材１４０ｄは、電解質層１２０ｄの水素透過性金属層１１０ｄとは反対側の表面に接するように配置することも可能である。また、図９に示すように、封止部材１４０ｅは、電解質層１２０ｅの厚さよりも薄く形成し、電解質層１２０ｅの水素透過性金属層１１０ｅ側の表面と電解質層１２０ｅの側面とに接するように（すなわち、電解質層１２０ｅの内部に埋め込むように）配置することも可能である。
【００６４】
また、例えば、封止部材１４０は、電解質膜１００の平面上において、電解質層１２０の端部のみに配置することも可能である。また、封止部材１４０は、必ずしも図２（ｂ）に示すように、電解質膜１００の平面上において均等に配置する必要はない。さらに、封止部材１４０の形状は、任意の形状とすることが可能である。
【００６５】
Ｅ−２．変形例２：
上記第１実施例および第２実施例では、封止部材１４０の材料としてガラスを採用した例を用いて説明したが、封止部材１４０の材料は、軟化点が燃料電池の正常運転温度の上限値よりも高い材料であれば任意に選択可能である。
【００６６】
また、封止部材１４０の材料として、軟化点を超えると軟化した後に結晶化する材料を採用することも可能である。このような材料としては、例えば、結晶化ガラスがある。このようにすれば、軟化して欠陥内に侵入した封止部材１４０を形成していた材料が、温度の低下を待たずに固体化するため、水素の漏洩を迅速に抑制することができ、好ましい。
【００６７】
Ｅ−３．変形例３：
上記第２実施例では、電解質層１２０ａ（図５）が４分割されて形成されている例を用いて説明したが、電解質層１２０ａは、任意の数に分割されていてもよい。また、電解質層１２０ａが必ずしも均等に分割される必要はない。また、分割された電解質層１２０ａのそれぞれの平面形状は任意の形状とすることが可能である。
【００６８】
また、上記第２実施例では、封止部材１４０ａを電解質層１２０ａの端部に連続的に配置しているが、封止部材１４０ａを局所的に配置することも可能である。
【００６９】
Ｅ−４．変形例４：
上記第３実施例および第４実施例では、電解質層１２０を一体として形成しているが、電解質層１２０を分割して形成することも可能である。
【００７０】
また、上記第３実施例および第４実施例では、漏洩抑制部生成構造としての触媒金属薄膜１５０または触媒金属層１６０を、水素透過性金属層１１０と電解質層１２０との界面に連続的に形成しているが、触媒金属薄膜１５０または触媒金属層１６０を電解質層１２０の端部のみに形成することも可能である。
【００７１】
Ｅ−５．変形例５：
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の態様での実施が可能である。例えば、上述の各実施の形態を組み合わせた態様で実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池の構成を概略的に示す説明図。
【図２】第１実施例における電解質膜の構造を概略的に示す説明図。
【図３】第１実施例における電解質膜の生成工程を示す説明図。
【図４】第１実施例における水素漏洩時の水素漏洩抑制のしくみを概略的に示す説明図。
【図５】第２実施例における電解質膜の構造を概略的に示す説明図。
【図６】第３実施例における電解質膜の構造および水素漏洩時の水素漏洩抑制のしくみを概略的に示す説明図。
【図７】第４実施例における電解質膜の構造および水素漏洩時の水素漏洩抑制のしくみを概略的に示す説明図。
【図８】変形例としての電解質膜の断面構造を概略的に示す説明図。
【図９】変形例としての電解質膜の断面構造を概略的に示す説明図。
【符号の説明】
【００７３】
１０...セル
１００...電解質膜
１１０...水素透過性金属層
１１２...合金
１１４...酸素固溶体
１２０...電解質層
１３０...カソード電極
１４０...封止部材
１５０...触媒金属薄膜
１６０...触媒金属層
２００...セパレータ
【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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