(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜と、
前記電解質膜上に積層された触媒層と、
前記触媒層から見て前記電解質膜とは反対側に配置されたガス拡散層と、
前記電解質膜のうち前記触媒層が積層されていない領域を覆うと共に、前記触媒層と重なる重なり部を有する前記電解質膜用の保護フィルムと、
前記ガス拡散層と対向して配置されるセパレータと、
を備え、
前記セパレータと前記ガス拡散層とのうちの少なくとも一方が、前記重なり部に対応する対応領域において、前記対応領域を除く他の領域に比べて積層方向の厚みが小さくなるように構成されており、
前記電解質膜と、前記触媒層と、前記保護フィルムと、前記ガス拡散層とは、膜電極接合体として構成されており、
前記保護フィルムは、前記触媒層と前記電解質膜とが積層されている領域において、前記電解質膜に接しておらず、
前記セパレータは、前記対応領域において、前記対応領域を除く他の領域に比べて積層方向の厚みが小さくなるように構成されており、
前記対応領域は、凹状の曲面により構成されている、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜を保護するための保護フィルムを備える燃料電池を構成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、膜電極複合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、セパレータとを積層して積層方向に締結する、いわゆるスタック構造の燃料電池が開発されている（下記特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１６４２４号公報
【特許文献２】特開２００６−２１００２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池に用いられるＭＥＡとして、電解質膜と、電解質膜上に配置された触媒層と、触媒層上に配置された多孔質体のガス拡散層と、電解質膜を保護するための保護フィルムとを備えるものがある。
【０００５】
図５は、従来における保護フィルムを備えたＭＥＡの断面の一例を示す説明図である。このＭＥＡ５００は、電解質膜５１０と、触媒層５１１と、ガス拡散層５２０と、保護フィルム５４０と、を備えている。なお、ＭＥＡ５００の縁を囲むようにガスケット５５０が配置されている。触媒層５１１は、電解質膜５１０の各面（アノード面及びカソード面）の中央部分に配置されている。保護フィルム５４０は、厚みの小さな電解質膜５１０を保護するためのフィルムである。この保護フィルム５４０は、電解質膜５１０のうち触媒層５１１の配置されていない端部分を覆うように配置されている。ガス拡散層５２０は、例えば、カーボンペーパーなどの多孔質体をガス拡散層５２０上に圧着して構成される。
【０００６】
ここで、保護フィルム５４０は、触媒層５１１と重なる重なり部分５３５を形成するように配置されている。これは、保護フィルム５４０を配置する際の製造マージンや、燃料電池稼動時に電解質膜５１０が水平方向に伸張しても電解質膜を保護できるようにするため等の理由による。この重なり部分５３５では、触媒層５１１と電解質膜５１０と保護フィルム５４０とが積層している。したがって、多孔質体をガス拡散層５２０上に圧着すると、ガス拡散層５２０において他の部分よりも積層方向に突出した凸部５２５が形成されることとなる。
【０００７】
このようなＭＥＡ５００にセパレータ（図示省略）を積層して締結荷重を加えると、突出した凸部５２５に大きな荷重が掛かり、他の部分には十分に荷重が掛からないこととなる。そこで、凸部５２５以外の部分にも十分な荷重を掛けようとすると、燃料電池全体として非常に大きな荷重（締結力）が必要となるという問題があった。また、大きな力でＭＥＡ５００とセパレータとを締結した場合、他の部分よりも突出した凸部５２５に非常に大きな荷重が掛かってしまい、凸部５２５においてＭＥＡ５００が損傷するおそれもあった。なお、上記の問題は、ガス拡散層がＭＥＡの一部として構成されておらず、ＭＥＡとは異なる他の部材としてＭＥＡの上に積層される場合においても発生し得る。
【０００８】
本発明は、電解質膜を保護するための保護シートを備える燃料電池において、燃料電池を構成する各部材を積層方向に締結するための荷重が非常に大きくなってしまうこと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】
【０００９】
前述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜上に積層された触媒層と、前記触媒層から見て前記電解質膜とは反対側に配置されたガス拡散層と、前記電解質膜のうち前記触媒層が積層されていない領域を覆うと共に、前記触媒層と重なる重なり部を有する前記電解質膜用の保護フィルムと、前記ガス拡散層と対向して配置されるセパレータと、を備え、前記セパレータと前記ガス拡散層とのうちの少なくとも一方が、前記重なり部に対応する対応領域において、前記対応領域を除く他の領域に比べて積層方向の厚みが小さくなるように構成されていることを要旨とする。
【００１０】
本発明の燃料電池は、セパレータとガス拡散層とのうちの少なくとも一方が、重なり部に対応する領域において他の領域に比べて積層方向の厚みが小さいので、燃料電池を構成する際に、セパレータとガス拡散層とを比較的広い領域で当接させることができ、締結荷重が非常に大きくなってしまうことを抑制することができる。また、セパレータとガス拡散層とを比較的広い範囲で当接させることができるので、ガス拡散層における対応領域に非常に大きな力が集中することを抑制することができ、この対応領域において、ガス拡散層や電解質膜などが損傷することを抑制することができる。
【００１１】
上記燃料電池において、前記電解質膜と、前記触媒層と、前記保護フィルムと、前記ガス拡散層とは、膜電極接合体として構成されているようにしてもよい。
【００１２】
このような構成とすることで、燃料電池を構成する際に、膜電極接合体とセパレータとを比較的広い範囲で当接させることができる。また、重なり部において膜電極接合体が損傷することを抑制することができる。
また、本発明の燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜上に積層された触媒層と、前記触媒層から見て前記電解質膜とは反対側に配置されたガス拡散層と、前記電解質膜のうち前記触媒層が積層されていない領域を覆うと共に、前記触媒層と重なる重なり部を有する前記電解質膜用の保護フィルムと、前記ガス拡散層と対向して配置されるセパレータと、を備え、前記セパレータと前記ガス拡散層とのうちの少なくとも一方が、前記重なり部に対応する対応領域において、前記対応領域を除く他の領域に比べて積層方向の厚みが小さくなるように構成されており、前記電解質膜と、前記触媒層と、前記保護フィルムと、前記ガス拡散層とは、膜電極接合体として構成されており、前記保護フィルムは、前記触媒層と前記電解質膜とが積層されている領域において、前記電解質膜に接しておらず、前記セパレータは、前記対応領域において、前記対応領域を除く他の領域に比べて積層方向の厚みが小さくなるように構成されており、前記対応領域は、凹状の曲面により構成されていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良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の実施例：
Ｂ．第２の実施例：
Ｃ．変形例：
【００１４】
Ａ．第１の実施例：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池の分解斜視図である。この燃料電池２０は、シール一体型ＭＥＡ２１と、セパレータ２５とが交互に積層された構成を有している。なお、燃料電池２０では、シール一体型ＭＥＡ２１とセパレータ２５とが積層方向（上下方向）に複数積層しているが、図１では、図示の便宜上、ＭＥＡ２１とセパレータ２５とを、それぞれ１つずつ記載している。
【００１５】
セパレータ２５は、アノード対向プレート２２と、中間プレート２３と、カソード対向プレート２４とを備えている。アノード対向プレート２２は、シール一体型ＭＥＡ２１のアノード面に対向して配置されている。また、カソード対向プレート２４は、図面下方において隣接するシール一体型ＭＥＡ（図示省略）のカソード面に対向して配置されている。中間プレート２３は、これらアノード対向プレート２２及びカソード対向プレート２４に挟持されている。
【００１６】
アノード対向プレート２２は、燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａを備えている。また、アノード対向プレート２２は、燃料ガス排出マニホールド形成部２２１ｂと、酸化剤ガス供給マニホールド形成部２２２ａと、酸化剤ガス排出マニホールド形成部２２２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部２２３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２２３ｂとを備えている。これらの各マニホールド形成部２２１ａ，２２１ｂ，２２２ａ，２２２ｂ，２２３ａ，２２３ｂは、アノード対向プレート２２を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。さらに、アノード対向プレート２２は、シール一体型ＭＥＡ２１におけるＭＥＡ５０と対向する領域に、複数個の燃料ガス供給孔２２５と、複数個の燃料ガス排出孔２２６とを備えている。これら燃料ガス供給孔２２５と燃料ガス排出孔２２６とは、アノード対向プレート２２を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。
【００１７】
カソード対向プレート２４は、アノード対向プレート２２と同じ位置に燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａを備えている。また、カソード対向プレート２４は、燃料ガス排出マニホールド形成部２４１ｂと、酸化剤ガス供給マニホールド形成部２４２ａと、酸化剤ガス排出マニホールド形成部２４２ｂと、冷却媒体供給形成部マニホールド２４３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２４３ｂとを備えている。これらの各マニホールド形成部２４１ａ，２４１ｂ，２４２ａ，２４２ｂ，２４３ａ，２４３ｂは、カソード対向プレート２４を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。さらに、カソード対向プレート２４は、複数個の酸化剤ガス供給孔２４５と、複数個の酸化剤ガス排出孔２４６と、を備えている。これら酸化剤ガス供給孔２４５及び複数個の酸化剤ガス排出孔２４６はカソード対向プレート２４を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。
【００１８】
中間プレート２３は、アノード対向プレート２２及びカソード対向プレート２４と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａを備えている。同様に、中間プレート２３は、燃料ガス排出マニホールド形成部２３１ｂと、酸化剤ガス供給マニホールド形成部２３２ａと、酸化剤ガス排出マニホールド形成部２３２ｂとを備えている。これらの各マニホールド形成部２３１ａ，２３１ｂ，２３２ａ，２３２ｂは、中間プレート２３を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。また、中間プレート２３は、燃料ガス供給流路形成部２３５と、燃料ガス排出流路形成部２３６と、酸化剤ガス供給流路形成部２３７と、酸化剤ガス排出流路形成部２３８とを備えている。燃料ガス供給流路形成部２３５は、複数の長孔で構成されており、各長孔の一端は燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａと連通し、他端はアノード対向プレート２２に形成された燃料ガス供給孔２２５と連通している。なお、他の流路形成部２３６〜２３８も同様に構成されている。さらに、中間プレート２３は、中間プレートを縦断する長孔の冷却媒体流路形成部２３９を複数個備えている。上述した中間プレート２３における各流路形成部２３５〜２３９は、中間プレート２３を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。
【００１９】
以上説明した各プレート２２，２３，２４は、いずれもチタン合金やステンレス（ＳＵＳ）等の金属製の薄板に上述した各貫通部を形成することにより製作することができる。
【００２０】
シール一体型ＭＥＡ２１は、ＭＥＡ５０と、ＭＥＡ５０を囲むガスケット５１とを備えている。ガスケット５１は、上述したアノード対向プレート２２及びカソード対向プレート２４と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２１１ａを備えている。同様に、ガスケット５１は、燃料ガス排出マニホールド形成部２１１ｂと、酸化剤ガス供給マニホールド形成部２１２ａと、酸化剤ガス排出マニホールド形成部２１２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部２１３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２１３ｂとを備えている。これらの各マニホールド形成部２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂは、ガスケット５１を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。なお、ガスケット５１としては、例えば、シリコンゴムやブチルゴム等の樹脂材料で形成することができる。
【００２１】
ＭＥＡ５０のカソード面（表側）には、縁に近い位置に縁に沿って凸部７１ｃが形成されている。この凸部７１ｃは、ＭＥＡ５０のカソード面における他の部分よりも上方に若干突出している。同様に、ＭＥＡ５０のアノード面（裏側）にも凸部７１ａが形成されている。この凸部７１ａは、凸部７１ｃと同様にＭＥＡ５０のアノード面における他の部分よりも下方に若干突出している。なお、これら２つの凸部７１ｃ，７１ａは、積層方向に沿った方向から見て同じ位置となるように形成されている。
【００２２】
アノード対向プレート２２のシール一体型ＭＥＡ２１と対向する面（表側）には、シール一体型ＭＥＡ２１の凸部７１ａに対応する位置に、凹部７４ａが形成されている。この凹部７４ａは、アノード対向プレート２２におけるシール一体型ＭＥＡ２１と対向する面の他の部分に比べて厚みが若干小さくなっている。なお、アノード対向プレート２２の中間プレート２３と対向する面（裏側）には、凹部は形成されていない。
【００２３】
同様に、カソード対向プレート２４の裏側、すなわち、カソード対向プレート２４の下方に隣接するシール一体型ＭＥＡ（図示省略）と対向する面には、凹部７４ｃが形成されている。この凹部７４ｃは、凹部７４ａと同様に、他の部分に比べて厚みが若干小さくなっている。そして、この凹部７４ｃは、図示せざるシール一体型ＭＥＡが有するカソード面に形成された凸部７１ｃ（図示省略）に対応する位置に形成されている。なお、本実施例において、上述した凹部７４ａ，７４ｃは、請求項における対応領域に相当する。
【００２４】
図２は、図１に示すＡ−Ａ断面を示す説明図である。シール一体型ＭＥＡ２１において、ＭＥＡ５０は、ガス拡散層も含んで一体化されたいわゆるＭＥＧＡ（Membrane-Electrode-Gas diffusion layer Assembly：膜−電極−拡散層アッセンブリ）として構成されている。具体的には、ＭＥＡ５０は、電解質膜２１ｂと、アノード側ガス拡散層２１ａと、カソード側ガス拡散層２１ｃと、を備えている。アノード側ガス拡散層２１ａは、下側のセパレータ２５と対向して配置され、また、カソード側ガス拡散層２１ｃは、上側のセパレータ２５と対向して配置されている。なお、電解質膜２１ｂとしては、例えば、フッ素樹脂系イオン交換膜であるNafion（登録商標）やFlemion（登録商標）やAciplex（登録商標）等を用いることができる。また、２つの拡散層２１ａ，２１ｃとしては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスなどを用いることができる。
【００２５】
シール一体型ＭＥＡ２１が備える燃料ガス供給マニホールド形成部２１１ａと、セパレータ２５が備える燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａ，２３１ａ，２４１ａと、によって、燃料ガス供給マニホールド３１ａが形成されている。同様に、シール一体型ＭＥＡ２１が備える酸化剤ガス供給マニホールド形成部２１２ａと、セパレータ２５が備える酸化剤ガス供給マニホールド形成部２２２ａ，２３２ａ，２４２ａと、によって酸化剤ガス供給マニホールド３１ｂが形成されている。
【００２６】
また、中間プレート２３における貫通部である燃料ガス供給流路形成部２３５と、アノード対向プレート２２と、カソード対向プレート２４とで囲まれた空間（以下、「燃料ガス供給流路」と呼ぶ）２５５が形成されている。この燃料ガス供給路２５５の一端は、燃料ガス供給孔２２５と連通し、他端は燃料ガス供給マニホールド３１ａと連通している。
【００２７】
同様に、酸化剤ガス供給流路形成部２３７と、アノード対向プレート２２と、カソード対向プレート２４とで囲まれた空間（以下、「酸化剤ガス供給流路」と呼ぶ）２５７が形成されている。この酸化剤ガス供給流路２５７の一端は、酸化剤ガス供給孔２４５と連通し、他端は酸化剤ガス供給マニホールド３１ｂと連通している。
【００２８】
燃料ガス供給マニホールド３１ａを通って供給される燃料ガス（例えば水素ガスなど）の一部は、下側のセパレータ２５の中間プレート２３において燃料ガス供給路２５５に流入し、燃料ガス供給孔２２５を通ってシール一体型ＭＥＡ２１のアノード側ガス拡散層２１ａに供給される。そして、アノード側ガス拡散層２１ａにおいて燃料ガスは拡散され、アノード電極（図示省略）において電気化学反応に用いられる。
【００２９】
一方、酸化剤ガス供給マニホールド３１ｂを通って供給される酸化剤ガス（例えば空気など）の一部は、上側のセパレータ２５の中間プレート２３において燃料ガス供給流路２５７に流入し、酸化剤ガス供給孔２４５を通ってシール一体型ＭＥＡ２１のカソード側ガス拡散層２１ｃに供給される。そして、カソード側ガス拡散層２１ｃにおいて酸化剤ガスは拡散され、カソード電極（図示省略）において電気化学反応に用いられる。
【００３０】
以上は、燃料ガス及び酸化剤ガスがシール一体型ＭＥＡ２１に供給される際の動作であったが、燃料ガス及び酸化剤ガスがシール一体型ＭＥＡ２１から排出される際の動作も同様である。例えば、燃料ガスの排出動作は以下のごとくである。シール一体型ＭＥＡ２１において電気化学反応に用いられずに残った燃料ガスは、シール一体型ＭＥＡ２１に設けられた燃料ガス排出孔２２６（図１）と、この燃料ガス排出孔２２６に連通する燃料ガス排出流路形成部２３６とを通って燃料ガス排出マニホールドに排出される。ここで、燃料ガス排出マニホールドは、シール一体型ＭＥＡ２１が備える燃料ガス排出マニホールド形成部２１１ｂと、セパレータ２５が備える燃料ガス排出マニホールド形成部２２１ｂ，２３１ｂ，２４１ｂと、によって形成されている。
【００３１】
図３は、図２に示す領域Ｘの詳細構成を示す説明図である。シール一体型ＭＥＡ２１は、ＭＥＡ５０と、ＭＥＡ５０の縁部分に配置されたガスケット２１ｙと、を備えている。ＭＥＡ５０は、上述した電解質膜２１ｂとアノード側ガス拡散層２１ａとカソード側ガス拡散層２１ｃとの他に、アノード側触媒層６０ａと、カソード側触媒層６０ｃと、アノード側保護フィルムｆａと、カソード側保護フィルムｆｃと、を備えている。アノード側触媒層６０ａは、電解質膜２１ｂのアノード面（下側面）上に形成されている。同様に、カソード側触媒層６０ｃは、電解質膜２１ｂのカソード面（上側面）上に形成されている。これら触媒層６０ａ，６０ｂとしては、たとえば、白金担持カーボン等を用いることができる。
【００３２】
アノード側保護フィルムｆａは、電解質膜２１ｂのアノード側触媒層６０ａが形成されていない領域（以下、「触媒層未形成領域」と呼ぶ）９０のアノード面において、電解質膜２１ｂを覆うように配置されている。同様に、カソード側保護フィルムｆｃは、触媒層未形成領域９０のカソード面において電解質膜２１ｂを覆うように配置されている。これら２つの保護フィルムｆａ，ｆｂは、触媒層６０ａ，６０ｃが形成されておらず、電解質膜２１ｂがむき出しとなった触媒層未形成領域９０における強度を増すためのものである。２つの保護フィルムｆａ，ｆｂとしては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムや、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルムや、ＰＩ（ポリイミド）フィルムなどを用いることができる。
【００３３】
ここで、アノード側保護フィルムｆａは、触媒層未形成領域９０のアノード面を覆うと共に、その一部はアノード側触媒層６０ａをも覆っている。これは、アノード側保護フィルムｆａを配置する際の製造マージンや、燃料電池２０の稼動時において電解質膜２１ｂが水平方向に伸張した場合でも触媒層未形成領域９０を保護することができるようにするためである。同様に、カソード側保護フィルムｆｃは、触媒層未形成領域９０のカソード面側を覆うと共に、その一部はカソード側触媒層６０ｃをも覆っている。したがって、ＭＥＡ５０において、電解質膜２１ｂと、２つの触媒層６０ａ，６０ｂと、２つの保護フィルムｆａ，ｆｃとが重なった部分（以下、「重なり部」と呼ぶ）８０が形成されている。この重なり部８０は、他の部分に比べて積層方向の厚みが大きい。したがって、ガス拡散層２１ａ，２１ｃにおいて重なり部８０に対応する部分では、他の部分に比べて盛り上がって形成される。具体的には、アノード側については、重なり部８０に対応する部分において凸部７１ａ（図１も併せて参照）が形成されている。また、カソード側については、重なり部８０に対応する部分において凸部７１ｃ（図１も併せて参照）が形成されている。なお、これら２つの凸部７１ａ，７１ｃが他の部分に比べて積層方向に突出した長さは、例えば、数１０μｍ程度となる。
【００３４】
ここで、下側のセパレータ２５のアノード対向プレート２２において、前述の凸部７１ａに対応する位置には凹部７４ａが形成されている。この凹部７４ａは、他の部分に比べて厚みが若干小さくなるように形成されている。凹部７４ａは、例えば、金属製の薄板において、該当する部分を削ることによって形成することができる。図３の例では、シール一体型ＭＥＡ２１と下側のセパレータ２５とが積層された状態において、凸部７１ａと凹部７４ａとは表面の形状が一致して互いに隙間なく当接している。それと共に、アノード側ガス拡散層２１ａにおいて凸部７１ａを除くその他の部分と、アノード対向プレート２２において凹部７４ａを除くその他の部分とも互いに当接している。同様に、上側のセパレータ２５のカソード対向プレート２４において、前述の凸部７１ｃに対応する位置には凹部７４ｃが形成されている。そして、凸部７１ｃと凹部７４ｃとは互いに隙間なく当接し、また、カソード側ガス拡散層２１ｃにおいて凸部７１ｃを除くその他の部分と、カソード対向プレート２４において凹部７４ｃを除くその他の部分とは、互いに当接している。
【００３５】
以上説明したように、燃料電池２０では、重なり部８０に起因してアノード側ガス拡散層２１ａにおいて凸部７１ａが生じているが、アノード対向プレート２２に凹部７４ａを設けているので、アノード対向プレート２２とアノード側ガス拡散層２１ａとは、互いに面全体で当接することとなる。またカソード側においてもアノード側とほぼ同じ構成となっており、カソード対向プレート２４とカソード側ガス拡散層２１ｃとは、互いに面全体で当接することとなる。したがって、シール一体型ＭＥＡ２１とセパレータ２５とを積層して締結する際に面全体に荷重を掛けることができるので、締結するための荷重が非常に大きくなってしまうことを抑制することができる。また、シール一体型ＭＥＡ２１において、凸部７１ａ，７１ｃに締結荷重が集中することを避けることができるので、重なり部８０においてＭＥＡ５０が損傷することを抑制することができる。
【００３６】
Ｂ．第２の実施例：
図４は、第２の実施例における燃料電池の断面の詳細を示す説明図である。なお、図４では、図３と同じ位置の領域（領域Ｘ）を示している。第２の実施例における燃料電池は、以下の２点において燃料電池２０（図１〜図３）と異なり、他の構成は第１の実施例と同じである。すなわち、ガス拡散層において重なり部８０に対応する部分が他の部分に比べて突出していない点と、セパレータ２５ａにおいて重なり部８０に対応する部分に凹部が形成されていない点とが、本実施例の燃料電池と燃料電池２０（第１の実施例）との相違点である。
【００３７】
第２の実施例のＭＥＡ５０ａが有するアノード側ガス拡散層２１ｄにおいて、重なり部８０に対応する部分（以下、「重なり対応部」と呼ぶ）７１ｄは、他の部分に比べて厚みが若干小さくなるように構成されている。具体的には、重なり対応部７１ｄの厚みはｈ２であり、その他の部分の厚みｈ１は、厚みｈ２よりも大きい。このように厚みの差を設けることで、重なり対応部７１ｄの上面の高さ（電解質膜２１ｂの位置を基準とした積層方向の長さ）と、その他の部分の上面の高さとはほぼ同じとなっている。
【００３８】
このような構成のアノード側ガス拡散層２１ｄは、例えば、以下のようにして形成することができる。すなわち、ＭＥＡ５０ａの製造工程において、アノード側ガス拡散層２１ｄの材料となる多孔質体を触媒層６０ａの上に配置した後に、その多孔質体の表面に撥水材を塗布する。このとき、重なり部８０に対応する部分には他の部分に比べて塗布する撥水材の量を少なくする。そうすると、上述したように、重なり対応部７１ｄは他の部分に比べて厚みが小さく構成される。また、例えば、多孔質体を圧着する際に、重なり部分に対応する部分により大きな荷重を加えたり、より長時間圧着したりすることによって、重なり対応部７１ｄを他の部分に比べて厚みが小さくなるように構成することもできる。
【００３９】
カソード側についても同様な構成となっており、カソード側ガス拡散層２１ｅにおいて、重なり部８０に対応する重なり対応部７１ｅは、他の部分に比べて厚みが小さくなるように構成されている。そして、重なり対応部７１ｅの上面の高さと、その他の部分の上面の高さとはほぼ同じとなっている。なお、カソード側ガス拡散層２１ｅの形成方法は、アノード側ガス拡散層２１ｄと同様である。
【００４０】
セパレータ２５ａにおいて、アノード対向プレート２２ａには、第１の実施例のアノード対向プレート２２（図３）と異なり、重なり対応部７１ｄと対向する部分において凹部が設けられていない。同様に、カソード対向プレート２４ａには、重なり対応部７１ｅと対向する部分において凹部が設けられていない。なお、本実施例において、上述した重なり対応部７１ｄ，７１ｅは、請求項における対応領域に相当する。
【００４１】
以上の構成を有する第２の実施例の燃料電池では、ガス拡散層２１ｄ，２１ｅにおいて、重なり部８０に対応する部分が他の部分に比べて突出しないように構成されている。したがって、アノード対向プレート２２ａとアノード側ガス拡散層２１ｄとは、互いにほぼ面全体で当接することとなり、また、カソード対向プレート２４ａとカソード側ガス拡散層２１ｅとも、互いにほぼ面全体で当接することとなる。したがって、第２の実施例の燃料電池も第１の実施例の燃料電池２０と同様な効果を奏する。
【００４２】
Ｃ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、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。
【００４３】
Ｃ１．変形例１：
上述した第１の実施例では、セパレータ２５において重なり部８０に対応する部分の厚みが他の部分の厚みに比べて小さくなるように構成されており、ガス拡散層２１ａ，２１ｃにおいて重なり部８０に対応する部分（凸部７１ａ，７１ｃ）の厚みは他の部分の厚みとほぼ同一であった。また、第２の実施例では、ガス拡散層２１ｄ，２１ｅにおいて重なり部８０に対応する部分（重なり対応部７１ｄ，７１ｅ）の厚みが他の部分の厚みに比べて小さくなるように構成されており、セパレータ２５ａにおいて重なり部８０に対応する部分の厚みは他の部分の厚みと同一であった。本発明は、これらに限定されるものではなく、セパレータとガス拡散層とのいずれにおいても、重なり部８０に対応する部分の厚みが他の部分の厚みに比べて小さくなるように構成することもできる。このような構成においても、重なり部８０に対応する部分に大きな締結荷重が集中してしまうことを抑制することができる。
【００４４】
Ｃ２．変形例２：
上述した各実施例では、シール一体型ＭＥＡ２１は、ガス拡散層も含んで一体に構成された、いわゆるＭＥＧＡ（膜−電極−拡散層アッセンブリ）として構成されていたが、これに代えて、ガス拡散層を別の部材とした、いわゆる膜−電極アッセンブリとして構成することもできる。この場合、第２の実施例については、ガス拡散層用の部材（カーボンペーパーや金属多孔質体等）において、予め重なり部８０に対応する部分の厚みを他の部分に比べて小さくなるように加工しておき、各部材（ＭＥＡとガス拡散層用部材とセパレータと）を積層して燃料電池を製造することもできる。
【００４５】
Ｃ３．変形例３：
上述した各実施例では、セパレータ２５，２５ａは３枚のプレート２３，２４（２４ａ），２５（２５ａ）を重ね合わせた３層構造を有するものであったが、これに代えて、１枚や２枚または４枚など、任意の数のプレートで構成することもできる。このような構成であっても、ガス拡散層２１ａ，２１ｃと対向するプレートにおいて、ガス拡散層２１ａ，２１ｃ上に形成された凸部７１ａ，７１ｃと対向する部分に凹部を形成することで、第１の実施例の燃料電池２０と同じ効果を得ることができる。
【００４６】
Ｃ４．変形例４：
上述した各実施例では、２つの保護フィルムｆａ，ｆｃは、重なり部８０において、それぞれ触媒層６０ａ，６０ｃの上に重なるように構成されていたが、これに代えて、保護フィルムｆａ，ｆｃの上に触媒層６０ａ，６０ｃが重なる構成とすることもできる。すなわち、シール一体型ＭＥＡとして、電解質膜２１ｂの端部分に保護フィルムｆａ，ｆｃを配置した後に触媒層６０ａ，６０ｃを形成して製造したＭＥＡを、本発明の燃料電池に用いることもできる。
【００４７】
Ｃ５．変形例５：
上述した各実施例では、燃料電池２０は、シール一体型ＭＥＡ２１とセパレータ２５とが複数積層して構成されていたが、これに代えて、１つのシール一体型ＭＥＡ２１と、このシール一体型ＭＥＡ２１を挟んで配置された２つのセパレータ２５とで構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池の分解斜視図。
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面を示す説明図。
【図３】図２に示す領域Ｘの詳細構成を示す説明図。
【図４】第２の実施例における燃料電池の断面の詳細を示す説明図。
【図５】従来における保護フィルムを備えたＭＥＡの断面の一例を示す説明図。
【符号の説明】
【００４９】
２０…燃料電池
２１…シール一体型ＭＥＡ
２１ａ，２１ｄ…アノード側ガス拡散層
２１ｂ…電解質膜
２１ｃ，２１ｅ…カソード側ガス拡散層
２１ｙ…ガスケット
２２，２２ａ…アノード対向プレート
２３…中間プレート
２４，２４ａ…カソード対向プレート
２５，２５ａ…セパレータ
３１ａ…燃料ガス供給マニホールド
３１ｂ…酸化剤ガス供給マニホールド
５０…ＭＥＡ
５１…ガスケット
６０ａ…アノード側触媒層
６０ｃ…カソード側触媒層
７１ａ，７１ｃ…凸部
７１ｄ，７１ｅ…重なり対応部
７４ａ，７１ｃ…凹部
８０…重なり部分
９０…触媒層未形成領域
２１１ａ，２２１ａ，２３１ａ，２４１ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
２１１ｂ，２２１ｂ，２３１ｂ，２４１ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
２１２ａ，２２２ａ，２３２ａ，２４２ａ…酸化剤ガス供給マニホールド形成部
２１２ｂ，２２２ｂ，２３２ｂ，２４２ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド形成部
２１３ａ，２２３ａ，２４３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
２１３ｂ，２２３ｂ，２４３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
２２５…燃料ガス供給孔
２２６…燃料ガス排出孔
２３９…冷却媒体流路形成部
２３５…燃料ガス供給流路形成部
２３６…燃料ガス排出流路形成部
２３７…酸化剤ガス供給流路形成部
２３８…酸化剤ガス排出流路形成部
２４５…酸化剤ガス供給孔
２４６…酸化剤ガス排出孔
２５５…燃料ガス供給流路
２５７…酸化剤ガス供給流路
ＭＥＡ２１…シール一体型
Ｘ…領域
ｆａ…アノード側保護フィルム
ｆｃ…カソード側保護フィルム
【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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