(57)【要約】      （修正有）【課題】膜−電極接合体内に生じる力学的ストレスを緩和させた燃料電池を提供する。【解決手段】電解質膜１と当該電解質膜の両面に設けられた一対の電極４ａ，４ｂとを有する膜−電極接合体、及び、前記電極に反応ガスを供給する流路５ａ，５ｂを備える燃料電池であって、前記電解質膜上の前記流路が分布する領域は、扁平な２次元形状を有すると共に、当該扁平な２次元形状に外接する仮想的な長方形のうち、最も面積が小さいものの長辺が延在する方向を長手方向、当該長手方向と直角に交わる方向を短手方向としたときに、当該長手方向に対して略直角方向に伸びる尾根状の凸部と谷状の凹部が交互に且つ互いに平行に並び、当該電解質膜の２次元方向への膨張を吸収する凹凸形状を有することを特徴とする燃料電池。【選択図】図２
2007157573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と当該電解質膜の両面に設けられた一対の電極とを有する膜−電極接合体、及び、前記電極に反応ガスを供給する流路を備える燃料電池であって、
前記電解質膜上の前記流路が分布する領域は、扁平な２次元形状を有すると共に、当該扁平な２次元形状に外接する仮想的な長方形のうち、最も面積が小さいものの長辺が延在する方向を長手方向、当該長手方向と直角に交わる方向を短手方向としたときに、当該長手方向に対して略直角方向に伸びる尾根状の凸部と谷状の凹部が交互に且つ互いに平行に並び、当該電解質膜の２次元方向への膨張を吸収する凹凸形状を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記電解質膜の凹凸形状は、当該電解質膜の２次元方向への膨張収縮を吸収する凹凸形状である請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記電解質膜の２次元方向に対する前記凹部及び前記凸部の傾斜角度θが、０°＜θ≦６０°である、請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記電解質膜の２次元方向に対する前記凹部及び前記凸部の傾斜角度θが、当該電解質膜上の前記流路が分布する領域の短手方向の長さ／長手方向の長さ＝ｃｏｓθ１を満たすθ１に対して、
０°＜θ１≦６０°のとき０．９θ１≦θ≦１．１θ１
である、請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記電解質膜の２次元方向に対する前記凹部及び前記凸部の傾斜角度θが、当該電解質膜上の前記流路が分布する領域の短手方向の長さ／長手方向の長さ＝ｃｏｓθ１を満たすθ１に対して、
０°＜θ１≦６０°のときθ＝θ１、
６０°＜θ１＜９０°のときθ＝６０°
である、請求項４に記載の燃料電池。
【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。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料と酸化剤を電気的に接続された２つの電極に供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。火力発電とは異なり、カルノーサイクルの制約を受けないので、高いエネルギー変換効率を示す。燃料電池は、通常、電解質膜を燃料極及び酸化剤極で挟持した基本構造を有する単セルを複数積層して構成されており、中でも、電解質膜として固体高分子電解質膜を用いた固体高分子電解質型燃料電池は、小型化が容易であること、低い温度で作動すること、などの利点があることから、特に携帯用、移動体用電源として注目されている。
【０００３】
固体高分子電解質型燃料電池において、各電極は、通常、電解質膜側から順に、下記（１）式又は（２）式の反応の場となる触媒層、触媒層への反応ガス（燃料、酸化剤）の拡散性を向上させるためのガス拡散層が積層した構造を有している。さらに、これら電極の外側には、集電体の役割を兼ねているセパレータが設けられ、単セルを形成している。セパレータには、燃料極に燃料ガス、酸化剤に酸化剤ガスをそれぞれ供給するためのガス流路が形成されている。
【０００４】
固体高分子電解質型燃料電池では、水素を燃料とした場合、燃料極では（１）式の反応が進行する。
Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−    ・・・（１）
（１）式で生じる電子は、外部回路を経由し、外部の負荷で仕事をした後、酸化剤極に到達する。そして、（１）式で生じたプロトンは、水と水和した状態で、固体高分子電解質膜内を燃料極側から酸化剤極側に移動する。
【０００５】
一方、酸素を酸化剤とした場合、酸化剤極では（２）式の反応が進行する。
４Ｈ＋  ＋  Ｏ２  ＋  ４ｅ−  →  ２Ｈ２Ｏ    ・・・（２）
【０００６】
上述したように、燃料極で発生したプロトンは、水を伴って電解質膜内を燃料極側から酸化剤極側へと移動するため、電解質膜は湿潤状態を保つ必要がある。このような理由から電池運転時の電解質膜は湿潤状態を保持され、その結果膨張する。一方、電池停止時には、電解質膜は低湿潤状態（典型的には乾燥状態）となり収縮する。このように、電解質膜が単セル内に組み込まれた状態で湿潤膨張と乾燥収縮による寸法変化を繰り返すことによって、膜−電極接合体には力学的ストレスが生じ、電極の電解質膜からの剥がれ、電解質膜及び触媒層のシワや割れ等の発生を招く。その結果、単セル内の接触抵抗が増加し、燃料電池の発電性能の低下や耐久性の低下を引起こす。
【０００７】
特に、高温域、低加湿条件下での高イオン伝導性を目指した高イオン交換容量（低ＥＷ）の電解質膜や、自動車用燃料電池等サイズの大きなセルに用いられる電解質膜は、湿潤状態において膨張しやすいため寸法変化量が大きく、これに伴って生じる力学的ストレスも大きい。
【０００８】
このような電解質膜の寸法変化に伴う燃料電池の性能低下を防止する方法としては、補強層等を設けることにより電解質膜の寸法変化を少なくする方法等が挙げられるが、補強層を設けることによるコストアップや補強層−電解質膜界面の剥離等の問題が新たに生じている。
【０００９】
また、特許文献１には、高分子膜の一方の面上に燃料極、他方の面上に空気極をそれぞれ積層して構成した膜−電極接合体において、燃料極、高分子膜、空気極の全ての層にわたって、積層面と垂直方向に凹凸を有するエンボス形状、又は、積層面と垂直方向に波打つ蛇腹形状を、規則的に形成した高分子電解質型燃料電池が記載されている。この燃料電池は、膜−電極接合体のエンボス形状又は蛇腹形状によって、膜−電極接合体の２次元方向への膨張収縮を吸収するものである。
【００１０】
また、特許文献１のように膜−電極接合体の積層方向に凹凸構造を有するものとして、特許文献２に記載の燃料電池がある。この燃料電池は、セパレータが平板であり、且つ、当該セパレータに挟まれている膜−電極接合体が波状に保持されているものである。しかし、特許文献２の技術は、溝を有しない平板のセパレータを用いることで単セルの薄肉化と軽量化を図り、且つ、膜−電極接合体を波型に保持することによって流路を流れる反応ガスと膜−電極接合体との接触面積を大きくするものであり、膜−電極接合体の膨張収縮に対する効果については、何も示されていない。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１３９７８３号公報
【特許文献２】特開２００４−１８５９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者は、その外面に反応ガス流路が設けられた膜−電極接合体において、電解質膜上の前記流路が分布する領域（以下、電解質膜の流路分布領域ということがある）は、反応ガスの流れによる乾燥や加湿、水和したプロトンの移動、電極反応によって生成する水分等、膜−電極接合体内における水分量の直接的な影響を受ける領域であり、当該電解質膜上の流路分布領域が扁平な２次元形状（面方向形状）を有する場合、当該電解質膜上の流路分布領域の２次元方向（面方向）における長手方向と短手方向の寸法変化（膨張収縮）は、寸法変化率（寸法変化前後における寸法の差／寸法変化前の寸法）が同じであっても、元々の寸法が相対的に大きい長手方向の方が寸法変化量（寸法変化前後における寸法の差、絶対量）は大きくなることに着目した。そして、電解質膜上の流路分布領域の２次元方向における寸法変化のうち長手方向の寸法変化は、膜−電極接合体に力学的ストレスを生じさせる特に大きな要因であり、電解質膜の流路分布領域の長手方向における膨張収縮を抑制することが、膜−電極接合体内の力学的ストレスを緩和させるのに効果的であることを見出した。
【００１３】
特許文献１には、膜−電極接合体のエンボス形状又は蛇腹形状と、電解質膜に対する反応ガス流路の分布領域の２次元形状との相関関係については、述べられていない。特に、積層面と垂直方向に波打つ蛇腹形状は、当該蛇腹形状が伸びる方向によって吸収される膨張収縮の大きさが異なってくる。従って、特許文献１に記載の燃料電池において、電解質膜上の反応ガス流路分布領域が扁平な２次元形状を有する場合、電解質膜の蛇腹形状の方向と電解質膜のガス流路分布領域の長手方向及び短手方向との関係によっては、電解質膜の当該領域における長手方向の寸法変化を抑制することができずに、膜−電極接合体内に生じる力学的ストレスを緩和できない。
【００１４】
本発明は、上記実情を鑑みて成し遂げられたものであり、電解質膜上の反応ガス流路分布領域が扁平な２次元形状を有する燃料電池において、電解質膜の流路分布領域の２次元方向における長手方向の寸法変化を抑制することによって、膜−電極接合体内に生じる力学的ストレスを緩和させた燃料電池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】
【００１５】
本発明の燃料電池は、電解質膜と当該電解質膜の両面に設けられた一対の電極とを有する膜−電極接合体、及び、前記電極に反応ガスを供給する流路を備える燃料電池であって、前記電解質膜上の前記流路が分布する領域は、扁平な２次元形状を有すると共に、当該扁平な２次元形状に外接する仮想的な長方形のうち、最も面積が小さいものの長辺が延在する方向を長手方向、当該長手方向と直角に交わる方向を短手方向としたときに、当該長手方向に対して略直角方向に伸びる尾根状の凸部と谷状の凹部が交互に且つ互いに平行に並び、当該電解質膜の２次元方向への膨張を吸収する凹凸形状を有することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の燃料電池は、膜−電極接合体の力学的ストレスを増大させる大きな要因となる、電解質膜上の反応ガス流路分布領域の長手方向の膨張を主に吸収することによって、効果的に膜−電極接合体内の力学的ストレスを緩和させることができる。ゆえに、電解質膜の寸法変化によって生じる電解質膜のシワや割れ、それに伴う触媒層のシワ、割れ、剥がれ等の発生を防止することができる。
前記電解質膜の凹凸形状は、当該電解質膜の２次元方向への膨張収縮を吸収する凹凸形状であることが好ましい。
【００１７】
前記電解質膜の流路分布領域の長手方向における膨張収縮を効率良く抑制することができることや、電極へのガス供給やスタックの厚み等の観点から、前記電解質膜の２次元方向に対する前記凹部及び前記凸部の傾斜角度θは、０°＜θ≦６０°であることが好ましい。
このとき、前記電解質膜の２次元方向に対する前記凹部及び前記凸部の傾斜角度θが、当該電解質膜上の前記流路が分布する領域の短手方向の長さ／長手方向の長さ＝ｃｏｓθ１を満たすθ１に対して、
０°＜θ１≦６０°のとき０．９θ１≦θ≦１．１θ１
であることが好ましい。
特に、前記電解質膜の２次元方向に対する前記凹部及び前記凸部の傾斜角度θが、当該電解質膜上の前記流路が分布する領域の短手方向の長さ／長手方向の長さ＝ｃｏｓθ１を満たすθ１に対して、
０°＜θ１≦６０°のときθ＝θ１、
６０°＜θ１＜９０°のときθ＝６０°
であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電解質膜上の反応ガス流路分布領域が扁平な２次元形状を有する燃料電池において、電解質膜の２次元方向における寸法変化のうち、主に前記流路分布領域の長手方向における寸法変化を抑制することができるため、電解質膜の寸法変化に伴う膜−電極接合体内の力学的ストレスを低減することが可能である。ゆえに、電解質膜の寸法変化によって生じる電解質膜の割れやシワの発生、触媒層の割れやシワの発生を防止することができる。従って、本発明によれば、電解質膜、触媒層、ガス拡散層間の接触抵抗の増加を抑制し、燃料電池の発電性能を向上させることができる。さらには、燃料電池の長寿命化も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の燃料電池は、電解質膜と当該電解質膜の両面に設けられた一対の電極とを有する膜−電極接合体、及び、前記電極に反応ガスを供給する流路を備える燃料電池であって、前記電解質膜上の前記流路が分布する領域は、扁平な２次元形状を有すると共に、当該扁平な２次元形状に外接する仮想的な長方形のうち、最も面積が小さいものの長辺が延在する方向を長手方向、当該長手方向と直角に交わる方向を短手方向としたときに、当該長手方向に対して略直角方向に伸びる尾根状の凸部と谷状の凹部が交互に且つ互いに平行に並び、当該電解質膜の２次元方向への膨張を吸収する凹凸形状を有することを特徴とするものである。
【００２０】
まず、図１及び図２を用いて、本発明を適用した固体高分子電解質型燃料電池の一形態例について説明する。図１は、燃料電池の単セルの分解図であり、図２は燃料電池の単セルの断面図である。図２において、２Ａは燃料電池の単セルを積層方向に切断した断面図、２Ｂは電解質膜の斜視図である。尚、本発明の燃料電池は図１及び図２に示す構造を有するものに限定されない。
【００２１】
プロトン伝導性固体高分子電解質膜１（以下、単に電解質膜１ということがある）は、その両面に一対の電極４（４ａ、４ｂ）を備え、膜−電極接合体を構成している。さらに各電極４の外側には、長方形の２次元形状を有し、膜−電極接合体を挟持するセパレータ６ａ、６ｂが設けられている。セパレータ６ａ、６ｂは、各電極４に反応ガス（燃料ガス又は酸化剤ガス）を供給し且つ電気化学反応による生成水や余剰のガスが排出されるガス流路５ａ、５ｂを画成すると同時に、集電体としても機能するものである。通常、セパレータ６ａ、６ｂのうち少なくとも一方には、流路５が設けられた面とは反対側の面に、単セルを冷却するための冷却水を流す流路が形成される。
本実施形態において、電解質膜１上の反応ガス流路が分布する領域（以下、電解質膜上の流路分布領域ということがある）は、長方形（扁平形状）の２次元形状を有している。
【００２２】
ここで、電解質膜上の反応ガス流路が分布する領域とは、電解質膜上における流路の位置及び流路と流路の間の位置からなる連続した領域である。すなわち、反応ガスが流れる流路となる溝部分と、当該溝を形成する壁の部分を含む連続した領域と対面する電解質膜上の領域である。この電解質膜上のガス流路分布領域は、各電極４ａ、４ｂに反応ガスを供給して燃料電池を発電させる際に、反応ガスの流勢や湿度によって乾燥したり或いは加湿され、膜内の水分量が大きく影響を受ける領域である。さらに、燃料電池を発電させる際に、実際に電解質膜として発電に有効に働く領域、すなわち、実質的に燃料極４ｂから酸化剤極４ａにプロトンを移動させる領域を含むものであり、水和したプロトンの移動により膜内の水分量が影響を受ける領域である。しかも、隣接する電極で電極反応により生成する水によっても膜内の水分量が影響を受ける領域である。
以上のように、電解質膜上の流路分布領域は、反応ガスの流れによる乾燥や加湿、水和したプロトンの移動、電極反応によって生成する水分等、膜−電極接合体内における水分量の直接的な影響を大きく受ける領域であり、水分量が大きく変化する。従って、水分量の変化による膨張と収縮が生じやすい。
【００２３】
そして、電解質膜１は、当該電解質膜１上のガス流路分布領域の長手方向に対して略直角方向に伸びる尾根状の凸部１ｂと谷状の凹部１ａが交互に且つ互いに平行に並び、該電解質膜１の２次元方向への膨張を吸収することができる凹凸形状を有している。
【００２４】
電解質膜１の一面側には酸化剤極４ａ、もう一面側には燃料極４ｂが配設されており、膜−電極接合体を形成している。本例では、電極４（酸化剤極４ａ、燃料極４ｂ）は電解質膜１側から順に、触媒層２（２ａ、２ｂ）及びガス拡散層３（３ａ、３ｂ）が積層した構造を有している。触媒層２ａ、２ｂは、電解質膜１と接する側の面が、電解質膜１の凹凸形状を埋めるように電解質膜１の凹凸形状に合わせた凹凸形状であり、ガス拡散層３と接する側の面は、略平坦面となっている。また、ガス拡散層３ａ及び３ｂは、その両面が略平坦面であり、電極４ａ、４ｂのセパレータ６ａ、６ｂと接する面が平坦面となっている。
【００２５】
尚、ここでは、固体高分子型燃料電池を例に本発明を説明するが、本発明の燃料電池は固体高分子型燃料電池に限定されるものではない
【００２６】
電解質膜の膨潤−乾燥による寸法変化は、電解質膜の面方向（２次元方向）に限らず厚み方向にも生じる。電解質膜の厚み方向の寸法変化は、単セルの各構成部位を接着するため、又は、単セル内における酸化剤と燃料の混合を防止するためのシール材やスタックを締結する部材等、単セル内の面圧（厚み方向の圧力）を保持することができる構造によって、吸収することが可能である。しかしながら、電解質膜の２次元方向の寸法変化は、セルの外径寸法が固定されているため吸収することが非常に困難であり、電解質膜のシワや割れ等を引き起こす主な原因となっている。
【００２７】
そこで、本発明者は、厚み方向に起伏する凹凸形状を有する電解質膜を用いることによって、二次元方向の膨潤による寸法変化を小さくすることが可能であることに着目した。厚み方向に起伏する凹凸形状を有する電解質膜は、含水状態における２次元方向の膨潤による寸法変化又は体積変化を、当該電解質膜の二次元方向に対する斜め方向に分散させることができるため、２次元方向の寸法変化を小さくできる。
【００２８】
さらに、本発明者は、以下のことを見出した。すなわち、膜−電極接合体内における水分量の直接的な影響を大きく受ける電解質膜上の流路分布が、扁平な２次元形状（面方向形状）を有する場合、当該電解質膜上の流路分布領域の２次元方向（面方向）における長手方向と短手方向の寸法変化（膨張収縮）は、寸法変化率（寸法変化前後における寸法の差／寸法変化前の寸法）が同じであっても、元々の寸法が相対的に大きい長手方向の方が寸法変化量（寸法変化前後における寸法の差、絶対量）は大きい。ゆえに、長手方向における寸法変化は、短手方向における寸法変化よりも膜−電極接合体の力学的ストレスを増大させ、燃料電池の発電性能や耐久性を低下させる大きな要因となる。従って、電解質膜上の流路分布領域の長手方向における膨張、好ましくは膨張収縮を抑えることが、膜−電極接合体内の力学的ストレスを緩和させるのに効果的であり、電解質膜のシワや割れ、これに伴う触媒層のシワ、割れ、剥がれ等の発生を有効に防止することができる。その結果、これらを原因とする単セル内の各層間における接触抵抗の増加や、各部材の耐久性の低下等を抑制することができる。
【００２９】
そこで、本発明の燃料電池は、電解質膜上の流路分布領域の２次元方向のうち主に長手方向における膨張を抑制することができるように、電解質膜上の流路分布領域を、当該電解質膜上の流路分布領域の長手方向に対して略直角方向に伸びる尾根状の凸部と谷状の凹部が交互に且つ互いに平行に並び、当該電解質膜の２次元方向への膨張を吸収する凹凸形状とした。
【００３０】
ここで、電解質膜（電解質膜上の流路分布領域）の２次元形状とは、膜の厚み方向の形状を無視した形状であり、電解質膜を平坦な台の上に置いて真上から観察したときの形状である。また、２次元方向（面方向）とは、前記２次元形状の広がる方向のことである。
また、電解質膜上の流路分布領域の２次元形状に外接する仮想的な長方形とは、電解質膜の２次元形状と少なくとも３点において外接する長方形である。尚、電解質膜の２次元形状と外接長方形とが線接触する場合には、２点で接触している状態とみなす。
さらに、扁平な２次元形状とは、外接する仮想的な長方形を描くことができる形状である。典型的には、ある方向につぶれて見える形状である。例えば、長方形、楕円、長辺と高さが異なる平行四辺形、下底辺と高さが異なる台形等が挙げられるがこれらに限定されない。
【００３１】
また、本発明において、電解質膜上の扁平な２次元形状を有する流路分布領域の長手方向は、当該流路分布領域の２次元形状に外接する仮想的な長方形のうち、最も面積が小さい、すなわち、電解質膜上の流路分布領域の２次元形状に最も近い形状の長方形の長辺が延在する方向とし、この長手方向に直角に交わる方向を短手方向とする。
図１のように２次元形状が長方形の場合には、該長方形の長辺が延在する方向が長手方向、短辺が延在する方向（長辺と直角に交わる方向）が短手方向となる。２次元形状が長方形以外の扁平形状、例えば、楕円状の場合、図３Ａのように当該楕円に外接する仮想的な長方形（一点鎖線で表示）の長辺が延在する方向を長手方向、当該長手方向と直角に交わる方向（短辺が延在する方向）を短手方向とする。また、平行四辺形の場合、図３Ｂのように当該平行四辺形の２つの長辺において外接する仮想的な長方形（一点鎖線で表示）の長辺が延在する方向を長手方向、当該長手方向と直角に交わる方向（短辺が延在する方向）を短手方向とする。また、図３Ｃのような台形の場合、当該台形の上底と下底において外接する仮想的な長方形（一点鎖線で表示）の長辺が延在する方向を長手方向、当該長手方向と直角に交わる方向（短辺が延在する方向）を短手方向とする。
【００３２】
尚、後述するｃｏｓθ１の特定に必要な長手方向の長さＬは、電解質膜上の流路分布領域の２次元形状が長方形の場合には長辺の長さ、長方形以外の扁平形状の場合には、外接する仮想的な長方形の長辺の長さとする。また、短手方向の長さＳは、電解質膜上の流路分布領域の２次元形状が長方形状の場合には短辺の長さ、長方形以外の扁平形状の場合には、外接する仮想的な長方形の短辺の長さとする。
【００３３】
また、電解質膜上の流路分布領域の長手方向に対して尾根状の凸部と谷状の凹部が略直角方向に伸びるとは、電解質膜上の流路分布領域の長手方向に対する尾根状の凸部と谷状の凹部の延びる方向が完全に直角である状態の他、電解質膜上の流路分布領域の長手方向と尾根状の凸部及び谷状の凹部の延びる方向が直角方向から若干ずれている状態も含む。例えば、９０°±１０°程度の範囲であれば差し支えない。
【００３４】
電解質膜が有する尾根状の凸部と谷状の凹部が交互に且つ互いに平行に並んだ凹凸形状は、電解質膜の２次元方向における膨張、好ましくは膨張収縮を吸収することができるものであれば、特に限定されない。膜の２次元方向への膨張収縮を吸収する凹凸形状としては、例えば、膜の片面側から見たときに凸部である部分が、反対面側から見たときに凹部となるような、膜全体として三次元のうねりを有する凹凸形状があり、そのような形状として、より具体的には、波型、蛇腹型等を例示できる。さらに具体的には、例えば、図２に示した形状の他、図４に示すような断面を有する形状が挙げられる。
【００３５】
電解質膜上の流路分布領域の長手方向における膨張収縮を吸収するためには、電解質膜の２次元方向に対する凹部及び凸部の傾斜角度θは大きければ大きいほどよいが、傾斜角度θが大きくなればなるほど電解質膜の見かけ上の膜厚が大きくなり、厚さ方向の寸法変動が無視できなくなる、スタックの厚さが大きくなる、凹部に反応ガスが届きにくい等の問題が生じる。そのため、傾斜角度θは、０＜θ≦６０°程度の範囲とすることが好ましい。
【００３６】
ここで、電解質膜の２次元方向に対する凹部及び凸部の傾斜角度θとは、図４に示すように、凹部と凸部の傾斜面と電解質膜の２次元方向とがなす角度である。傾斜角度θは、図４Ａ、図４Ｃ、図４Ｄのように、凹部と凸部の斜面が直線状の断面を有する場合には、当該斜面の断面から得られる直線と電解質膜の２次元方向がなす角度をθとする。図４Ｂのように、凹部と凸部の斜面が曲線状の断面を有する場合には、当該斜面の断面から得られる曲線の頂点と頂点を結んだ直線と電解質膜の２次元方向がなす角度をθとする。また、図４Ｅのように、凹部の底部又は凸部の頂部を通り且つ電解質膜の２次元方向に対して垂直に交わる直線に対して、凹部と凸部が傾斜角度θａ、θｂを有する非対称な形状の場合、傾斜角度θは、θａとθｂのうち、より角度が大きい方をθとする。
【００３７】
電解質膜の見かけ上の膜厚増加に伴う上記のような問題を最低限に抑えつつ、長手方向における膨張収縮を効率良く抑制することができるように、電解質膜の凹凸形状は、上記傾斜角度θの範囲内（０＜θ≦６０°）において、当該電解質膜の２次元方向に対する凹部及び凸部の傾斜角度θが、該電解質膜上の流路分布領域の長手方向と短手方向の長さの比から決定されていることが好ましい。具体的には、電解質膜の２次元方向に対する凹部及び凸部の傾斜角度θが、該電解質膜上の流路分布領域の短手方向の長さ（Ｓ）／長手方向の長さ（Ｌ）＝ｃｏｓθ１を満たすθ１に対して、０°＜θ１≦６０°のとき０．９θ１≦θ≦１．１θ１であることが好ましい。
【００３８】
尾根状の凸部及び谷状の凹部の傾斜角度θと、電解質膜上の流路分布領域の短手方向Ｓと長手方向Ｌの比（Ｓ／Ｌ）＝ｃｏｓθ１を満たすθ１との間に、θ＝θ１の関係が成り立つとき、電解質膜上の流路分布領域の長手方向の寸法変化量と短手方向の寸法変化量が同じになる。従って、電解質膜の凹部と凸部の傾斜角度θを、上記θ１を中心とする範囲とすることによって、電解質膜上の流路分布領域の長手方向の寸法変化量と短手方向の寸法変化量の差を小さくすることが可能である。
長手方向の寸法変化量と短手方向の寸法変化量の差を小さくすることによって、電解質膜の両面に設けられる触媒層や当該触媒層に隣接して設けられるガス拡散層が、電解質膜の膨張収縮の際に受ける応力を小さくすることができる。その結果、膜−電極接合体内に生じる力学的ストレスを緩和することができる。
【００３９】
特に好ましくは、電解質膜上の流路分布領域の長手方向の寸法変化量と短手方向における寸法変化量が同じになるように、０＜θ≦６０°の範囲内において、θ＝θ１とする。そして、θが６０°を超えるような場合には、電解質膜の膜厚増加による上述したような問題が発生するおそれがあるため、６０°＜θ１＜９０°のときはθ＝６０°とすることが好ましい。
【００４０】
凹凸形状を構成する各凸部及び凹部の幅（ピッチ）や、幅と傾斜角度θによって決定する高さ等は、電解質膜（電解質膜上の流路分布領域）の大きさや厚み、材質、単セルの面圧等を考慮して、適宜設計すればよい。これら各凹部、凸部の形状は、それぞれの凸部、凹部間で異なっていてもよく、例えば、電解質膜の位置によってその形状を変化させてもよい。
尚、本発明において、電解質膜そのものの２次元形状や、電解質膜の両面に設けられる電極の２次元形状、ガス流路を画成するセパレータの２次元形状等は特に限定されず、また、これらの形状は電解質膜上の流路分布領域の凹凸形状の向き等に何ら影響しない。
また、少なくとも電解質膜上の流路分布領域が上記凹凸形状を有していればよく、電解質膜全体が上記凹凸形状を有していなくてもよい。
【００４１】
本発明において電解質膜に用いられる電解質は特に限定されず、一般的なものを使用することができる。ナフィオン（商品名、デュポン社製）に代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂等のフッ素系電解質や、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリ（アリルエーテルケトン）樹脂、ポリパラフェニレン系樹脂、ポリイミド樹脂等の炭化水素系樹脂にスルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基等のイオン交換基を導入した炭化水素系電解質等からなるものが挙げられる。
【００４２】
本発明の燃料電池においては、電解質膜の２次元方向における寸法変化が抑制されているため、膨潤しやすい電解質膜、例えば、高イオン交換容量（低ＥＷ）の電解質膜、未補強電解質膜等でも膨潤による燃料電池の発電性能の低下を引起こしにくく、好適に用いることができる。さらに、従来では膨潤性の高さゆえに使用することが困難であった電解質膜であっても、本発明の燃料電池においては使用することができる場合もある。
凹凸形状を有する電解質膜を形成する方法は、特に限定されず、例えば、上記したような電解質を含む溶液を凹凸形状を付与できる型に流延する方法や、凹凸形状を有するスリットから溶融状態の電解質を押し出す方法、電解質膜を金型でホットプレス（膜のガラス転移温度以上の温度で）する方法、凹凸形状を有する電極（触媒層又はガス拡散層）上に電解質を含む溶液を流延する方法等が挙げられる。金型でホットプレスすることによって電解質膜に凹凸形状を付与する場合には、電解質膜の薄肉化が生じないように、ホットプレス条件（温度、圧力）を調節することが好ましい。
【００４３】
本発明の燃料電池は、電解質膜の形状が上記したような特徴を有していれば、当該電解質膜の両面に設けられる電極の形状は特に限定されるものではない。例えば、特許文献１の燃料電池のように、膜−電極接合体全体が電解質膜と同様の凹凸形状を有するものであってもよいが、セパレータ等によって面圧がかけられた状態においても、電解質膜が当該膜の２次元方向への膨張収縮を吸収できる凹凸形状を保持できるように、且つ、膨張した電解質膜が元の凹凸形状を復元できるように、以下のような構造を有していることが好ましい。すなわち、電極は、電極を形成する材料（以下、電極材料ということがある）で電解質膜の凹凸を埋めるように、電解質膜側の面では電解質膜の凹凸形状に合わせた凹凸形状を有し、且つ、電解質膜と接する面とは反対側のセパレータに接する面は略平坦面となっていることが好ましい（図２参照）。
【００４４】
図２のように、電極４の集電体であるセパレータ６との接触面を略平坦面とすることによって、セパレータに挟持されることによる膜−電極接合体にかかる面圧が分散し、また、電解質膜の凹部を電極材料で埋めることによって、電解質膜の形状が規制される。従って、特許文献１のように膜−電極接合体の全体を凹凸形状とした場合ではその凹凸形状を保持できないような（すなわち完全に元も形状に復元できないような）面圧がかけられても、膜−電極接合体内の電解質膜は２次元方向への膨張収縮を吸収できる凹凸形状を保持することができる。また、セパレータからの面圧が分散されているため、電極が損傷することもない。
【００４５】
さらに、電極の集電体であるセパレータとの接触面が略平坦な面であることから、集電体と電極との接合性が良好であり、電極と集電体との接触面積を確保することができる。従って、燃料電池の集電効率を向上させることが可能である。
【００４６】
ここで、電解質膜の凹凸形状を埋める電極材料とは、電極を形成する材料であり、触媒層を形成する材料、ガス拡散層を形成する材料、その他電極に設けられる機能層を形成する材料等が挙げられる。或いは、電極の性能を保持することができるものであれば、上記した材料以外の材料であってもよい。また、電解質膜の凹凸形状を埋める電極材料は、一種のみであってもよいし、複数を組み合わせてもよい。
材料の選定や準備、燃料電池の性能等の観点から、電解質膜の凹部を埋める電極材料としては、触媒層を形成する材料又は触媒層を形成する材料とガス拡散層を形成する材料であることが好ましく、特に触媒層を形成する材料であることが好ましい。触媒層は、通常、触媒層を形成する材料をスラリー状にしたものを用いて形成されるため、電解質膜の凹凸形状に合った面形状を形成しやすいからである。
【００４７】
電極が触媒層とガス拡散層が積層しているような多層構造を有する場合、電解質膜側の面では電解質膜の凹凸形状に合わせた凹凸形状を有し、且つ、電解質膜と接する面とは反対側のセパレータに接する面が略平坦面となっていれば、各層の形状は特に限定されず、例えば、触媒層とガス拡散層の界面が略平坦であってもよいし、凹凸形状を有していてもよい。ガス拡散層を形成するためのガス拡散層シートの製造容易性、膜−電極接合体を製造する際の各層の接合作業の容易性等の観点から、ガス拡散層の両面が略平坦であり、触媒層の電解質膜と接する面が当該電解質膜の凹凸形状に合った凹凸形状、ガス拡散層と接する面が略平坦とすることが好ましい。
【００４８】
以下、ガス拡散層及び触媒層を構成する材料、並びに、膜−電極接合体の製造方法について説明する。
【００４９】
ガス拡散層は、ガスの拡散に必要な細孔（空隙）、導電性、及びガス拡散層を構成する材料として要求される強度を有するもの、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルト等の炭素質多孔質体や、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、ニッケル−クロム合金、銅及びその合金、銀、アルミ合金、亜鉛合金、鉛合金、チタン、ニオブ、タンタル、鉄、ステンレス、金、白金等の金属より構成される金属メッシュ又は金属多孔質体等の導電性多孔質体からなるガス拡散層シートを用いて形成することができる。
導電性多孔質体の厚みは、通常、５０〜５００μｍ程度でよい。凹凸形状有するガス拡散層とする場合には、例えば、切削、プレス成形、射出成形等の方法により導電性多孔質体に凹凸形状を付与することができる。
【００５０】
ガス拡散層は、上記したような導電性多孔質体の単層からなるものであってもよいが、触媒層２に面する側に撥水層を設けることもできる。撥水層は、通常、炭素粒子や炭素繊維等の導電性粉粒体、ポリテトラフルオロエチレン等の撥水性樹脂等を含む多孔質構造を有するものである。撥水層は、必ずしも必要なものではないが、触媒層２及び電解質膜１内の水分量を適度に保持しつつ、ガス拡散層３の排水性を高めることができる上に、触媒層２とガス拡散層３間の電気的接触を改善することができるという利点がある。
また、撥水層は上記したような材料をペースト状にして形成することができるため、上記導電性多孔質板では凹凸形状を形成することが困難である場合には、撥水層によってガス拡散層に容易に凹凸形状を付与できるという利点もある。
【００５１】
撥水層を導電性多孔質体上に形成する方法は特に限定されない。例えば、炭素粒子等の導電性粉粒体と撥水性樹脂、及び必要に応じてその他の成分を、エタノール、プロパノール、プロピレングリコール等の有機溶剤、水又はこれらの混合物等の溶剤と混合した撥水層ペーストを、導電性多孔質体の少なくとも触媒層２に面する側に塗布し、その後、乾燥及び／又は焼成すればよい。
【００５２】
このとき撥水層ペーストは、導電性多孔質体の内部に含浸してもよい。また、撥水層の形状は特に限定されず、例えば、導電性多孔質層の触媒層側の面全体を覆うような形状でもよいし、格子状等の所定パターンを有する形状でもよい。撥水層ペーストを導電性多孔質体に塗布する方法としては、例えば、スクリーン印刷法、スプレー法、ドクターブレード法、グラビア印刷法、ダイコート法等が挙げられる。撥水層の厚み（導電性多孔質体に含浸した部分を除く、導電性多孔質体表面からの厚み）は、通常、５〜１００μｍ程度とすればよい。
【００５３】
触媒層２には、通常、イオン伝導性材料、触媒材料が含有される。触媒材料としては、触媒成分を炭素質粒子、炭素質繊維のような炭素材料等の導電性材料に担持させた触媒粒が好適に用いられる。触媒成分としては、燃料極における水素の酸化反応、酸化剤極における酸素の還元反応に対して触媒作用を有するものであれば特に限定されず、例えば、白金、又は、ルテニウム、鉄、ニッケル、クロム等の金属と白金との合金等が挙げられる。
【００５４】
イオン伝導性材料としては、電解質として用いられる材料の中から、適宜選択することができ、具体的には、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーに代表されるフッ素系ポリマーやスルホン酸基、カルボン酸基、ボロン酸基等のイオン伝導性基を側鎖に有する炭化水素系ポリマー等の固体高分子電解質が挙げられる。触媒層を熱圧着により電解質膜に接合する場合、触媒層中のイオン伝導性材料は、電解質膜のガラス転移温度よりもガラス転移温度が低いことが好ましい。上記熱圧着時の加熱温度をイオン伝導性材料のガラス転移温度以上とすることで、電解質膜のガラス転移温度よりも低く設定しても、電解質膜と触媒層を十分接合することができるからである。このとき、電解質膜のガラス転移温度より低い圧着温度では、電解質膜がその凹凸形状を保持することができないほど軟化しないため、電解質膜の凹凸形状を潰さずに触媒層と接合することができる。一方、触媒層中のイオン伝導性材料は、ガラス転移温度以上の温度で加熱されるため十分に軟化し、電解質膜の凹部の奥まで入りこむことができるので、凹凸形状を有する電解質膜表面に隙間なく触媒層を形成することができる。
【００５５】
触媒層は、上記イオン伝導性材料及び触媒材料、さらに必要に応じて撥水性高分子や結着剤等その他の材料を溶媒に混合・分散させることにより得られる触媒層ペーストを用いて形成することができる。溶媒としては、エタノール、メタノール、プロパノール、プロピレングリコール等のアルコール類と水の混合物等を用いることができるが、これらに限定されない。
【００５６】
触媒層をガス拡散層上又は電解質膜上に形成する方法としては、以下のような方法が挙げられる。例えば、触媒層ペーストを、導電性多孔質体或いは導電性多孔質体及び撥水層からなるガス拡散層シートの触媒層側に直接塗布する方法や、触媒層ペーストを一旦ポリテトラフルオロエチレン等の基材上に塗布・乾燥して形成した触媒層シートをガス拡散層又は電解質膜に転写する方法や、触媒層ペーストを電解質膜に直接塗布する方法等が挙げられる。このようにしてガス拡散層シート又は電解質膜と接合した触媒層は、さらに、電解質膜又はガス拡散層シートと、ホットプレス等により接合することで膜−電極接合体を形成することができる。
【００５７】
触媒層ペーストをガス拡散層シート、基材又は電解質膜上に塗布する方法は特に限定されず、例えば、スプレー法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、グラビア印刷法、ダイコート法等が挙げられる。触媒層の多孔性を調節しやすいと観点からは、スプレー法が好ましい。触媒層の膜厚は、特に限定されないが、通常、１〜５０μｍ程度とすればよい。
【００５８】
図２のように、触媒層を電解質膜の凹凸形状に合わせた凹凸形状とする場合には、電解質膜の凹凸形状を潰さず、且つ、当該凹凸形状の奥まで触媒層ペーストを入り込ませることができることから、上記方法のうち、電解質膜に触媒層ペーストを直接塗布する方法が好ましい。中でも、触媒層ペーストをスプレー法により電解質膜に直接塗布する方法が好ましい。スプレー法は、触媒層ペーストを塗布する際に、触媒層インクの塗布手段が電解質膜に触れることがないため、電解質膜の凹凸形状を特に傷つけにくいからである。
或いは、触媒層ペーストをガス拡散層シートに塗布し、予め触媒層とガス拡散層とを接合したものを電解質膜と接合する方法であっても、触媒層ペーストが完全に硬化する前の柔らかい状態で、電解質膜と接合すれば、電解質膜の凹凸形状を潰さず、且つ、当該凹凸形状の奥まで触媒層ペーストを入り込ませることができる。
【００５９】
また、予め触媒層とガス拡散層とを接合したものを電解質膜と接合する場合には、ガス拡散層−触媒層間の接合性が高いため、ガス拡散層−触媒層間に隙間が形成されにくいという利点がある。ガス拡散層と触媒層の間に隙間が形成されると、ガス拡散層と触媒層間の接触抵抗が大きくなってしまう。さらに、当該隙間には単セル内の水分が溜まりやすく、その結果、触媒層とガス拡散層間の剥離が生じ、ガス拡散層と触媒層間の接触抵抗をさらに増大させる。従って、ガス拡散層−触媒層間を充分に接合することによって、ガス拡散層と触媒層の間における接触抵抗を低減することが可能である。
このとき、上述したように、電解質膜よりもガラス転移温度が低いイオン伝導性材料を用いたり、ガス拡散層シート上に塗布した触媒層ペーストが完全に硬化する前に電解質膜と接合すれば、接合時における電解質膜の凹凸形状の潰れを防止しながら、触媒層と電解質膜とをしっかり接合すると同時に、ガス拡散層と触媒層との接合性を高くすることができる。このように、電解質膜と触媒層とガス拡散層との接合性を高めることで、寸法変化しにくいガス拡散層による補強効果によって、電解質膜の２次元方向における変形がさらに抑制されることが期待される。
【００６０】
以上のようにして得られる膜・電極接合体は、一般的な方法によりセパレータ６で挟持される。セパレータは、膨張黒鉛やグラッシーカーボン等の炭素材料やガラス金属、ＳＵＳ、チタン、高純度Ｆｅ等の金属を用いて形成することができる。
セパレータ６の電極４と接する面には、通常、電極に反応ガスを供給するためのガス流路溝が形成される。ガス流路溝は、例えば、プレス成形や切削等により形成することができる。尚、ガス流路はセパレータの表面以外に設けることもできる。セパレータの厚みは、通常、０．１〜１ｍｍ程度であればよい。
【実施例】
【００６１】
（電解質膜の寸法変化率の評価）
下記の方法で作製した実施例及び比較例の電解質膜（２次元形状が長方形）を、以下のような異なる条件下におき、短手方向及び長手方向の寸法変化率の測定を行った。寸法変化率は、下記試験条件（１）における電解質膜の短手方向の長さＳａ及び長手方向の長さＬａを基準とし、各条件下（２）〜（５）における電解質膜の短手方向の長さＳｂ及び長手方向の長さＬｂから、以下の式を用いて算出した。結果を図７（実施例）、図８（比較例１）及び図９（比較例２）に示す。
【００６２】
【数１】
2007157573.tif 000003
【００６３】
＜試験条件＞
（１）室温（約２５℃）、湿度約５０ＲＨ％
（２）水中、８０℃
（３）真空乾燥
（４）水中、８０℃
（５）真空乾燥
【００６４】
（実施例１）
ポリテトラフルオロエチレン樹脂を用いて作製した凹凸形状を有する型に、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂溶液（商品名アシプレックス、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂濃度５ｗｔ％、旭化成製）５ｇを流し込み、１２０℃、真空で、荷重（４．９ＭＰａ）かけながら、８時間乾燥した。そして、図５に示すように、２次元形状が長方形であって、長手方向に対して略直角方向に延びる尾根状の凸部と谷状の凹部が平行に且つ交互に並んだ凹凸形状（凹部と凸部のピッチ：０．５ｍｍ、傾斜角度：４５°）を有するパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜（２×５ｃｍ、厚さ５０μｍ）を作製した。尚、図５Ａは実施例１の電解質膜の上面図、図５Ｂは実施例１の電解質膜の図中の矢印方向からの斜視図である。
【００６５】
（比較例１）
実施例１と同様の手順によって、図６に示すような２次元形状が長方形であって、短手方向に対して略直角方向に延びる尾根状の凸部と谷状の凹部が平行に且つ交互に並んだ凹凸形状（凹部と凸部のピッチ：０．５ｍｍ、傾斜角度：４５°）を有するパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜（２×５ｃｍ、厚さ５０μｍ）を作製した。尚、図６Ａは比較例１の電解質膜の上面図、図６Ｂは比較例１の電解質膜の図中の矢印方向からの斜視図である。
【００６６】
（比較例２）
凹凸形状を有さない平坦な電解質膜（商品名：ナフィオン、デュポン社製、２×５ｃｍ、厚さ５０μｍ）を準備した。
【００６７】
＜結果＞
図９に示すように、厚み方向に凹凸形状を有していない比較例２の電解質膜は、短手方向及び長手方向共に、水中８０℃の条件（２）及び（４）の下、２０％以上の膨張が観察された。このときの寸法変化量は、長手方向で５ｃｍ×０．２＝１ｃｍ、短手方向で２ｃｍ×０．２＝０．４ｃｍであった。
そして、試験条件（２）及び試験条件（４）に続く真空乾燥条件（３）、（５）では、試験条件（１）の寸法に戻った。これは、真空乾燥条件という極度の乾燥条件下でも、試験条件（１）の状態より収縮しないほど、試験条件（２）及び（４）で大きく膨張したためと推測される。
【００６８】
一方、図８に示すように、厚み方向に凹凸形状を有している比較例１の電解質膜は、凹凸形状の凹部と凸部が延びる方向に対して略直角な短手方向で、比較例２の電解質膜よりも膨張時の寸法変化率が小さくなり、高温高湿条件である試験条件（２）及び（４）においても、寸法変化率は１０％程度にとどまった。また、真空乾燥条件（３）及び（５）においては、試験条件（１）の状態よりも短手方向で収縮し、その寸法変化率は５％程度だった。つまり、短手方向における寸法変化率が２０％程度であった比較例２の電解質膜に対して、比較例１の電解質膜の短手方向における寸法変化率は１０％程度に低減した。
しかしながら、比較例１の電解質膜は、凹凸形状の凹部と凸部に延びる方向に対して平行な長手方向は寸法変化が抑制されず、比較例２の電解質膜と同等の寸法変化が生じた。
そして、長手方向と短手方向の寸法変化率が最も大きい試験条件（２）、（４）における比較例１の電解質膜の寸法変化量は、長手方向で５ｃｍ×０．２＝１ｃｍ、短手方向で２ｃｍ×０．１＝０．２ｃｍ程度であった。
【００６９】
これに対して、実施例の電解質膜は、図７に示すように、凹凸形状の凹部と凸部が延びる方向に対して平行な短手方向は、比較例２の電解質膜と同等の寸法変化を生じたが、凹凸形状の凹部と凸部が延びる方向に対して略直角な長手方向は、比較例２の電解質膜よりも膨張時の寸法変化率が小さくなり、高温高湿条件である試験条件（２）及び（４）においても、寸法変化率は１０％程度にとどまった。また、真空乾燥条件（３）及び（５）においては、試験条件（１）の状態よりも長手方向で収縮し、その寸法変化率は１０％程度であった。つまり、長手方向における寸法変化率が２０％程度であった比較例２の電解質膜に対して、実施例の電解質膜の短手方向における寸法変化率は１０％程度に低減した。
そして、長手方向と短手方向の寸法変化率の差が最も大きい試験条件（２）、（４）における実施例１の電解質膜の寸法変化量は、長手方向で５ｃｍ×０．１＝０．５ｃｍ、短手方向で２ｃｍ×０．２＝０．４ｃｍ程度だった。
【００７０】
すなわち、比較例２と比較して、実施例１と比較例１の電解質膜は、共に、凹凸形状によって寸法変化率を２０％から１０％へ低下させたが、比較例１では電解質膜の短手方向の寸法変化率を低下させたため、長手方向における寸法変化量は同じであり、短手方向における比較例２からの寸法変化量の低減量が小さかった（比較例２：０．４ｃｍ→比較例１：０．２ｃｍ）。
これに対して、実施例は、電解質膜の長手方向の寸法変化率を低下させたため、短手方向における寸法変化量は同じであるが、長手方向における比較例２からの寸法変化量の低減量は大きくなった（比較例２：１ｃｍ→実施例：０．５ｃｍ）。しかも、実施例の電解質膜は、長手方向の寸法変化を重点的に抑制し、長手方向と短手方向とを均等に寸法変化させ、長手方向と短手方向の寸法変化量の差を小さくすることによって、膜−電極接合体内において膜の両面に設けられる電極が膜の寸法変化に伴って受ける応力もさらに小さくすることができる。従って、実施例の電解質膜は、比較例１及び比較例２の電解質膜と比較して、膜−電極接合体内において膜の寸法変化に伴って生じる力学的ストレスを低減することができる。
【００７１】
尚、実施例の電解質膜の真空乾燥条件（３）、（５）における収縮は、高温高湿条件である（２）及び（４）における寸法変化率が小さかったため、当該（２）及び（４）に続く真空乾燥条件（３）、（５）において、試験条件（１）の状態より収縮できたと考えられる。また、電解質膜は、実際の燃料電池内において、（３）や（５）のような極度の乾燥条件に晒されることがないこと、セルの外径寸法が固定されていることから、実施例の電解質膜の乾燥条件下における収縮時の寸法変化率は、試験条件（３）及び（５）ほど大きくならない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明を適用した固体高分子電解質型燃料電池の一形態例を示す単セルの分解図である。
【図２】本発明を適用した固体高分子電解質型燃料電池の一形態例を示す図であって、（２Ａ）は燃料電池の単セルを積層方向に切断した断面図、（２Ｂ）は燃料電池の単セルの部分拡大斜視図である。
【図３】電解質膜の長手方向と短手方向を説明する図である。
【図４】本発明において使用される電解質膜の凹凸形状例を示した断面図である。
【図５】実施例の電解質膜の形状を示す図である。
【図６】比較例１の電解質膜の形状を示す図である。
【図７】実施例の電解質膜の寸法変化率測定結果を示す図である。
【図８】比較例１の電解質膜の寸法変化率測定結果を示す図である。
【図９】比較例２の電解質膜の寸法変化率測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…プロトン伝導性固体高分子電解質膜
２（２ａ、２ｂ）…触媒層
３（３ａ、３ｂ）…ガス拡散層
４（４ａ、４ｂ）…電極
５（５ａ、５ｂ）…ガス流路
６（６ａ、６ｂ）…セパレータ
【図１】
2007157573.tif 000004
【図２】
2007157573.tif 000005
【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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