(57)【要約】【課題】樹脂部材が設けられる電解質膜・電極構造体に応力が発生することがなく、簡単且つ経済的な構成で、前記電解質膜・電極構造体の反りや剥離を良好に抑制することを可能にする。【解決手段】燃料電池１０を構成する電解質膜・電極構造体１２は、前記電解質膜・電極構造体１２の一方の両端部に一体化される樹脂体２４を有する。樹脂体２４は、酸化剤ガス流路４２の入口側と酸化剤ガス入口連通孔３０ａとの間に位置して第２セパレータ１６に積層される入口バッファ部２６ａが設けられる第１樹脂部材２４ａと、前記酸化剤ガス流路４２の出口側と酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとの間に位置して前記第２セパレータ１６に積層される出口バッファ部２６ｂが設けられる第２樹脂部材２４ｂとからのみで構成されている。【選択図】図１
2013157093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の一方の面に、第１触媒層及び第１ガス拡散層を有する第１電極が配設され、且つ前記固体高分子電解質膜の他方の面に、第２触媒層及び第２ガス拡散層を有する第２電極が配設される電解質膜・電極構造体と、
電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路がセパレータ面内に形成されるとともに、前記反応ガス流路の入口側に連通して前記セパレータ面を貫通する反応ガス入口連通孔、及び前記反応ガスの出口側に連通して前記セパレータ面を貫通する反応ガス出口連通孔が形成されるセパレータと、
を備える燃料電池であって、
前記電解質膜・電極構造体は、矩形状を有するとともに、
一方の両端部を構成する第１辺に一体化される第１樹脂部材と、
前記一方の両端部を構成する第２辺に一体化される第２樹脂部材と、
のみからなる樹脂体を備え、
前記第１樹脂部材は、前記反応ガス流路の入口側と前記反応ガス入口連通孔との間に位置して前記セパレータに積層される入口バッファ部を設け、
前記第２樹脂部材は、前記反応ガス流路の出口側と前記反応ガス出口連通孔との間に位置して前記セパレータに積層される出口バッファ部を設けることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記第１樹脂部材及び前記第２樹脂部材には、複数の突起部又はガイド流路溝が一体に設けられることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池において、前記電解質膜・電極構造体は、長方形状を有し、短辺側の２辺に前記第１樹脂部材及び前記第２樹脂部材が含浸又は接着により一体化されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池において、前記電解質膜・電極構造体の長辺側の２辺で、前記第１ガス拡散層の平面寸法は、前記第２ガス拡散層の平面寸法よりも大きな寸法に設定されることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質膜の一方面に第１電極が、他方の面に第２電極が、それぞれ設けられる電解質膜・電極構造体と、セパレータとを備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ触媒層（電極触媒層）及びガス拡散層（多孔質カーボン）を有するアノード電極とカソード電極とを配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、所定の数だけ積層して燃料電池スタックを構成するとともに、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の電解質膜・電極構造体では、比較的高価な固体高分子電解質膜の使用量を削減させるとともに、薄膜状で強度が低い前記固体高分子電解質膜を保護するために、樹脂製枠部材を組み込んだ枠付きＭＥＡが採用されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されている膜電極組立体では、図７に示すように、高分子電解質膜１を備え、前記電解質膜１の一方の面側には、第１の電極層２が設けられるとともに、前記第１の電極層２の該電解質膜１とは反対側には、第１のガス拡散層３が設けられている。
【０００５】
電解質膜１の他方の面側には、第２の電極層４が設けられ、前記第２の電極層４の前記電解質膜１とは反対側には、第２のガス拡散層５が設けられることにより、膜電極接合体（ＭＥＡ）６が構成されている。
【０００６】
膜電極接合体６には、電解質膜１の外周縁の全部並びに第１のガス拡散層３及び第２のガス拡散層５の外周縁の少なくとも一部であって前記電解質膜１の側を包囲するように、樹脂枠７が設けられている。
【０００７】
第１のガス拡散層３及び第１の電極層２は、前記第１のガス拡散層３の外周縁全体が電解質膜１の外周縁の範囲内に収まるとともに、前記第１の電極層２の外周縁全周に亘って該第１の電極層２の外周縁と該電解質膜１の外周縁との間に該電解質膜１の表面領域が残るように、該電解質膜１の表面上に配置されている。第２のガス拡散層５は、電解質膜１の外周縁全周に亘って該表面領域とは反対側の少なくとも一部にまで延在しており、さらに樹脂枠７は、該表面領域の少なくとも一部に固着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−４１３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１では、膜電極接合体６には、電解質膜１の外周縁の全周並びに第１のガス拡散層３及び第２のガス拡散層５の外周縁を囲繞して樹脂枠７が固着されている。
【００１０】
このため、膜電極接合体６の製作時や燃料電池の運転時に、温度変化が惹起されると、樹脂枠７と第１のガス拡散層３及び第２のガス拡散層５とで、それぞれの伸縮寸法が異なって応力が発生し易い。従って、膜電極接合体６に反りが生じたり、樹脂枠７の剥離がするという問題がある。
【００１１】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、樹脂部材が設けられる電解質膜・電極構造体に応力が発生することがなく、簡単且つ経済的な構成で、前記電解質膜・電極構造体の反りや剥離を良好に抑制することが可能な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】
【００１２】
本発明は、固体高分子電解質膜の一方の面に、第１触媒層及び第１ガス拡散層を有する第１電極が配設され、且つ前記固体高分子電解質膜の他方の面に、第２触媒層及び第２ガス拡散層を有する第２電極が配設される電解質膜・電極構造体と、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路がセパレータ面内に形成されるとともに、前記反応ガス流路の入口側に連通して前記セパレータ面を貫通する反応ガス入口連通孔、及び前記反応ガスの出口側に連通して前記セパレータ面を貫通する反応ガス出口連通孔が形成されるセパレータとを備える燃料電池に関するものである。
【００１３】
この燃料電池では、電解質膜・電極構造体は、矩形状を有するとともに、一方の両端部を構成する第１辺に一体化される第１樹脂部材と、前記一方の両端部を構成する第２辺に一体化される第２樹脂部材とのみからなる樹脂体を備えている。
【００１４】
そして、第１樹脂部材は、反応ガス流路の入口側と反応ガス入口連通孔との間に位置してセパレータに積層される入口バッファ部を設け、第２樹脂部材は、前記反応ガス流路の出口側と反応ガス出口連通孔との間に位置して前記セパレータに積層される出口バッファ部を設けている。
【００１５】
また、この燃料電池では、第１樹脂部材及び第２樹脂部材には、複数の突起部又はガイド流路溝が一体に設けられることが好ましい。
【００１６】
さらに、この燃料電池では、電解質膜・電極構造体は、長方形状を有し、短辺側の２辺に第１樹脂部材及び第２樹脂部材が含浸又は接着により一体化されることが好ましい。
【００１７】
さらにまた、この燃料電池では、電解質膜・電極構造体の長辺側の２辺で、第１ガス拡散層の平面寸法は、第２ガス拡散層の平面寸法よりも大きな寸法に設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電解質膜・電極構造体に一体化される樹脂体は、入口バッファ部を設ける第１樹脂部材と、出口バッファ部を設ける第２樹脂部材とからのみで構成されている。このため、電解質膜・電極構造体の全周が樹脂体で覆われることがなく、前記樹脂体と第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層との伸縮率の相違により発生する応力が良好に低減される。ここで、入口バッファ部及び出口バッファ部は、反応ガスを反応ガス流路に均一に分配して流通させる機能を有する。
【００１９】
これにより、樹脂体が設けられる電解質膜・電極構造体に応力が発生することがなく、簡単且つ経済的な構成で、前記電解質膜・電極構造体の反りや剥離を良好に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記燃料電池の、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。
【図４】前記燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の一方の面の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の正面説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の要部断面説明図である。
【図７】特許文献１に開示されている膜電極組立体の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２を第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６で挟持する。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、縦長（又は横長）の長方形状を有し、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板を波板状にプレス成形して構成され、又は、カーボン部材等で構成されている。
【００２２】
複数の燃料電池１０は、例えば、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層されてスタック（例えば、車載用燃料電池スタック）を構成する。なお、燃料電池１０は、重力方向（鉛直方向）に積層されてもよい。
【００２３】
図２及び図３に示すように、長方形状（又は正方形状）の電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜１８と、前記固体高分子電解質膜１８を挟持するカソード電極（第１電極）２０及びアノード電極（第２電極）２２とを有する。固体高分子電解質膜１８は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用される。
【００２４】
カソード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の一方の面１８ａに接合される第１電極触媒層（第１触媒層）２０ａと、前記第１電極触媒層２０ａに積層される第１ガス拡散層２０ｂとを設ける。アノード電極２２は、固体高分子電解質膜１８の面１８ｂに接合される第２電極触媒層（第２触媒層）２２ａと、前記第２電極触媒層２２ａに積層される第２ガス拡散層２２ｂとを設ける。
【００２５】
第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、同一の外形寸法を有するとともに、長辺方向の両端部では、固体高分子電解質膜１８と同一の外形寸法に設定される（図２参照）。第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、短辺方向の両端部では、固体高分子電解質膜１８よりも小さな外形寸法に設定される（図３参照）。
【００２６】
第１ガス拡散層２０ｂは、固体高分子電解質膜１８と同一の外形寸法に設定される（図２及び図３参照）。第２ガス拡散層２２ｂは、長辺方向の両端部で固体高分子電解質膜１８と同一の外形寸法に設定され（図２参照）、且つ、短辺方向の両端部で、前記固体高分子電解質膜１８よりも小さな外形寸法に設定される（図３参照）。
【００２７】
第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、カーボンブラックに白金粒子を担持した触媒粒子を形成し、イオン導伝性バインダーとして高分子電解質を使用し、この高分子電解質の溶液中に前記触媒粒子を均一に混合して作製された触媒ペーストを、固体高分子電解質膜１８の両方の面１８ａ、１８ｂに印刷、塗布又は転写することによって構成される。
【００２８】
第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂは、カーボンブラック及びＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子を含む下地層をカーボンペーパの触媒層側に塗布して形成される。
【００２９】
電解質膜・電極構造体１２には、樹脂体２４が一体化される。樹脂体２４は、電解質膜・電極構造体１２の短辺側の２辺（一方の両端部）に、例えば、溶着、接着、一体成形等により一体化される第１樹脂部材２４ａ及び第２樹脂部材２４ｂからのみ構成される。第１樹脂部材２４ａ及び第２樹脂部材２４ｂは、長辺方向略中央部が突出するとともに、両側が低くなる略山形形状を有する。
【００３０】
第１の実施形態では、図１及び図２に示すように、第１樹脂部材２４ａとカソード電極２０の第１ガス拡散層２０ｂとは、樹脂含浸部２５ａにより一体化される。第１樹脂部材２４ａとアノード電極２２の第２ガス拡散層２２ｂとは、樹脂含浸部２５ｂにより一体化される（図２参照）。
【００３１】
図１及び図４に示すように、第２樹脂部材２４ｂとカソード電極２０の第１ガス拡散層２０ｂとは、樹脂含浸部２５ａにより一体化される。第２樹脂部材２４ｂとアノード電極２２の第２ガス拡散層２２ｂとは、樹脂含浸部２５ｂにより一体化される。
【００３２】
樹脂含浸部２５ａ、２５ｂは、それぞれ第１樹脂部材２４ａ及び第２樹脂部材２４ｂに一体に設けられていてもよく、又は、別部材で構成される樹脂材を用意し、前記樹脂材を溶融させて第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂと前記第１樹脂部材２４ａ及び前記第２樹脂部材２４ｂとに一体に含浸させてもよい。
【００３３】
第１樹脂部材２４ａ及び第２樹脂部材２４ｂは、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーンゴム、フッ素ゴム又はＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等で構成される。
【００３４】
図１に示すように、第１樹脂部材２４ａの第２セパレータ１６側の面には、後述する酸化剤ガス流路４２の入口側に対応する入口バッファ部２６ａが設けられる。第２樹脂部材２４ｂの第２セパレータ１６側の面には、酸化剤ガス流路４２の出口側に対応する出口バッファ部２６ｂが設けられる。入口バッファ部２６ａ及び出口バッファ部２６ｂは、複数の突起部により構成される。
【００３５】
図４に示すように、第１樹脂部材２４ａの第１セパレータ１４側の面には、後述する燃料ガス流路３６の入口側に対応する入口バッファ部２８ａが設けられる。第２樹脂部材２４ｂの第１セパレータ１４側の面には、燃料ガス流路３６の出口側に対応する出口バッファ部２８ｂが設けられる。入口バッファ部２８ａ及び出口バッファ部２８ｂは、複数の突起部により構成される。
【００３６】
図１に示すように、燃料電池１０の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス入口連通孔）３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔（反応ガス入口連通孔）３２ａが設けられる。
【００３７】
燃料電池１０の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔（反応ガス出口連通孔）３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス出口連通孔）３０ｂが設けられる。
【００３８】
燃料電池１０の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３４ａが設けられるとともに、前記燃料電池１０の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。
【００３９】
第１セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａから燃料ガス出口連通孔３２ｂに連なる燃料ガス流路３６が形成される。燃料ガス流路３６の入口側（上端側）には、第１樹脂部材２４ａに設けられた入口バッファ部２８ａに当接する入口バッファ領域３８ａが実質的に平坦状に設けられる。入口バッファ領域３８ａの燃料ガス入口連通孔３２ａ側の端部には、複数の供給孔部４０ａが連通する。
【００４０】
燃料ガス流路３６の出口側（下端部）には、第２樹脂部材２４ｂに設けられた出口バッファ部２８ｂに当接する出口バッファ領域３８ｂが実質的に平坦状に設けられる。出口バッファ領域３８ｂの燃料ガス出口連通孔３２ｂ側の端部には、複数の排出孔部４０ｂが連通する。
【００４１】
第２セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路４２が設けられる。酸化剤ガス流路４２の入口側（上端側）には、第１樹脂部材２４ａに設けられた入口バッファ部２６ａに当接する入口バッファ領域４４ａが実質的に平坦状に設けられる。酸化剤ガス流路４２の出口側（下端側）には、第２樹脂部材２４ｂの下端縁部に設けられた出口バッファ部２６ｂに当接する出口バッファ領域４４ｂが設けられる。
【００４２】
第１セパレータ１４の面１４ｂと第２セパレータ１６の面１６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４６が矢印Ｂ方向に設けられる。
【００４３】
図１〜図３に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材５０が一体化される。第２セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材５２が一体化される。
【００４４】
第１シール部材５０及び第２シール部材５２には、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
【００４５】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００４６】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３２ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３４ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００４７】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１６の酸化剤ガス流路４２に導入され、矢印Ｃ方向に移動して電解質膜・電極構造体１２のカソード電極２０に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３２ａから第１セパレータ１４の供給孔部４０ａを通って燃料ガス流路３６に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３６に沿って矢印Ｃ方向に移動し、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２２に供給される。
【００４８】
従って、電解質膜・電極構造体１２では、カソード電極２０に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２２に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００４９】
次いで、カソード電極２０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極２２に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部４０ｂを通り燃料ガス出口連通孔３２ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５０】
また、冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間の冷却媒体流路４６に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３４ｂから排出される。
【００５１】
この場合、第１の実施形態では、図１及び図４に示すように、電解質膜・電極構造体１２に一体化される樹脂体２４は、入口バッファ部２６ａ、２８ａを設ける第１樹脂部材２４ａと、出口バッファ部２６ｂ、２８ｂを設ける第２樹脂部材２４ｂとからのみで構成されている。すなわち、樹脂体２４は、電解質膜・電極構造体１２の一方の両端部（短辺）にのみ設けられている。
【００５２】
このため、電解質膜・電極構造体１２の全周が樹脂体２４で覆われることがない。従って、電解質膜・電極構造体１２の製作時や燃料電池１０の運転時に、樹脂体２４（第１樹脂部材２４ａ及び第２樹脂部材２４ｂ）と第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂとの伸縮率の相違により発生する応力が、良好に低減される。
【００５３】
これにより、樹脂体２４が設けられた電解質膜・電極構造体１２に応力が発生することがなく、簡単且つ経済的な構成で、前記電解質膜・電極構造体１２の反りや剥離を良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００５４】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体８０の正面説明図である。
【００５５】
なお、第１の実施形態に係る電解質膜・電極構造体１２と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
電解質膜・電極構造体８０は、長方形状を有し、前記電解質膜・電極構造体８０に樹脂体８２が一体化される。樹脂体８２は、電解質膜・電極構造体８０の短辺側の２辺（一方の両端部）に、例えば、溶着、接着、一体成形等により一体化される第１樹脂部材８２ａ及び第２樹脂部材８２ｂからのみ構成される。
【００５７】
第１樹脂部材８２ａの一方の面には、エンボスに代えて複数本のガイド流路溝８４ａが形成される。ガイド流路溝８４ａは、燃料ガス入口連通孔３２ａから燃料ガス流路３６に燃料ガスを案内する機能を有する。
【００５８】
第２樹脂部材８２ｂの一方の面には、エンボスに代えて複数本のガイド流路溝８４ｂが形成される。ガイド流路溝８４ｂは、燃料ガス流路３６から燃料ガス出口連通孔３２ｂに燃料ガスを案内する機能を有する。
【００５９】
第１樹脂部材８２ａの他方の面及び第２樹脂部材８２ｂの他方の面には、図示しないが、同様に複数本のガイド流路溝が形成される。このガイド流路溝は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと酸化剤ガス流路４２とを連結する。
【００６０】
このように構成される第２の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池９０の要部断面説明図である。
【００６２】
燃料電池９０は、電解質膜・電極構造体９２を第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６で挟持する。電解質膜・電極構造体９２は、固体高分子電解質膜１８をカソード電極２０及びアノード電極２２により挟持するとともに、前記アノード電極２２は、前記カソード電極２０よりも表面積が小さい、所謂、段差ＭＥＡを構成する。
【００６３】
カソード電極２０を構成する第１電極触媒層２０ａとアノード電極２２を構成する第２電極触媒層２２ａとは、同一の表面積を有し、且つ、固体高分子電解質膜１８の表面積よりも小さな表面積に設定される。カソード電極２０を構成する第１ガス拡散層２０ｂは、アノード電極２２を構成する第２ガス拡散層２２ｂよりも大きな表面積に設定されるとともに、前記第１ガス拡散層２０ｂは、固体高分子電解質膜１８と同一の表面積に設定される。
【００６４】
電解質膜・電極構造体９２には、樹脂体９４が一体化される。樹脂体９４は、電解質膜・電極構造体９２の短辺側の２辺（一方の両端部）に、例えば、溶着、接着、一体成形等により一体化される第１樹脂部材９４ａ及び第２樹脂部材（図示せず）からのみ構成される。
【００６５】
樹脂体９４を構成する第１樹脂部材９４ａは、段差ＭＥＡである電解質膜・電極構造体９２の外形形状に対応して段差部位９６を有する。第１樹脂部材９４ａとカソード電極２０の第１ガス拡散層２０ｂとは、樹脂含浸部９８ａにより一体化される。第１樹脂部材９４ａとアノード電極２２の第２ガス拡散層２２ｂとは、樹脂含浸部９８ｂにより一体化される。
【００６６】
なお、図示しないが、樹脂体９４を構成する第２樹脂部材も、上記の第１樹脂部材９４ａと同様に構成される。
【００６７】
このように構成される第３の実施形態では、樹脂体９４は、電解質膜・電極構造体９２の一方の両端部（短辺）にのみ設けられており、前記電解質膜・電極構造体９２の全周が樹脂体９４で覆われることがない。これにより、樹脂体９４が設けられた電解質膜・電極構造体９２に応力が発生することがなく、簡単且つ経済的な構成で、前記電解質膜・電極構造体９２の反りや剥離を良好に抑制することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６８】
なお、第３の実施形態では、アノード電極２２は、カソード電極２０よりも表面積が小さく構成されているが、これとは逆に、前記カソード電極２０は、前記アノード電極２２よりも表面積が小さく構成されてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０、９０…燃料電池
１２、８０、９２…電解質膜・電極構造体
１４、１６…セパレータ                  １８…固体高分子電解質膜
２０…カソード電極                      ２０ａ、２２ａ…電極触媒層
２０ｂ、２２ｂ…ガス拡散層              ２２…アノード電極
２４、８２、９４…樹脂体
２４ａ、２４ｂ、８２ａ、８２ｂ、９４ａ…樹脂部材
２５ａ、２５ｂ、９８ａ、９８ｂ…樹脂含浸部
２６ａ、２８ａ…入口バッファ部          ２６ｂ、２８ｂ…出口バッファ部
３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔            ３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３２ａ…燃料ガス入口連通孔              ３２ｂ…燃料ガス出口連通孔
３４ａ…冷却媒体入口連通孔              ３４ｂ…冷却媒体出口連通孔
３６…燃料ガス流路                      ４２…酸化剤ガス流路
４６…冷却媒体流路                      ５０、５２…シール部材
８４ａ、８４ｂ…ガイド流路溝
【図１】
2013157093.tif 000003
【図２】
2013157093.tif 000004
【図３】
2013157093.tif 000005
【図４】
2013157093.tif 000006
【図５】
2013157093.tif 000007
【図６】
2013157093.tif 000008
【図７】
2013157093.tif 000009