(57)【要約】【課題】ガス拡散層および触媒層の外周端面とシール部材との間の間隙における電解質膜の損傷を抑制する。【解決手段】発電モジュールは、電解質膜と、電解質膜を挟むアノード側およびカソード側の一対の触媒層から成る膜電極接合体と、膜電極接合体を挟むアノード側およびカソード側の一対のガス拡散層であって、一方の電極側のガス拡散層の大きさが電解質膜よりも小さい一対のガス拡散層と、一方の電極側のガス拡散層の外周端面の外側であって、電解質膜と一対の触媒層と一対のガス拡散層との積層方向において電解質膜に対応する位置に配置されたシール部材と、一方の電極側とは反対の他方の電極側における触媒層とガス拡散層との間において、積層方向に見てシール部材と外周端面との間の間隙に対応する領域を少なくとも含んで配置され、電解質膜よりも高い剛性又は高い弾性を有する支持層と、を備える。【選択図】図１
2017126448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を構成するために積層して用いられる発電モジュールであって、
電解質膜と、前記電解質膜を挟むアノード側およびカソード側の一対の触媒層と、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟むアノード側およびカソード側の一対のガス拡散層であって、一方の電極側のガス拡散層の大きさが前記電解質膜よりも小さい一対のガス拡散層と、
前記一方の電極側のガス拡散層の外周端面の外側であって、前記電解質膜と前記一対の触媒層と前記一対のガス拡散層との積層方向において前記電解質膜に対応する位置に配置されたシール部材と、
前記一方の電極側とは反対の他方の電極側における触媒層とガス拡散層との間において、前記積層方向に見て前記シール部材と前記外周端面との間の間隙に対応する領域を少なくとも含んで配置され、前記電解質膜よりも高い剛性又は高い弾性を有する支持層と、
を備える、発電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を構成する発電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を構成する発電モジュールとして、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を一対のガス拡散層およびセパレータで挟持した構成を有する単セルが用いられている。また、このような発電モジュールとして、膜電極接合体の一方の電極側において、ガス拡散層および触媒層の外周端面よりも外側に樹脂枠からなるシール部材を設けることにより、膜電極接合体およびガス拡散層と、セパレータとの間における反応ガスや生成水の漏洩を防止する発電モジュールが用いられることがある。このような発電モジュールでは、ガス拡散層および触媒層と、シール部材との間には公差または製造誤差等により間隙が生じることがある。このような間隙が生じた場合、電解質膜の膨張および収縮に伴い、かかる間隙部分において露出した電解質膜に応力集中して電解質膜が変形して損傷するおそれがある。そこで、上述の間隙に充填剤を配置して、間隙部分における電解質膜の損傷を抑制することが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２５９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の間隙に充填剤を配置しても、かかる部分において電解質膜を十分に支えることができないため、変形に伴う応力集中が起こって電解質膜が損傷するおそれがある。このため、ガス拡散層および触媒層の外周端面とシール部材との間の間隙における電解質膜の損傷を抑制可能な技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一実施形態によれば、燃料電池を構成するために積層して用いられる発電モジュールが提供される。この発電モジュールは、電解質膜と；前記電解質膜を挟むアノード側およびカソード側の一対の触媒層と；を有する膜電極接合体と；前記膜電極接合体を挟むアノード側およびカソード側の一対のガス拡散層であって、一方の電極側のガス拡散層の大きさが前記電解質膜よりも小さい一対のガス拡散層と；前記一方の電極側のガス拡散層の外周端面の外側であって、前記電解質膜と前記一対の触媒層と前記一対のガス拡散層との積層方向において前記電解質膜に対応する位置に配置されたシール部材と；前記一方の電極側とは反対の他方の電極側における触媒層とガス拡散層との間において、前記積層方向に見て前記シール部材と前記外周端面との間の間隙に対応する領域を少なくとも含んで配置され、前記電解質膜よりも高い剛性又は高い弾性を有する支持層と；を備える。
【０００７】
この構成によれば、電解質膜よりも高い剛性または高い弾性を有する支持層が、一方の電極側のガス拡散層の外周端面の外側とシール部材との間に形成された間隙に対応する領域を含むように、他方の電極側の触媒層とガス拡散層との間に配置されている。したがって、かかる支持層により電解質膜において間隙に対応する部分を拘束し、かかる部分に変形に伴う応力が集中することを抑制して、電解質膜の損傷を抑制できる。加えて、支持層によって、間隙において露出した電解質膜と、他方の電極側の触媒層と、他方の電極側のガス拡散層との全体的な接合性を高めるとともに、電解質膜の劣化を促す過酸化水素やラジカルの生成を抑えることができるので、電解質膜の膨張や収縮による変形や破断を抑制できる。また、例えば、他方の電極側のガス拡散層を構成する材料が、かかる領域において電解質膜に突き刺さり、電解質膜が損傷することを抑制できる。
【０００８】
本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、発電モジュールを備えた燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを備えた車両の形態においても実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態としての発電モジュール２００を適用した単セル５００の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す発電モジュール２００の間隙６０近傍の拡大図である。
【図３】セル締結圧力を受けた際の単セル５００を示す説明図である。
【図４】水素欠乏時における単セル５００を示す説明図である。
【図５】比較例の発電モジュール２５０を示す図である。
【図６】第２実施形態における発電モジュール２００ａを示す拡大断面図である。
【図７】第３実施形態における発電モジュール２００ｂを示す拡大断面図である。
【図８】第４実施形態における発電モジュール２００ｃを示す断面図である。
【図９】変形例における発電モジュール２００ｄを示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．単セルおよび発電モジュールの概略構成：
図１は、本発明の一実施形態としての発電モジュール２００を適用した単セル５００の構成を示す断面図である。本実施形態において、単セル５００は、固体高分子型燃料電池であり、燃料電池（燃料電池スタック）を構成するために積層して用いられる。積層して用いられる際の積層方向は、図１に示すＹ軸と平行な方向である。単セル５００は、発電モジュール２００と、発電モジュール２００を積層方向に沿って挟んで配置される一対のセパレータ４０ａ、４０ｃとを備える。セパレータ４０ａは、単セル５００のアノード側に配置されるセパレータである。セパレータ４０ｃは、単セル５００のカソード側に配置されるセパレータである。これら一対のセパレータ４０ａ，４０ｃは、いずれも略矩形形状の薄板部材であり、積層方向の両面には凹凸形状が形成されている。この凹凸形状により、反応ガス（燃料ガスあるいは酸化剤ガス）が流れるセル内ガス流路が形成されると共に隣り合う単セル５００のセパレータ４０ａ、４０ｃとの間に冷却媒体の流路が形成される。
【００１１】
発電モジュール２００は、膜電極接合体１００と、膜電極接合体１００を挟む一対のガス拡散層３０ａ、３０ｃと、シール部材５０と、支持層７０とを備える。膜電極接合体１００は、電解質膜１０と、電解質膜１０を挟むアノード側触媒層２０ａおよびカソード側触媒層２０ｃとにより構成されている。本実施形態では、電解質膜１０の下方側（−Ｙ方向）がアノード側、上方側（＋Ｙ方向）がカソード側である。電解質膜１０は、固体高分子電解質膜であり、例えばナフィオン膜から成る。電解質膜１０の下方側（−Ｙ方向）には、アノード側触媒層２０ａが配置され、上方側（＋Ｙ方向）には、カソード側触媒層２０ｃが配置される。アノード側触媒層２０ａおよびカソード側触媒層２０ｃは、発電モジュール２００における燃料電池反応を促進するための触媒（例えば、白金）を担持したカーボン粒子と電解質樹脂（アイオノマ）により形成されている。図１に示すように、カソード側触媒層２０ｃの平面視の大きさは、電解質膜１０の平面視の大きさよりも小さい。したがって、カソード側触媒層２０ｃの−Ｘ方向の端部は、電解質膜１０の−Ｘ方向の端部よりも、＋Ｘ方向に位置する。これに対して、アノード側触媒層２０ａの平面視の大きさは、電解質膜１０の平面視の大きさと略等しい。
【００１２】
膜電極接合体１００のアノード側（−Ｙ方向側）には、アノード側ガス拡散層３０ａが配置されている。また、膜電極接合体１００のカソード側（＋Ｙ方向側）には、カソード側ガス拡散層３０ｃが配置されている。アノード側ガス拡散層３０ａおよびカソード側ガス拡散層３０ｃは、反応ガス（燃料ガスあるいは酸化剤ガス）を電極面全体に拡散して行き渡らせる。図１に示すように、カソード側ガス拡散層３０ｃの平面視の大きさは、カソード側触媒層２０ｃの平面視の大きさと略等しい。したがって、カソード側ガス拡散層３０ｃの平面視の大きさは、電解質膜１０の平面視の大きさよりも小さい。これに対して、アノード側ガス拡散層３０ａの平面視の大きさは、電解質膜１０およびアノード側触媒層２０ａの平面視の大きさと略等しい。本実施形態において、アノード側ガス拡散層３０ａおよびカソード側ガス拡散層３０ｃは、いずれも炭素繊維により形成されている。
【００１３】
シール部材５０は、カソード側ガス拡散層３０ｃ外周端面の外側（−Ｘ方向側）に配置される。より正確には、シール部材５０は、カソード側ガス拡散層３０ｃおよびカソード側触媒層２０ｃの外周端面の外側（−Ｘ方向側）のうち、積層方向において電解質膜１０に対応する位置に配置される。シール部材５０は、発電モジュール２００とセパレータ４０ａ，４０ｃとの間からの反応ガスや生成水等の漏洩を防止する。本実施形態において、シール部材５０は、高分子フィルム（ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等）やゴムにより形成されている。ゴムとしては、例えば、ブチルゴムやシリコーンゴムを採用してもよい。
【００１４】
ここで、カソード側ガス拡散層３０ｃの外周端面およびカソード側触媒層２０ｃの外周端面と、シール部材５０との間、すなわち、カソード側ガス拡散層３０ｃおよびカソード側触媒層２０ｃの−Ｘ方向の端部とシール部材５０の＋Ｘ方向の端部との間には、間隙６０が形成されている。このような間隙６０は、公差、製造誤差、および経年変化等により生じる。上述のように、カソード側触媒層２０ｃおよびカソード側ガス拡散層３０ｃの平面視の大きさは電解質膜１０の平面視の大きさよりも小さいため、間隙６０において電解質膜１０が露出する。
【００１５】
支持層７０は、アノード側触媒層２０ａとアノード側ガス拡散層３０ａとの間に配置される。また支持層７０は、カソード側に形成された上述の間隙６０に対応する領域を少なくとも含むように配置されている。支持層７０の配置位置について、詳細は後述する。支持層７０は、電解質膜１０よりも高い剛性、又は、高い弾性を有する液状接着部材により形成されている。具体的には、本実施形態においては、支持層７０は、エポキシ樹脂により形成されている。なお、エポキシ樹脂に代えて、電解質膜１０よりも高い剛性、又は、高い弾性を有する他の任意の材料により、支持層７０を形成してもよい。発電モジュール２００では、このような特性を有する支持層７０を設けることにより、電解質膜１０を支持している。アノード側触媒層２０ａは多孔質層であるため電解質膜１０との接合性は低い。同様に、アノード側ガス拡散層３０ａは多孔質層であるためアノード側触媒層２０ａとの接合性は低い。このため、アノード側触媒層２０ａおよびアノード側ガス拡散層３０ａによる電解質膜１０を支持する力は低く、これら２つの層２０ａ，３０ａでは電解質膜１０の変形を抑制できない。そこで、本実施形態の発電モジュール２００では、支持層７０を設けることにより、電解質膜１０を支持して電解質膜１０の変形を抑制している。なお、支持層７０の詳細な作用および効果は、後述する。
【００１６】
本実施形態では、支持層７０は以下のように形成される。発電モジュール２００の作製時において、膜電極接合体１００を作製後、アノード側触媒層２０ａの所定位置にエポキシ樹脂を塗工することにより支持層７０が形成される。その後、膜電極接合体１００および支持層７０に対して、一対のガス拡散層３０ａ、３０ｃを熱圧着させることにより、発電モジュール２００が形成される。なお、エポキシ樹脂の塗工箇所は、アノード側触媒層２０ａの表面に代えて、または、アノード側触媒層２０ａの表面に加えて、アノード側ガス拡散層３０ａの表面としてもよい。
【００１７】
Ａ２．支持層７０の詳細構成：
図２は、図１に示す発電モジュール２００の間隙６０近傍の拡大図である。なお、図２では、一対のセパレータ４０ａ，４０ｃを省略している。図２に示すように、支持層７０は、アノード側触媒層２０ａとアノード側ガス拡散層３０ａとの間に配置されている。また、支持層７０は、カソード側の間隙６０に対応する領域、すなわち、Ｙ軸方向に見て間隙６０と重なる領域Ｓ１（以下、単に「対応領域Ｓ１」と呼ぶ）を含むように配置されている。具体的には、支持層７０の＋Ｘ方向の端面Ｅ３のＸ軸に沿った位置は、カソード側ガス拡散層３０ｃの−Ｘ方向の外周端面Ｅ２のＸ軸方向に沿った位置よりも、距離ｄ１だけ＋Ｘ方向、すなわち発電モジュール２００の内側に配置される。また、支持層７０の−Ｘ方向の端面のＸ軸方向に沿った位置は、図１に示すように発電モジュール２００の−Ｘ方向の端面のＸ軸方向に沿った位置に等しい。すなわち、支持層７０の−Ｘ方向の端面のＸ軸方向に沿った位置は、シール部材５０の端面Ｅ１のＸ軸方向に沿った位置よりも−Ｘ方向に配置される。したがって、積層方向に沿って、支持層７０と間隙６０を見たとき、支持層７０は、間隙６０を含むように配置されている。
【００１８】
図３は、セル締結圧力を受けた際の単セル５００を示す説明図である。セル締結時、セパレータ４０ｃは、単セル５００の上方（＋Ｙ方向）から下方（−Ｙ方向）に向かう締結圧力Ｆ１を受け、同様に、セパレータ４０ａは、単セル５００の下方（−Ｙ方向）から上方（＋Ｙ方向）に向かう締結圧力Ｆ２を受ける。これに伴い、膜電極接合体１００も同様に締結圧力を受けることとなる。しかし、本実施形態の発電モジュール２００には、電解質膜１０よりも高い剛性を有する支持層７０が対応領域Ｓ１を含むようにアノード側触媒層２０ａとアノード側ガス拡散層３０ａとの間に設けられているので、かかる締結圧力は、支持層７０によりアノード側触媒層２０ａを介して電解質膜１０のうちの間隙６０において露出している部分（以下、「露出部分」と呼ぶ）にも伝播される。このため、電解質膜１０の膨張および収縮が起こった場合でも、露出部分の変形を抑制できる。支持層７０を配置することによる他の効果について、図４を用いて説明する。
【００１９】
図４は、水素欠乏時における単セル５００を示す説明図である。一般的に、発電モジュール２００の端部においては、発電モジュール２００の中央部に比べて水素の拡散距離が長いため、電気化学反応に必要な水素が十分供給されない可能性がある。このような水素欠乏状態において発電モジュール２００を発電させた場合、カソード側の担体カーボンの酸化反応（１／２Ｃ＋Ｈ２Ｏ→１／２ＣＯ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−）とともに、アノード側の酸素還元反応（１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋ｅ−→Ｈ２Ｏ）が進行する。その結果、カソード側において、カソード側ガス拡散層３０ｃと膜電極接合体１００との接着強度が低下し、電解質膜１０の膨張および収縮が起こり易くなる。しかし、本実施形態の発電モジュール２００には、アノード側触媒層２０ａとアノード側ガス拡散層３０ａとの間に支持層７０を設けているため、上述したアノード側の酸素還元反応を阻害できる。これに伴い、カソード側の担体カーボンの酸化反応を抑制でき、カソード側ガス拡散層３０ｃと膜電極接合体１００との接着強度の低下を抑制できる。したがって、間隙６０において電解質膜１０が露出していたとしても、電解質膜１０の膨張や収縮による変形を抑制できる。
【００２０】
また、露出部分の積層方向（＋Ｙ方向）には、アノード側触媒層２０ａおよびアノード側ガス拡散層３０ａが存在しないために、露出部分の酸素供給量は多い。このため、電解質膜１０を介してアノード側からカソード側へ透過する水素と酸素とが反応して、過酸化水素が発生する反応（２Ｈ＋＋Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ２）が促進され易い。その結果、過酸化水素による電解質膜１０の劣化が起こり易い。しかし、本実施形態の発電モジュール２００には、アノード側触媒層２０ａとアノード側ガス拡散層３０ａとの間に支持層７０を設けているため、支持層７０によりアノード側からカソード側への水素の移動を遮断できるので、上述した過酸化水素が発生する反応を抑制できる。したがって、間隙６０において電解質膜１０が露出していたとしても、電解質膜１０の劣化を抑制できる。
【００２１】
また、本実施形態の発電モジュール２００には、アノード側触媒層２０ａとアノード側ガス拡散層３０ａとの間に支持層７０が存在するので、アノード側ガス拡散層３０ａを形成する炭素繊維の毛羽が、触媒層２０ａを貫いて電解質膜１０に至ることを抑制できる。
【００２２】
Ａ３．比較例：
図５は、比較例の発電モジュール２５０を示す図である。図５に示すように、比較例における発電モジュール２５０には支持層７０が設けられていない。したがって、例えば、発電モジュール２５０を適用した単セルにおいて間隙９０には締結圧力が加えられない。このため、電解質膜１０が膨張および収縮しようとする際に、間隙９０に対応する部分には締結圧力が加えられないため自由に変形でき、かかる部分に応力が集中することとなる。その結果、電解質膜１０の変形や破断が生じ得ることとなる。これに対して、第１実施形態の発電モジュール２００では、支持層７０が設けられているので、露出部分にも締結圧力を加えることができ、電解質膜１０を拘束して電解質膜１０の変形を抑制できる。その結果、露出部分への応力集中を抑制して電解質膜１０の損傷を抑制できる。
【００２３】
以上説明した、第１実施形態の発電モジュール２００によれば、電解質膜１０よりも高い剛性または高い弾性を有する支持層７０が、カソード側に形成された間隙６０に対応する対応領域Ｓ１を含むように、アノード側触媒層２０ａとアノード側ガス拡散層３０ａとの間に配置されるので、支持層７０により電解質膜１０の露出部分を拘束し、露出部分に電解質膜１０の変形に伴う応力が集中することを抑制して、電解質膜１０の損傷を抑制できる。加えて、間隙６０において露出した電解質膜１０とアノード側触媒層２０ａおよびアノード側ガス拡散層３０ａとの相互の接合性を、支持層７０を介して高めることができる。また、支持層７０により、アノード側の酸素還元反応を抑制できるので、かかる反応に伴って生じるカソード側のカーボン酸化反応を抑制して、アノード側ガス拡散層３０ａと膜電極接合体１００との接合性を向上できる。このため、電解質膜１０を支持する力を向上できる。また、支持層７０により、アノード側からカソード側への水素の移動を遮断できるので、電解質膜１０の劣化を促す過酸化水素やラジカルの生成を抑えることができる。このため、電解質膜１０の劣化を抑制でき、電解質膜１０の損傷を抑制できる。
【００２４】
Ｂ．第２実施形態：
図６は、第２実施形態における発電モジュール２００ａを示す拡大断面図である。図６では、第２実施形態の発電モジュール２００ａにおいて間隙６０の近傍を拡大して示している。第２実施形態の発電モジュール２００ａは、膜電極接合体１００に代えて膜電極接合体１００ａを備えている点と、支持層７０に代えて支持層７１を備えている点とにおいて、第１実施形態の発電モジュール２００と異なる。第２実施形態の発電モジュール２００ａにおけるその他の構成は、第１実施形態の発電モジュール２００と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
膜電極接合体１００ａは、アノード側触媒層２０ａに代えてアノード側触媒層２１ａを備えている点において、第１実施形態の膜電極接合体１００と異なる。膜電極接合体１００ａの他の構成は、膜電極接合体１００と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。第２実施形態のアノード側触媒層２１ａの平面視の大きさは、アノード側ガス拡散層３０ａの平面視の大きさよりも小さい。このため、図６に示すように、アノード側触媒層２１ａの−Ｘ方向の端面は、アノード側ガス拡散層３０ａおよび電解質膜１０の−Ｘ方向の端面よりも＋Ｘ方向に位置している。
【００２６】
第２実施形態の支持層７１は、電解質膜１０とアノード側ガス拡散層３０ａとの間に加えて、アノード側触媒層２１ａの外周端面の外側にも配置されている。図６に示すように、支持層７１は、第１実施形態の支持層７０と同様に、カソード側に形成された間隙６０に対応する対応領域Ｓ１を含むように配置される点は同じである。
【００２７】
以上の構成を有する第２実施形態の発電モジュール２００ａは、第１実施形態の発電モジュール２００と同様な効果を有する。加えて、支持層７１は、電解質膜１０と直接接合しているため、第１実施形態と比べて自身と電解質膜１０との接合性をより高めることができ、電解質膜１０の変形や破断を抑制できる。
【００２８】
Ｃ．第３実施形態：
図７は、第３実施形態における発電モジュール２００ｂを示す拡大断面図である。図７では、第３実施形態の発電モジュール２００ｂにおいて間隙６０の近傍を拡大して示している。第３実施形態の発電モジュール２００ｂは、膜電極接合体１００に代えて膜電極接合体１００ｂを備えている点と、シール部材５０に代えてシール部材５１を備えている点と、カソード側に支持層７２を備えている点とにおいて、第１実施形態の発電モジュール２００と異なる。第３実施形態の発電モジュール２００ｂにおけるその他の構成は、第１実施形態の発電モジュール２００と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
膜電極接合体１００ｂは、カソード側触媒層２０ｃに代えてカソード側触媒層２１ｃを備えている点において、第１実施形態の膜電極接合体１００と異なる。膜電極接合体１００ｂの他の構成は、膜電極接合体１００と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。第３実施形態のカソード側触媒層２１ｃの平面視の大きさは、カソード側ガス拡散層３０ｃの平面視の大きさよりも小さい。このため、図７に示すように、カソード側触媒層２１ｃの−Ｘ方向の端面は、カソード側ガス拡散層３０ｃの端面よりも＋Ｘ方向に位置している。
【００３０】
シ−ル部材５１は、厚さ（Ｙ軸方向の長さ）が短い点においてシール部材５０と異なり、他の構成はシール部材５０と同じである。
【００３１】
支持層７２は、シール部材５１と電解質膜１０との間、および間隙６０において電解質膜１０と接する位置に配置されている。また、支持層７２は、カソード側触媒層２１ｃの外周端面と、カソード側ガス拡散層３０ｃと、電解質膜１０とに三方を囲まれた領域にも配置されている。このような支持層７２は、Ｙ軸方向に見てカソード側に形成された間隙６０に対応する領域Ｓ１を含むように配置される点では、支持層７０と共通する。
【００３２】
以上の構成を有する第３実施形態の発電モジュール２００ｂは、第１実施形態の発電モジュール２００と同様な効果を有する。加えて、カソード側に形成された間隙６０において露出した電解質膜１０のカソード側の面に接して支持層７２を設けているので、電解質膜１０の変形や破断を抑制できる。
【００３３】
Ｄ．第４実施形態：
図８は、第４実施形態における発電モジュール２００ｃを示す断面図である。図８では、第４実施形態の発電モジュール２００ｃにおいて間隙６０の近傍を拡大して示している。第４実施形態の発電モジュール２００ｃは、膜電極接合体１００に代えて膜電極接合体１００ｃを備えている点と、シール部材５０に代えてシール部材５２を備えている点とにおいて、第１実施形態の発電モジュール２００と異なる。第３実施形態の発電モジュール２００ｃにおけるその他の構成は、第１実施形態の発電モジュール２００と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
膜電極接合体１００ｃは、カソード側触媒層２０ｃに代えてカソード側触媒層２２ｃを備えている点において、第１実施形態の膜電極接合体１００と異なる。膜電極接合体１００ｃの他の構成は、膜電極接合体１００と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。第４実施形態のカソード側触媒層２２ｃの平面視の大きさは、電解質膜１０の平面視の大きさと略等しい。このため、間隙６０において、電解質膜１０は露出していない。
【００３５】
シール部材５２は、カソード側触媒層２２ｃに接している点において、第１実施形態のシール部材５０と異なる。具体的には、シール部材５２は、カソード側触媒層２２ｃの−Ｘ方向の端部の＋Ｙ方向の面に接して配置されている。
【００３６】
以上の構成を有する第４実施形態の発電モジュール２００ｃは、第１実施形態の発電モジュール２００と同様な効果を有する。加えて、第４実施形態の発電モジュール２００ｃでは、間隙６０において電解質膜１０が露出しないので、電解質膜１０における間隙６０に対応する部分の変形を、カソード側触媒層２２ｃによって抑制できる。
【００３７】
Ｅ．変形例：
Ｅ１．変形例１：
図９は、変形例における発電モジュール２００ｄを示す拡大断面図である。変形例の発電モジュール２００ｄは、アノード側とカソード側の構成が図２に示す第１実施形態の発電モジュール２００とは逆になっている。具体的には、膜電極接合体１００ｄを構成する、電解質膜１０、アノード側触媒層２５ａ、およびカソード側触媒層２５ｃのうち、アノード側触媒層２５ａの平面視の大きさは電解質膜１０の平面視の大きさよりも小さい。カソード側触媒層２５ｃの平面視の大きさは電解質膜１０の平面視の大きさと略等しい。また、アノード側ガス拡散層３５ａの平面視の大きさは電解質膜１０の平面視の大きさよりも小さい。シール部材５３は、アノード側触媒層２５ａおよびアノード側ガス拡散層３５ａの外周端面の外側に配置されている。アノード側触媒層２５ａおよびアノード側ガス拡散層３５ａの外周端面とシール部材５３との間には、間隙６５が形成されている。支持層７３は、カソード側触媒層２５ｃとカソード側ガス拡散層３５ｃとの間に配置されている。また、支持層７３は、間隙６５に対して対応する領域Ｓ２、すなわち、間隙６５に対してＹ軸方向に見て重なる領域Ｓ２を含むように配置されている。
【００３８】
このような構成を有する変形例の発電モジュール２００ｄは、第１実施形態の発電モジュール２００と同様な効果を有する。したがって、支持層７３によって、間隙６５において電解質膜１０が露出した部分に応力が集中することを抑制して、電解質膜１０の損傷を抑制できる。
【００３９】
本発明は、上述の実施形態および変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…電解質膜
２０ａ、２１ａ、２５ａ…アノード側触媒層
２０ｃ、２１ｃ、２２ｃ、２５ｃ…カソード側触媒層
３０ａ、３５ａ…アノード側ガス拡散層
３０ｃ、３５ｃ…カソード側ガス拡散層
４０ａ、４０ｃ…セパレータ
５０、５１、５２、５３…シール部材
６０、６５、９０…間隙
７０、７１、７２、７３…支持層
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ…膜電極接合体
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２５０…発電モジュール
５００…単セル
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３…端面
Ｆ１、Ｆ２…締結圧力
Ｓ１、Ｓ２…領域（対応領域）
ｄ１…距離
【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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