(57)【要約】【課題】反応ガス流路溝の水閉塞防止と発電性能の安定性確保と構成部材の簡素化。【解決手段】アノード側セパレータ１７は、アノード側ガス拡散層１５と接するアノード側電極部と燃料ガス供給マニホールド３１と燃料ガス排出マニホールド３２を備え、アノード側電極部には、燃料ガス供給マニホールド３１の近傍に燃料ガス流路溝入口４４が形成され、燃料ガス供給マニホールド３１と燃料ガス流路溝入口４４は連通しておらず、また、アノード側ガス拡散層１５は、燃料ガス供給マニホールド３１と燃料ガス流路溝入口４４の間を覆うように、アノード側電極部上に配置されているので、アノード側ガス拡散層１５の撥水性により、水滴が燃料ガス流路溝４１に侵入し閉塞することを防止し、水滴が除かれた燃料ガスがアノード側ガス拡散層１５の端面から面内方向へ拡散する。【選択図】図３
2017021943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜、および前記高分子電解質膜を互いの間に挟む一対の電極層を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を互いの間に挟む一対のセパレータと、を備える単セルを少なくとも一つ有する、高分子電解質型燃料電池であって、
前記電極層は、前記セパレータと接触する面に撥水性を有するガス拡散層を有し、
前記セパレータは、反応ガス供給孔と、反応ガス流路溝が形成され前記撥水性を有するガス拡散層と接触する電極部と、を有し、
少なくとも一方の前記セパレータは、前記反応ガス供給孔と前記反応ガス流路溝が連通しておらず、前記反応ガス供給孔と前記反応ガス流路溝の入口との間の部分が、前記撥水性を有するガス拡散層によって覆われている、高分子電解質型燃料電池。
【請求項２】
前記反応ガス供給孔と前記反応ガス流路溝の入口との間の部分が、前記撥水性を有するガス拡散層によって覆われている前記セパレータは、アノード側セパレータとカソード側セパレータのうちの前記アノード側セパレータである、請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子電解質を用いた燃料電池に関し、特に、水滴による反応ガス流路溝の閉塞防止構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質型燃料電池の単セルは、高分子電解質膜の両面に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層を配置し、さらにその外側にガス通気性と導電性を兼ね備えた一対のガス拡散電極層を配置してアノードおよびカソードを構成した膜電極接合体（以降、ＭＥＡと称する）を、一対の導電性のセパレータで挟持した構成になっている。
【０００３】
そして両セパレータの、ＭＥＡのアノードとカソードに接する面には、それぞれガス流路溝が設けてあり、このガス流路溝を通して、アノードおよびカソードにそれぞれ水素を含有する燃料ガスと空気など酸素を含有する酸化剤ガス（以下、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応ガスと総称する場合がある）とが供給される。
【０００４】
また、アノードにおいて、電極反応により燃料ガス中の水素原子から電子が解放されて水素イオンが生成されるとともに、この電子がセパレータを介して外部回路（負荷）を通じてカソードに到達する。
【０００５】
一方、水素イオンは高分子電解質膜を通過してカソードに到達し、カソードにおいて水素イオンと電子と酸化剤ガス中の酸素とが結合して水が生成される。
【０００６】
なお、セパレータとＭＥＡとの間には、反応ガスが所定の領域から漏れ出ないようにするためのシール構造を備えたＭＥＡガスケットが設けられている。
【０００７】
高分子電解質型燃料電池では、高分子電解質膜にイオン伝導性を付与するために、高分子電解質型燃料電池に供給される反応ガスは、加湿器等によって加湿されるのが一般的である。これにより、高分子電解質膜に必要な水分は、主に水蒸気の状態で供給される。
【０００８】
しかし、高分子電解質型燃料電池の運転温度や外部環境などの条件によって反応ガス中の水分が凝縮して、水滴が発生することがある。この水滴が多量に反応ガス流路溝に侵入すると、反応ガス流路溝が水滴によって閉塞されてしまう。この場合、高分子電解質膜を挟む一対の電極層へ反応ガスが均一に供給されず、高分子電解質型燃料電池において電圧の異常低下が生じるという問題がある。
【０００９】
このような問題に対して、反応ガス中に含まれる水滴が反応ガス流路溝に侵入することを防止する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
図１２は、特許文献１で提案された従来の高分子電解質型燃料電池の基本構成図を示すものである。図１２に示すように、セパレータ２０１と、反応ガス供給用マニホールド２０２と、反応ガス連通路溝２０３と、反応ガス流路溝２０４と、仕切り管２０５と、から構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−８７７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１の構成では、反応ガス供給用マニホールド２０２へ水滴が多量に供給されると、反応ガス流れと共に水滴が仕切り管２０５を越えて、反応ガス連通路溝２０３に水滴が多量に侵入し、反応ガス連通路溝２０３、または、反応ガス流路溝２０４が閉塞されてしまうため、電極層へ反応ガスが均一に供給されず異常な電圧低下が発生する。
【００１３】
さらに、反応ガス連通路溝と対向しない部分が開放された仕切り管が必要であるため構成が複雑化する。このように従来の構成では、安定した発電性能の確保と、構成部材の簡素化に課題を有していた。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、安定した発電性能の確保と、構成部材の簡素化が可能な高分子電解質型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】
上記従来の課題を解決するために、本発明の高分子電解質型燃料電池は、膜電極接合体を互いの間に挟む一対のセパレータの少なくとも一方のセパレータにおいて、反応ガス供給孔と反応ガス流路溝が連通しておらず、前記反応ガス供給孔と前記反応ガス流路溝の入口との間の部分が、撥水性を有するガス拡散層によって覆われているのである。
【００１６】
これによって、ガス拡散層の撥水性により反応ガス供給孔から反応ガス流路溝への水滴の侵入を防ぐことが可能となる。さらに、水滴が除かれた反応ガスがガス拡散層の面内方向へ拡散することにより、反応ガスを、反応ガス供給孔から反応ガス流路溝へ安定して供給することが可能となる。また、反応ガス不足に起因する電極層の触媒溶出による膜電極接合体の不可逆劣化を抑制することが可能となる。さらに、電極層部材であるガス拡散層の形状を一部変更して用いることで、部品点数の増加も防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の高分子電解質型燃料電池は、簡単な構成で、水滴による反応ガス流路溝の閉塞を防止し、安定した発電性能の確保と、構成部材の簡素化が可能な高分子電解質型燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における高分子電解質型燃料電池の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における高分子電解質型燃料電池のアノード側セパレータの平面図
【図３】本発明の実施の形態１における高分子電解質型燃料電池のアノード側セパレータに、アノード側ガス拡散層を投影した平面図
【図４】本発明の実施の形態１における高分子電解質型燃料電池のカソード側セパレータの平面図
【図５】本発明の実施の形態１における高分子電解質型燃料電池のカソード側セパレータに、カソード側ガス拡散層を投影した平面図
【図６】本発明の実施の形態１における高分子電解質型燃料電池を、図２のＩ−Ｉ線で切断したときの単セルの断面図
【図７】本発明の実施の形態１における高分子電解質型燃料電池を、図４のII−II線で切断したときの単セルの断面図
【図８】本発明の実施の形態２における高分子電解質型燃料電池の斜視図
【図９】本発明の実施の形態２における高分子電解質型燃料電池のカソード側セパレータの平面図
【図１０】本発明の実施の形態２における高分子電解質型燃料電池のカソード側セパレータに、カソード側ガス拡散層を投影した平面図
【図１１】本発明の実施の形態２における高分子電解質型燃料電池を、図８のIII−III線で切断したときの単セルの断面図
【図１２】従来の高分子電解質型燃料電池の基本構成図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、高分子電解質膜、および高分子電解質膜を互いの間に挟む一対の電極層を有する膜電極接合体と、膜電極接合体を互いの間に挟む一対のセパレータと、を備える単セルを少なくとも一つ有する、高分子電解質型燃料電池であって、電極層は、セパレータと接触する面に撥水性を有するガス拡散層を有し、セパレータは、反応ガス供給孔と、反応ガス流路溝が形成され撥水性を有するガス拡散層と接触する電極部と、を有し、少なくとも一方のセパレータは、反応ガス供給孔と反応ガス流路溝が連通しておらず、反応ガス供給孔と反応ガス流路溝の入口との間の部分が、撥水性を有するガス拡散層によって覆われているのである。
【００２０】
上記構成により、ガス拡散層の撥水性により反応ガス供給孔から反応ガス流路溝への水滴の侵入を防ぐことが可能となる。さらに、水滴が除かれた反応ガスがガス拡散層の面内方向へ拡散することにより、反応ガスを、反応ガス供給孔から反応ガス流路溝へ安定して供給することが可能となる。また、反応ガス不足に起因する電極層の触媒溶出による膜電極接合体の不可逆劣化を抑制することが可能となる。さらに、電極層の構成部材であるガス拡散層の形状を一部変更して用いることで、部品点数の増加を防止することが可能となり、水滴による反応ガス流路溝の閉塞を防止し、安定した発電性能の確保と、構成部材の簡素化ができる。
【００２１】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記反応ガス供給孔と前記反応ガス流路溝の入口との間の部分が、前記撥水性を有するガス拡散層によって覆われている前記セパレータを、アノード側セパレータとカソード側セパレータのうちの前記アノード側セパレータとするものである。
【００２２】
上記構成により、アノード側ガス拡散層の撥水性により燃料ガス供給部から燃料ガス流路溝への水滴の侵入を防ぐことが可能となる。さらに、水滴が除かれた燃料ガスがアノード側ガス拡散層の面内方向へ拡散することにより、燃料ガスを、燃料ガス供給部から燃料ガス流路溝へ安定して供給することが可能となる。また、燃料ガス不足に起因するアノード側電極層の触媒溶出による膜電極接合体の不可逆劣化を効率的に抑制することが可能となる。さらに、アノード側電極層の構成部材であるアノード側ガス拡散層の形状を一部変更して用いることで、部品点数の増加を防止することが可能となり、水滴による燃料ガス流路溝の閉塞を防止し、安定した発電性能の確保と、構成部材の簡素化ができる。
【００２３】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における高分子電解質型燃料電池の斜視図である。図２は同実施の形態における高分子電解質型燃料電池のアノード側セパレータの平面図である。図３は同実施の形態における高分子電解質型燃料電池のアノード側セパレータに、アノード側ガス拡散層を投影した平面図である。図４は同実施の形態における高分子電解質型燃料電池のカソード側セパレータの平面図である。
【００２５】
図５は同実施の形態における高分子電解質型燃料電池のカソード側セパレータに、カソード側ガス拡散層を投影した平面図である。図６は同実施の形態における高分子電解質型燃料電池を図２のＩ−Ｉ線で切断したときの単セルの断面図である。図７は同実施の形態における高分子電解質型燃料電池を図４のII−II線で切断したときの単セルの断面図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態の高分子電解質型燃料電池１０１Ａは、単セル１ａが複数積層されたセル積層体２ａと、セル積層体２ａの外両脇に設けられた集電板３ａ、集電板３ｂと、外部電流ケーブルと接続するための取り出し端子４と、集電板３ａ、集電板３ｂの外両脇に設けられた絶縁性を備える端板５ａ、端板５ｂと、端板５ａ側に接続された燃料ガス供給配管６と、冷却水供給配管７と、酸化剤ガス供給配管８と、燃料ガス排出配管９と、冷却水排出配管１０及び酸化剤ガス排出配管１１とで、構成される。
【００２７】
図２に示すように、アノード側セパレータ１７は、アノード側ガス拡散層１５と接するアノード側電極部２０と、燃料ガス供給マニホールド３１と、燃料ガス排出マニホールド３２と、酸化剤ガス供給マニホールド３３と、酸化剤ガス排出マニホールド３４と、冷却水供給マニホールド３５と、冷却水排出マニホールド３６とで、構成される。
【００２８】
燃料ガス供給マニホールド３１の近傍に燃料ガス流路溝入口４４が形成され、燃料ガス排出マニホールド３２の近傍に燃料ガス流路溝出口４５が形成されており、燃料ガス流路溝入口４４と燃料ガス流路溝出口４５の間を、アノード側電極部２０全体に広がるサーペンタイン形状の燃料ガス流路溝４１が形成されている。
【００２９】
また、燃料ガス供給マニホールド３１と燃料ガス流路溝入口４４は連通していない。また、燃料ガス流路溝出口４５と燃料ガス排出マニホールド３２を繋ぐように燃料ガス連通路溝４８が形成されている。なお、図３に示すように、アノード側ガス拡散層１５は、燃料ガス供給マニホールド３１と燃料ガス流路溝入口４４の間を覆うように、アノード側電極部２０上に配置されている。
【００３０】
そして、図４に示すように、カソード側セパレータ１８ａは、カソード側ガス拡散層１６ａと接するカソード側電極部２１ａと、燃料ガス供給マニホールド３１と、燃料ガス排出マニホールド３２と、酸化剤ガス供給マニホールド３３と、酸化剤ガス排出マニホールド３４と、冷却水供給マニホールド３５と、冷却水排出マニホールド３６とで、構成される。
【００３１】
酸化剤ガス供給マニホールド３３の近傍に酸化剤ガス流路溝入口４６が形成され、酸化剤ガス排出マニホールド３４の近傍に酸化剤ガス流路溝出口４７が形成されており、酸化剤ガス流路溝入口４６と酸化剤ガス流路溝出口４７の間を、カソード側電極部２１ａ全体に広がるサーペンタイン形状の酸化剤ガス流路溝４２ａが形成されている。また、酸化剤ガス供給マニホールド３３と酸化剤ガス流路溝入口４６は連通していない。
【００３２】
また、酸化剤ガス流路溝出口４７と酸化剤ガス排出マニホールド３４を繋ぐように酸化剤ガス連通路溝４９が形成されている。なお、図５に示すように、カソード側ガス拡散層１６ａは、酸化剤ガス供給マニホールド３３と酸化剤ガス流路溝入口４６の間を覆うように、カソード側電極部２１ａ上に配置されている。
【００３３】
図６に示すように、単セル１ａは、高分子電解質膜１２と、高分子電解質膜１２を互いの間に挟む、高分子電解質膜１２に形成されたアノード側触媒層１３、カソード側触媒層１４及び撥水性を有するアノード側ガス拡散層１５、撥水性を有するカソード側ガス拡散層１６ａで形成された、アノード側電極層２３、カソード側電極層２４ａを有する膜電極
接合体２２ａと、撥水性を有するアノード側ガス拡散層１５側に設けられたアノード側セパレータ１７と、撥水性を有するカソード側ガス拡散層１６ａ側に設けられたカソード側セパレータ１８ａと、ガスシール性を持つガスケット１９とで、構成される。
【００３４】
アノード側セパレータ１７には、燃料ガス流路溝４１と、燃料ガス流路溝入口４４が形成され、カソード側セパレータ１８ａには、酸化剤ガス流路溝４２ａと、冷却水流路溝４３と、酸化剤ガス流路溝出口４７と、酸化剤ガス連通路溝４９が形成されている。また、アノード側セパレータ１７と、ガスケット１９と、カソード側セパレータ１８ａを貫通するように、燃料ガス供給マニホールド３１と、酸化剤ガス排出マニホールド３４が形成されている。
【００３５】
図７に示すように、単セル１ａは、高分子電解質膜１２と、高分子電解質膜１２を互いの間に挟む、高分子電解質膜１２に形成されたアノード側触媒層１３、カソード側触媒層１４及び撥水性を有するアノード側ガス拡散層１５、撥水性を有するカソード側ガス拡散層１６ａで形成された、アノード側電極層２３、カソード側電極層２４ａを有する膜電極接合体２２ａと、撥水性を有するアノード側ガス拡散層１５側に設けられたアノード側セパレータ１７と、撥水性を有するカソード側ガス拡散層１６ａ側に設けられたカソード側セパレータ１８ａと、ガスシール性を持つガスケット１９とで、構成される。
【００３６】
アノード側セパレータ１７には、燃料ガス流路溝４１と、燃料ガス流路溝出口４５と、燃料ガス連通路溝４８が形成され、カソード側セパレータ１８ａには、酸化剤ガス流路溝４２ａと、冷却水流路溝４３と、酸化剤ガス流路溝入口４６が形成されている。また、アノード側セパレータ１７と、ガスケット１９と、カソード側セパレータ１８ａを貫通するように、酸化剤ガス供給マニホールド３３と、燃料ガス排出マニホールド３２が形成されている。
【００３７】
以上のように構成された本実施の形態の高分子電解質型燃料電池１０１Ａについて、以下、その動作、作用を説明する。
【００３８】
まず、燃料ガス供給マニホールド３１に水滴が供給されても、アノード側セパレータ１７の燃料ガス供給マニホールド３１と燃料ガス流路溝入口４４が直接連通しておらず、燃料ガス供給マニホールド３１と燃料ガス流路溝入口４４の間に、撥水性を有するアノード側ガス拡散層１５が配置されているため、アノード側ガス拡散層１５の撥水性により、水滴が燃料ガス流路溝４１に侵入し閉塞することを防止することが可能となる。
【００３９】
さらに、水滴が除かれた燃料ガスがアノード側ガス拡散層１５の端面から面内方向へ拡散することにより、燃料ガスを、燃料ガス供給マニホールド３１から燃料ガス流路溝４１へ安定して供給することが可能となる。また、燃料ガス不足に起因するアノード側触媒層１３の触媒溶出による膜電極接合体２２ａの不可逆劣化を抑制することが可能となる。
【００４０】
さらに、アノード側電極層２３の構成部材であるアノード側ガス拡散層１５の形状を設定するだけで良いため、部品点数の増加を防止することが可能となる。また、アノード側電極層２３の構成部材であるアノード側ガス拡散層１５を用いるため、長時間発電後でも撥水性を維持可能な信頼性が高い材料となる。
【００４１】
同様に、酸化剤ガス供給マニホールド３３に水滴が供給されても、カソード側セパレータ１８ａの酸化剤ガス供給マニホールド３３と酸化剤ガス流路溝入口４６が直接連通しておらず、酸化剤ガス供給マニホールド３３と酸化剤ガス流路溝入口４６の間に、撥水性を有するカソード側ガス拡散層１６ａが配置されているため、カソード側ガス拡散層１６ａの撥水性により、水滴が酸化剤ガス流路溝４２ａに侵入し閉塞することを防止することが
可能となる。
【００４２】
さらに、水滴が除かれた酸化剤ガスがカソード側ガス拡散層１６ａの端面から面内方向へ拡散することにより、酸化剤ガスを、酸化剤ガス供給マニホールド３３から酸化剤ガス流路溝４２ａへ安定して供給することが可能となる。また、酸化剤ガス不足に起因するカソード側触媒層１４の触媒溶出による膜電極接合体２２ａの不可逆劣化を抑制することが可能となる。
【００４３】
さらに、カソード側電極層２４ａの構成部材であるカソード側ガス拡散層１６ａの形状を設定するだけで良いため、部品点数の増加を防止することが可能となる。また、カソード側電極層２４ａの構成部材であるカソード側ガス拡散層１６ａを用いるため、長時間発電後でも撥水性を維持可能な信頼性が高い材料となる。
【００４４】
以上の構成とすることにより、水滴による燃料ガス流路溝４１及び酸化剤ガス流路溝４２ａの閉塞を防止し、長時間安定した発電性能の確保と、構成部材の簡素化ができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、カソード側セパレータ１８ａに冷却水流路溝４３を形成したが、アノード側セパレータ１７に形成されても良い。また、燃料ガス流路溝４１と酸化剤ガス流路溝４２ａの形状をサーペンタイン形状としたが、ストレート形状や渦巻き形状に形成されても良い。
【００４６】
また、高分子電解質膜１２は、水素イオン伝導性を有する、パーフルオロカーボンスルホン酸からなるフッ素系高分子電解質膜（例えば、米国ＤｕＰｏｎｔ社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標）を用いる。これ以外にも、高分子電解質膜１２は、旭化成（株）製のＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標）、旭硝子（株）製のＦｌｅｍｉｏｎ（登録商標）など）や各種炭化水素系電解質膜を使用することができる。
【００４７】
また、アノード側触媒層１３は、水素の酸化反応に対する触媒を含む層である。また、カソード側触媒層１４は、酸素の還元反応に対する触媒を含む層である。本実施の形態では、白金系金属触媒を坦持したカーボン粉末とプロトン導電性を有する高分子材料を主成分とした多孔質部材を用いる。
【００４８】
これ以外にも、アノード側触媒層１３は、導電性を有し、且つ水素の酸化反応に対する触媒能を有するものであれば使用することができる。また、カソード側触媒層１４は、導電性を有し、且つ酸素の還元反応に対する触媒能を有するものであれば使用することができる。
【００４９】
アノード側ガス拡散層１５、カソード側ガス拡散層１６ａは、導電性及び撥水性を有する多孔質の部材である。本実施の形態では、カーボンペーパーを用いて作製された多孔質構造を有する導電性基材に、フッ素樹脂を代表とする撥水性高分子樹脂である、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を分散させて構成された部材を用いる。
【００５０】
これ以外にも、導電性基材としては、カーボン微粉末、カーボンクロスなどを使用することができる。また、撥水性高分子樹脂としては、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）などを使用することができる。
【００５１】
アノード側セパレータ１７、及びカソード側セパレータ１８ａは、適度な機械的強度と導電性を有する部材である。本実施の形態では、黒鉛粉末と熱硬化性樹脂の混練物を加熱成型して形成された部材を用いる。これ以外にも、カーボン粉末と熱過疎性樹脂の混練物
を加熱成型して形成された部材や、チタンやステンレス鋼製の板の表面に金メッキを施し金属材料を使用することができる。
【００５２】
ガスケット１９は、適度な機械的強度と柔軟性を有する合成樹脂である。本実施の形態では、フッ素ゴムを用いる。これ以外にも、シリコーンゴム、天然ゴム、ＥＰＤＭ、ブチルゴム、塩化ブチルゴム、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリエステル系及びポリアミド系等の熱可塑性エラストマーを使用することができる。
【００５３】
以上の構成とすることにより、水滴による燃料ガス流路溝４１及び酸化剤ガス流路溝４２ａの閉塞を防止し、長時間安定した発電性能の確保と、構成部材の簡素化ができる。
【００５４】
（実施の形態２）
図８は本発明の実施の形態２における高分子電解質型燃料電池の斜視図である。図９は同実施の形態における高分子電解質型燃料電池のカソード側セパレータの平面図である。図１０は同実施の形態における高分子電解質型燃料電池のカソード側セパレータに、カソード側ガス拡散層を投影した平面図である。
【００５５】
図１１は同実施の形態における高分子電解質型燃料電池を図９のIII−III線で切断したときの単セルの断面図である。図８及び図９及び図１０及び図１１において、図１〜７と同じ構成要素については同じ符号を用いて、重複する説明は省略する。
【００５６】
図８に示すように、高分子電解質型燃料電池１０１Ｂは、単セル１ｂが複数積層されたセル積層体２ｂとで、構成される。
【００５７】
図９に止得ｍすように、カソード側セパレータ１８ｂは、カソード側ガス拡散層１６ｂと接するカソード側電極部２１ｂとで、構成される。カソード側電極部２１ｂには、酸化剤ガス流路溝入口４６と酸化剤ガス供給マニホールド３３を繋ぐように酸化剤ガス連通路溝４９が形成されている。なお、図１０に示すように、カソード側ガス拡散層１６ｂはカソード側電極部２１ｂ上に配置されている。
【００５８】
図１１に示すように、単セル１ｂは、高分子電解質膜１２と、高分子電解質膜１２を互いの間に挟む、高分子電解質膜１２に形成されたアノード側触媒層１３、カソード側触媒層１４及び撥水性を有するアノード側ガス拡散層１５、撥水性を有するカソード側ガス拡散層１６ｂで形成された、アノード側電極層２３、カソード側電極層２４ｂを有する膜電極接合体２２ｂと、撥水性を有するアノード側ガス拡散層１５側に設けられたアノード側セパレータ１７（実施の形態１と同一であるため平面図は省略）と、撥水性を有するカソード側ガス拡散層１６ｂ側に設けられたカソード側セパレータ１８ｂと、ガスシール性を持つガスケット１９とで、構成される。
【００５９】
カソード側セパレータ１８ｂには、酸化剤ガス流路溝入口４６と酸化剤ガス供給マニホールド３３を繋ぐように酸化剤ガス連通路溝４９が形成されている。
【００６０】
以上のように構成された本実施の形態の高分子電解質型燃料電池１０１Ｂについて、以下、その動作、作用を説明する。
【００６１】
まず、燃料ガス供給マニホールド３１に水滴が供給されても、アノード側セパレータ１７の燃料ガス供給マニホールド３１と燃料ガス流路溝入口４４が直接連通しておらず、燃料ガス供給マニホールド３１と燃料ガス流路溝入口４４の間に、撥水性を有するアノード側ガス拡散層１５が配置されているため、アノード側ガス拡散層１５の撥水性により、水滴が燃料ガス流路溝４１に侵入し閉塞することを防止することが可能となる。
【００６２】
さらに、水滴が除かれた燃料ガスがアノード側ガス拡散層１５の端面から面内方向へ拡散することにより、燃料ガスを、燃料ガス供給マニホールド３１から燃料ガス流路溝４１へ安定して供給することが可能となる。また、燃料ガス不足に起因するアノード側触媒層１３の触媒溶出による膜電極接合体２２ｂの不可逆劣化を効率的に抑制することが可能となる。
【００６３】
さらに、アノード側電極層２３の構成部材であるアノード側ガス拡散層１５の形状を設定するだけで良いため、部品点数の増加を防止することが可能となる。また、アノード側電極層２３の構成部材であるアノード側ガス拡散層１５を用いるため、長時間発電後でも撥水性を維持可能な信頼性が高い材料となる。
【００６４】
以上の構成とすることにより、水滴による燃料ガス流路溝４１及び酸化剤ガス流路溝４２ｂの閉塞を防止し、長時間安定した発電性能の確保と、構成部材の簡素化ができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の高分子電解質型燃料電池は、水滴による反応ガス流路溝の閉塞を防止し、安定した発電性能の確保と、構成部材の簡素化が可能となるので、ポータブル電源、携帯機器用電源、電気自動車用電源、家庭用コージェネレーションシステム等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００６６】
１ａ、１ｂ  単セル
２ａ、２ｂ  セル積層体
３ａ、３ｂ  集電板
４  取り出し端子
５ａ、５ｂ  端板
６  燃料ガス供給配管
７  冷却水供給配管
８  酸化剤ガス供給配管
９  燃料ガス排出配管
１０  冷却水排出配管
１１  酸化剤ガス排出配管
１２  高分子電解質膜
１３  アノード側触媒層
１４  カソード側触媒層
１５  アノード側ガス拡散層
１６ａ、１６ｂ  カソード側ガス拡散層
１７  アノード側セパレータ
１８ａ、１８ｂ  カソード側セパレータ
１９  ガスケット
２０  アノード側電極部
２１ａ、２１ｂ  カソード側電極部
２２ａ、２２ｂ  膜電極接合体
２３  アノード側電極層
２４ａ、２４ｂ  カソード側電極層
３１  燃料ガス供給マニホールド
３２  燃料ガス排出マニホールド
３３  酸化剤ガス供給マニホールド
３４  酸化剤ガス排出マニホールド
３５  冷却水供給マニホールド
３６  冷却水排出マニホールド
４１  燃料ガス流路溝
４２ａ、４２ｂ  酸化剤ガス流路溝
４３  冷却水流路溝
４４  燃料ガス流路溝入口
４５  燃料ガス流路溝出口
４６  酸化剤ガス流路溝入口
４７  酸化剤ガス流路溝出口
４８  燃料ガス連通路溝
４９  酸化剤ガス連通路溝
１０１Ａ、１０１Ｂ  高分子電解質型燃料電池
２０１  セパレータ
２０２  反応ガス供給用マニホールド
２０３  反応ガス連通路溝
２０４  反応ガス流路溝
２０５  仕切り管
【図１】
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【図２】
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【図４】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図３】
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【図５】
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【図１０】
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