(57)【要約】【課題】従来設けていたリークを防止するためのシール部材を廃止し、セル構造を簡素化する。【解決手段】発電セル１０は、固体高分子電解質膜４４の両面にカソード電極４６及びアノード電極４８が設けられた電解質膜・電極構造体１２ａと、電解質膜・電極構造体１２ａの両側に積層された第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６とを備える。カソード電極４６及びアノード電極４８の外周縁部には、断面がコの字形状のフィルム部材５０、５１が、当該外周縁部を周回して設けられている。フィルム部材５０、５１は、それぞれ隣接する第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６と接着剤により接合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の両面に電極が設けられた電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の両側に積層されたセパレータとを備え、前記セパレータには、電極面に沿って反応ガスを流通させる反応ガス流路と、前記反応ガスを前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータとの積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成された燃料電池であって、
前記電極の外周縁部には、断面がコの字形状のフィルム部材が前記外周縁部を周回して設けられ、
前記フィルム部材は、隣接する前記セパレータと接着剤により接合されている、
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、
前記フィルム部材には、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連結する連結流路が形成されている、
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、
前記固体高分子電解質膜の外側には、一対の前記フィルム部材の間に封止部材が周回して設けられている、
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、電解質膜・電極構造体と、電解質膜・電極構造体の両側に積層されるセパレータと、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。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。アノード電極及びカソード電極は、それぞれ触媒層（電極触媒層）とガス拡散層（多孔質カーボン）とを有している。
【０００３】
電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、発電セル（単位燃料電池）が構成されている。発電セルは、所定の数だけ積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００４】
特許文献１に開示された燃料電池は、固体高分子電解質膜と、この固体高分子電解質膜の両側に接合された触媒層と、この触媒層の外側に配置された拡散層とからなるＭＥＡと、このＭＥＡに積層されたセパレータとを備える。また、触媒層の周縁を囲むように枠状の保護フィルムが設けられ、この保護フィルムと拡散層とが接着剤を介して接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１９１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料電池では、反応ガスである酸素と水素とが電極反応面から外部にリークして直接反応するのを防止する必要がある。そのため、特許文献１の燃料電池では、リークを防止するために、セパレータとＭＥＡとの間にシール部材を別途設けることが必要である。
【０００７】
本発明は、従来設けていたリークを防止するためのシール部材を廃止すことにより、セル構造の簡素化を実現できる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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明は、固体高分子電解質膜の両面に電極が設けられた電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の両側に積層されたセパレータとを備え、前記セパレータには、電極面に沿って反応ガスを流通させる反応ガス流路と、前記反応ガスを前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータとの積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成された燃料電池であって、前記電極の外周縁部には、断面がコの字形状のフィルム部材が前記外周縁部を周回して設けられ、前記フィルム部材は、隣接する前記セパレータと接着剤により接合されていることを特徴とする。
【０００９】
上記の燃料電池において、前記フィルム部材には、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連結する連結流路が形成されていることが好ましい。
【００１０】
上記の燃料電池において、前記固体高分子電解質膜の外側には、一対の前記フィルム部材の間に封止部材が周回して設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃料電池によれば、電極の外周縁部に断面がコの字形状のフィルム部材が設けられ、フィルム部材は隣接するセパレータと接着剤により直接接合されている。このため、従来設けていたリークを防止するためのシール部材を廃止することができ、これにより、燃料電池のセル構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１に示す燃料電池を構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図４】図１におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図１におけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１に示す燃料電池を構成するフィルム付きＭＥＡの正面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る発電セル（燃料電池）１０は、例えば、矢印Ａ方向（水平方向）又は矢印Ｃ方向（重力方向）に複数積層されて燃料電池スタックを構成する。燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。
【００１４】
発電セル１０は、フィルム枠付きＭＥＡ１２を第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６で挟持する。第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６は、横長（又は縦長）の長方形状を有するとともに、フィルム枠付きＭＥＡ１２の外形寸法よりも大きな外形寸法を有する（図１参照）。
【００１５】
第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６は、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薄板を備える。金属薄板は、プレス成形されて断面が凹凸に構成される。なお、第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６に代えて、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。
【００１６】
第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６の長辺方向である矢印Ｂ方向の一端縁部には、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して、反応ガス連通孔である酸化剤ガス入口連通孔１８ａ及び燃料ガス出口連通孔２０ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔１８ａは、酸化剤ガス（反応ガス）、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス出口連通孔２０ｂは、燃料ガス（反応ガス）、例えば、水素含有ガスを排出する。
【００１７】
第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６の矢印Ｂ方向の他端縁部には、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して、反応ガス連通孔である燃料ガス入口連通孔２０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔１８ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。燃料ガス入口連通孔２０ａは、燃料ガスを供給し、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂは、酸化剤ガスを排出する。
【００１８】
第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ側に、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して、冷却媒体入口連通孔２２ａが上下に設けられる。第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６の短辺方向の両端縁部には、燃料ガス入口連通孔２０ａ側に、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して、冷却媒体出口連通孔２２ｂが上下に設けられる。一対の冷却媒体入口連通孔２２ａは、冷却媒体を供給する一方、一対の冷却媒体出口連通孔２２ｂは、冷却媒体を排出する。
【００１９】
図３に示すように、第１金属セパレータ１４のフィルム枠付きＭＥＡ１２に向かう面１４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する酸化剤ガス流路２４が形成される。酸化剤ガス流路２４は、互いに並列する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）２４ａを有する。
【００２０】
酸化剤ガス流路２４の入口側端部には、発電領域外に位置して入口バッファ部２６ａが連なる一方、前記酸化剤ガス流路２４の出口側端部には、発電領域外に位置して出口バッファ部２６ｂが連なる。
【００２１】
入口バッファ部２６ａ及び出口バッファ部２６ｂは、フィルム枠付きＭＥＡ１２側に突出するそれぞれ複数個のエンボスを有するが、前記エンボスとともに、又は該エンボスに代えて、複数本のライン状凸部を有してもよい。入口バッファ部２６ａ及び出口バッファ部２６ｂのエンボスは、第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側（冷却媒体流路３８側）に突出するエンボスと交互に設けられる。
【００２２】
図１に示すように、第２金属セパレータ１６のフィルム枠付きＭＥＡ１２に向かう面１６ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する燃料ガス流路３２が設けられる。燃料ガス流路３２は、互いに並列する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）３２ａを有する。
【００２３】
燃料ガス流路３２の入口側端部には、発電領域外（電解質膜・電極構造体１２ａの触媒層が設けられていない領域）に位置して入口バッファ部３４ａが連なる一方、前記燃料ガス流路３２の出口側端部には、発電領域外に位置して出口バッファ部３４ｂが連なる。
【００２４】
入口バッファ部３４ａ及び出口バッファ部３４ｂは、フィルム枠付きＭＥＡ１２側に突出するそれぞれ複数個のエンボスを有するが、前記エンボスとともに、又は該エンボスに代えて、複数本のライン状凸部を有してもよい。入口バッファ部３４ａ及び出口バッファ部３４ｂのエンボスは、第２金属セパレータ１６の面１６ｂ側（冷却媒体流路３８側）に突出するエンボスと交互に設けられる。
【００２５】
燃料ガス入口連通孔２０ａの近傍には、複数の供給孔部（貫通孔部）３６ａが形成されるとともに、燃料ガス出口連通孔２０ｂの近傍には、複数の排出孔部（貫通孔部）３６ｂが形成される。
【００２６】
互いに隣接する第１金属セパレータ１４の面１４ｂと第２金属セパレータ１６の面１６ｂとの間には、冷却媒体流路３８が形成される。冷却媒体流路３８は、一対の冷却媒体入口連通孔２２ａ及び一対の冷却媒体出口連通孔２２ｂに連通する。冷却媒体流路３８は、第１金属セパレータ１４に形成された酸化剤ガス流路２４の裏面形状と、第２金属セパレータ１６に形成された燃料ガス流路３２の裏面形状とが重なり合って形成される。
【００２７】
図１及び図２に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１金属セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材４０が一体化される。第２金属セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２金属セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材４２が一体化される。
【００２８】
第１シール部材４０は、図２及び図３に示すように、面１４ａ側に設けられ、隣接する第２金属セパレータ１６の第２シール部材４２の平坦面に当接する凸状シール４０ａを有する。
【００２９】
凸状シール４０ａは、図３に示すように、酸化剤ガス流路２４、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔１８ｂを囲繞する。酸化剤ガス入口連通孔１８ａの近傍には、凸状シール４０ａを切り欠いて複数本の入口通路４３ａが形成される一方、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂの近傍には、前記凸状シール４０ａを切り欠いて複数本の出口通路４３ｂが形成される。
【００３０】
酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス流路２４は、入口通路４３ａを介して連通する。酸化剤ガス出口連通孔１８ｂと酸化剤ガス流路２４は、出口通路４３ｂを介して連通する。
【００３１】
図１に示すように、第２シール部材４２は、面１６ａにおいて、供給孔部３６ａ及び排出孔部３６ｂと燃料ガス流路３２とを囲繞してこれらを連通させる。
【００３２】
第１シール部材４０及び第２シール部材４２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等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００３３】
フィルム枠付きＭＥＡ１２は、図２、図４及び図５に示すように、電解質膜・電極構造体１２ａを備える。電解質膜・電極構造体１２ａは、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）４４を有する。固体高分子電解質膜４４の一方の面には、カソード電極４６が設けられるとともに、前記固体高分子電解質膜４４の他方の面には、アノード電極４８が設けられる。固体高分子電解質膜４４は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。
【００３４】
固体高分子電解質膜４４は、カソード電極４６及びアノード電極４８よりも小さな平面寸法（外形寸法）を有する。固体高分子電解質膜４４の外周端は、カソード電極４６及びアノード電極４８の外周端よりも内方に位置する。カソード電極４６及びアノード電極４８は、互いに同一の平面寸法に設定される。なお、上記の構成に代えて、カソード電極４６とアノード電極４８の平面寸法は異なり、カソード電極４６は、アノード電極４８よりも大きな平面寸法に設定されてもよく、あるいは、アノード電極４８よりも小さな平面寸法に設定されてもよい。
【００３５】
カソード電極４６及びアノード電極４８は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布して形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４４の両面に形成される。
【００３６】
フィルム枠付きＭＥＡ１２は、固体高分子電解質膜４４の外周を周回して設けられるフィルム部材５０、５１を備える。フィルム部材５０は、カソード電極４６の外周縁部を周回して設けられている。フィルム部材５１は、アノード電極４８の外周縁部を周回して設けられている。フィルム部材５０は、カソード電極４６の外周縁部に含浸されていてもよい。フィルム部材５１は、アノード電極４８の外周縁部に含浸されていてもよい。
【００３７】
フィルム部材５０、５１は、額縁状を有するとともに、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）やＰＥＥＫ系（ポリエーテルエーテルケトン）等のエンプラあるいはスーパーエンプラにより構成される。フィルム部材５０、５１の各々は、一体でもよく、分割して複数で構成されていてもよい。
【００３８】
フィルム部材５０は、図２、図４及び図５に示すように、カソード電極４６の外周端部を覆うように断面がコの字形状を有する。具体的に、フィルム部材５０は、カソード電極４６の外周端部における一方（固体高分子電解質膜４４側）の面を覆う第１被覆部５０ａと、カソード電極４６の外周端部における他方（第１金属セパレータ１４側）の面を覆う第２被覆部５０ｂと、カソード電極４６の外周端面を覆って第１被覆部５０ａと第２被覆部５０ｂとを連結する連結部５０ｃとを有する。
【００３９】
フィルム部材５１は、図２、図４及び図５に示すように、アノード電極４８の外周端部を覆うように断面がコの字形状を有する。具体的に、フィルム部材５１は、アノード電極４８の外周端部における一方（固体高分子電解質膜４４側）の面を覆う第１被覆部５１ａと、アノード電極４８の外周端部における他方（第２金属セパレータ１６側）の面を覆う第２被覆部５１ｂと、アノード電極４８の外周端面を覆って第１被覆部５１ａと第２被覆部５１ｂとを連結する連結部５１ｃとを有する。
【００４０】
図１に示すように、フィルム枠付きＭＥＡ１２の一方の対角位置には、矢印Ｂ方向外方に膨出する酸化剤ガス用入口ブリッジ部（突起部）５２ａ及び酸化剤ガス用出口ブリッジ部（突起部）５２ｂが形成される。フィルム枠付きＭＥＡ１２の他方の対角位置の裏面には、矢印Ｂ方向外方に膨出する燃料ガス用入口ブリッジ部（突起部）５４ａ及び燃料ガス用出口ブリッジ部（突起部）５４ｂが形成される。
【００４１】
酸化剤ガス用入口ブリッジ部５２ａは、フィルム部材５０側で、第１金属セパレータ１４に当接する。酸化剤ガス用入口ブリッジ部５２ａには、複数本の酸化剤ガス入口連結流路５６ａ１、５６ａ２、５６ａ３及び５６ａ４が形成される。酸化剤ガス入口連結流路５６ａ１〜５６ａ４は、フィルム部材５０における第１金属セパレータ１４に対向する面に形成される。
【００４２】
酸化剤ガス入口連結流路５６ａ１〜５６ａ４は、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス流路２４とを連結する。具体的に、酸化剤ガス入口連結流路５６ａ１〜５６ａ４は、図４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａと入口バッファ部２６ａ（図３参照）とを連結する。
【００４３】
図１に示すように、酸化剤ガス入口連結流路５６ａ１〜５６ａ４は、酸化剤ガス用入口ブリッジ部５２ａに位置するフィルム部材５０の第１金属セパレータ１４に対向する側の面を、矢印Ｃ方向に間隔を置いて並列し且つ矢印Ｂ方向に向かってスリット状に切り欠いた複数本の溝部により構成される。酸化剤ガス入口連結流路５６ａ１〜５６ａ４は、フィルム部材５０の外周端面及び内周端面にて開口する。なお、図１及び図４には、４本の酸化剤ガス入口連結流路５６ａ１〜５６ａ４が記載されているが、本数は、必要に応じて増減可能である。
【００４４】
図１に示すように、酸化剤ガス用出口ブリッジ部５２ｂは、フィルム部材５０側で、第１金属セパレータ１４に当接する。酸化剤ガス用出口ブリッジ部５２ｂには、複数本の酸化剤ガス出口連結流路５６ｂ１、５６ｂ２、５６ｂ３及び５６ｂ４が形成される。酸化剤ガス出口連結流路５６ｂ１〜５６ｂ４は、フィルム部材５０における第１金属セパレータ１４に対向する面に形成される。酸化剤ガス出口連結流路５６ｂ１〜５６ｂ４は、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂと酸化剤ガス流路２４とを連結する。具体的に、酸化剤ガス出口連結流路５６ｂ１〜５６ｂ４は、図５に示すように、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂと出口バッファ部２６ｂとを連結する。
【００４５】
図１に示すように、酸化剤ガス出口連結流路５６ｂ１〜５６ｂ４は、酸化剤ガス用出口ブリッジ部５２ｂに位置するフィルム部材５０の第１金属セパレータ１４に対向する側の面を、矢印Ｃ方向に間隔を置いて並列し且つ矢印Ｂ方向に向かってスリット状に切り欠いた複数本の溝部により構成される。酸化剤ガス出口連結流路５６ｂ１〜５６ｂ４は、フィルム部材５０の外周端面及び内周端面にて開口する。なお、図１には、４本の酸化剤ガス出口連結流路５６ｂ１〜５６ｂ４が記載されているが、本数は、必要に応じて増減可能である。
【００４６】
図１に示すように、燃料ガス用入口ブリッジ部５４ａは、フィルム部材５１側で、第２金属セパレータ１６に当接する。図５及び図６に示すように、燃料ガス用入口ブリッジ部５４ａには、複数本の燃料ガス入口連結流路５８ａ１、５８ａ２、５８ａ３及び５８ａ４が形成される。燃料ガス入口連結流路５８ａ１〜５８ａ４は、フィルム部材５１における第２金属セパレータ１６に対向する面に形成される。
【００４７】
燃料ガス入口連結流路５８ａ１〜５８ａ４は、燃料ガス入口連通孔２０ａと燃料ガス流路３２とを連結する。具体的に、燃料ガス入口連結流路５８ａ１〜５８ａ４は、燃料ガス入口連通孔２０ａと入口バッファ部３４ａとを連結する。
【００４８】
燃料ガス入口連結流路５８ａ１〜５８ａ４は、燃料ガス用入口ブリッジ部５４ａに位置するフィルム部材５１の第２金属セパレータ１６に対向する側の面を、矢印Ｃ方向に間隔を置いて並列し且つ矢印Ｂ方向に向かってスリット状に切り欠いた複数本の溝部により構成される。燃料ガス入口連結流路５８ａ１〜５８ａ４は、燃料ガス用入口ブリッジ部５４ａの外周端部から内方に離間した位置に設けられ、フィルム部材５１の内周端面にて開口するとともに、第２金属セパレータ１６の供給孔部３６ａと連通する
【００４９】
なお、図６には、４本の燃料ガス入口連結流路５８ａ１〜５８ａ４が記載されているが、本数は、必要に応じて増減可能である。また、供給孔部３６ａをなくし、第２金属セパレータ１６の一方の面１６ａ側から直接、燃料ガス入口連結流路５８ａ１〜５８ａ４に燃料ガスが供給されるように構成されてもよい。この場合、燃料ガス入口連結流路５８ａ１〜５８ａ４は、フィルム部材５１の外周端面にて開口する。
【００５０】
図１に示すように、燃料ガス用出口ブリッジ部５４ｂは、フィルム部材５１側で、第２金属セパレータ１６に当接する。図６に示すように、燃料ガス用出口ブリッジ部５４ｂには、複数本の燃料ガス出口連結流路５８ｂ１、５８ｂ２、５８ｂ３及び５８ｂ４が形成される。燃料ガス出口連結流路５８ｂ１〜５８ｂ４は、フィルム部材５１における第２金属セパレータ１６に対向する面に形成される。
【００５１】
燃料ガス出口連結流路５８ｂ１〜５８ｂ４は、燃料ガス出口連通孔２０ｂと燃料ガス流路３２とを連結する。具体的に、燃料ガス出口連結流路５８ｂ１〜５８ｂ４は、燃料ガス出口連通孔２０ｂと出口バッファ部３４ｂとを連結する。
【００５２】
燃料ガス出口連結流路５８ｂ１〜５８ｂ４は、燃料ガス用出口ブリッジ部５４ｂに位置するフィルム部材５１の第２金属セパレータ１６に対向する側の面を、矢印Ｃ方向に間隔を置いて並列し且つ矢印Ｂ方向に向かってスリット状に切り欠いた複数本の溝部により構成される。燃料ガス出口連結流路５８ｂ１〜５８ｂ４は、燃料ガス用出口ブリッジ部５４ｂの外周端部から内方に離間した位置に設けられ、フィルム部材５１の内周端面にて開口するとともに、第２金属セパレータ１６の排出孔部３６ｂと連通する。
【００５３】
なお、図６には、４本の燃料ガス出口連結流路５８ｂ１〜５８ｂ４が記載されているが、本数は、必要に応じて増減可能である。また、排出孔部３６ｂをなくし、燃料ガス出口連結流路５８ｂ１〜５８ｂ４から直接、第２金属セパレータ１６の一方の面１６ａに燃料ガスが排出されるように構成されてもよい。この場合、燃料ガス出口連結流路５８ｂ１〜５８ｂ４は、フィルム部材５１の外周端面にて開口する。
【００５４】
図２、図４及び図５に示すように、フィルム部材５０は、第１金属セパレータ１４と接着剤６０ａにより接合される。フィルム部材５１は、第２金属セパレータ１６と接着剤６０ｂにより接合される。接着剤６０ａ、６０ｂは、それぞれ、フィルム部材５０、５１に沿ってフィルム枠付きＭＥＡ１２の外周部を周回する。接着剤６０ａ、６０ｂとしては、例えば、液状シールやホットメルト剤が用いられる。
【００５５】
また、図２、図４及び図５に示すように、固体高分子電解質膜４４の外側には、一対のフィルム部材５０、５１の間に封止部材６２（充填部材）が周回して設けられる。封止部材６２は、フィルム部材５０、５１に沿ってフィルム枠付きＭＥＡ１２の外周部を周回する。封止部材６２は、例えば、接着剤により構成される。この場合、封止部材６２を構成する接着剤は、上述した接着剤６０ａ、６０ｂと同種の接着剤であり得る。なお、封止部材６２は、フィルム部材５０、５１と接着していなくてもよく、固体高分子電解質膜４４からの反応ガスの漏れを防止できるようにフィルム部材５０、５１に気密に密着してもよい。
【００５６】
このように構成される発電セル１０の動作について、以下に説明する。
【００５７】
まず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａ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２０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、上下一対の冷却媒体入口連通孔２２ａ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。
【００５８】
このため、酸化剤ガスは、図３及び図４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔１８ａから第１金属セパレータ１４の入口通路４３ａに供給される。図４に示すように、入口通路４３ａの下流に隣接して、フィルム部材５０の酸化剤ガス用入口ブリッジ部５２ａが配設されている。
【００５９】
従って、酸化剤ガスは、図４に示すように、酸化剤ガス用入口ブリッジ部５２ａに対応する位置のフィルム部材５０に設けられた酸化剤ガス入口連結流路５６ａ１〜５６ａ４を流通した後、入口バッファ部２６ａから酸化剤ガス流路２４に導入される。酸化剤ガスは、図１に示すように、酸化剤ガス流路２４に沿って矢印Ｂ方向に移動して、電解質膜・電極構造体１２ａのカソード電極４６に供給される。
【００６０】
一方、燃料ガスは、図１及び図５に示すように、燃料ガス入口連通孔２０ａから第２金属セパレータ１６の面１６ｂ側に供給される。燃料ガスは、複数の供給孔部３６ａを通過して面１６ａ側に供給される。面１６ａでは、供給孔部３６ａに重なって燃料ガス用入口ブリッジ部５４ａが当接するとともに、燃料ガス用入口ブリッジ部５４ａに対応する位置のフィルム部材５１には、複数本の燃料ガス入口連結流路５８ａ１〜５８ａ４が形成されている。
【００６１】
これにより、燃料ガスは、図５に示すように、燃料ガス入口連結流路５８ａ１〜５８ａ４を流通して入口バッファ部３４ａから燃料ガス流路３２に導入される。このため、燃料ガスは、燃料ガス流路３２に沿って矢印Ｂ方向に移動して、電解質膜・電極構造体１２ａのアノード電極４８に供給される。
【００６２】
これにより、電解質膜・電極構造体１２ａでは、カソード電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４８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。
【００６３】
次いで、カソード電極４６に供給されて一部が消費された酸化剤ガスは、図１及び図３に示すように、第１金属セパレータ１４の出口バッファ部２６ｂから酸化剤ガス出口連結流路５６ｂ１〜５６ｂ４を流通する。さらに、酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔１８ｂに排出され、矢印Ａ方向に流通される。
【００６４】
同様に、アノード電極４８に供給されて一部が消費された燃料ガスは、図１及び図６に示すように、第２金属セパレータ１６の出口バッファ部３４ｂから燃料ガス出口連結流路５８ｂ１〜５８ｂ４を流通する。そして、燃料ガスは、排出孔部３６ｂを通って燃料ガス出口連通孔２０ｂに排出され、矢印Ａ方向に流通される。
【００６５】
また、図１に示すように、上下一対の冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ１４と第２金属セパレータ１６との間の冷却媒体流路３８に導入される。冷却媒体は、各冷却媒体入口連通孔２２ａから冷却媒体流路３８に供給され、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向に移動してフィルム枠付きＭＥＡ１２を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、上下一対の冷却媒体出口連通孔２２ｂに排出される。
【００６６】
この場合、本実施形態では、カソード電極４６の外周縁部及びアノード電極４８の外周縁部にそれぞれ断面がコの字形状のフィルム部材５０、５１が設けられている。また、フィルム部材５０、５１は、それぞれ、隣接する第１金属セパレータ１４及び第２金属セパレータ１６と接着剤６０ａ、６０ｂにより接合されている。これにより、フィルム部材５０と第１金属セパレータ１４とが気密に積層されるとともに、フィルム部材５１と第２金属セパレータ１６とが気密に積層されている。このような構成によって、酸化剤ガスと燃料ガスとが直接反応するリークを防止する構造が構築されている。従って、従来設けていたリークを防止するためのシール部材を廃止することができ、これにより、セル構造を簡素化することが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態では、フィルム部材５０には、反応ガス流路（酸化剤ガス流路２４）と反応ガス連通孔（酸化剤ガス入口連通孔１８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔１８ｂ）とを連結する連結流路（酸化剤ガス入口連結流路５６ａ１〜５６ａ４及び酸化剤ガス出口連結流路５６ｂ１〜５６ｂ４）が形成されている。フィルム部材５１には、反応ガス流路（燃料ガス流路３２）と反応ガス連通孔（燃料ガス入口連通孔２０ａ及び燃料ガス出口連通孔２０ｂ）とを連結する連結流路（燃料ガス入口連結流路５８ａ１〜５８ａ４及び燃料ガス出口連結流路５８ｂ１〜５８ｂ４）が形成されている。
【００６８】
このように、反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連結する連結流路をフィルム部材５０、５１自体に形成することにより、当該連結流路を構成する部材を別途設ける必要がなく、セル構造の一層の簡素化を図ることができる。
【００６９】
さらに、本実施形態では、固体高分子電解質膜４４の外側には、一対のフィルム部材５０、５１の間に封止部材６２が周回して設けられている。これにより、フィルム部材５０、５１の間が気密に封止される。従って、固体高分子電解質膜４４から反応ガスが漏れることを良好に防止することができる。
【００７０】
なお、発電セル１０は、１枚のＭＥＡを一対のセパレータにより挟持して構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、第１金属セパレータ、第１樹脂枠付きＭＥＡ、第２金属セパレータ、第２樹脂枠付きＭＥＡ及び第３セパレータの順に積層された発電ユニット（燃料電池）を有し、各発電ユニット間に冷却媒体流路が形成される、所謂、間引き冷却構造の燃料電池を採用してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０…発電セル                        １２…フィルム枠付きＭＥＡ
１２ａ…電解質膜・電極構造体          １４、１６…金属セパレータ
１８ａ…酸化剤ガス入口連通孔          １８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２０ａ…燃料ガス入口連通孔            ２０ｂ…燃料ガス出口連通孔
２２ａ…冷却媒体入口連通孔            ２２ｂ…冷却媒体出口連通孔
２４…酸化剤ガス流路                  ２６ａ、３４ａ…入口バッファ部
２６ｂ、３４ｂ…出口バッファ部        ３２…燃料ガス流路
３８…冷却媒体流路                    ４４…固体高分子電解質膜
４６…カソード電極                    ４８…アノード電極
５０、５１…フィルム部材              ５２ａ…酸化剤ガス用入口ブリッジ部
５２ｂ…酸化剤ガス用出口ブリッジ部    ５４ａ…燃料ガス用入口ブリッジ部
５４ｂ…燃料ガス用出口ブリッジ部
５６ａ１〜５６ａ４…酸化剤ガス入口連結流路
５６ｂ１〜５６ｂ４…酸化剤ガス出口連結流路
５８ａ１〜５８ａ４…燃料ガス入口連結流路
５８ｂ１〜５８ｂ４…燃料ガス出口連結流路
【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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