(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、出力の低下やばらつきを抑制することができる燃料電池を提供する。【解決手段】  本発明は、プロトン導電性を有する固体高分子からなる電解質膜、及び前記電解質膜の両面に配置される電極触媒を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に配置される集電体と、前記膜電極接合体及び前記集電体を挟持する挟持体とを備える燃料電池とする。前記集電体は、前記挟持体から第１押圧力が掛かる第１押圧力部分と、前記第１押圧力部分よりも小さい第２押圧力が掛かる第２押圧力部分とを備え、前記第１押圧力部分は、前記第２押圧力部分よりも弾性変形し易い。これにより、集電体から電極触媒へ加えられる力の面内ばらつきが低減し、接触抵抗の面内のばらつきが低減するため、出力ばらつきを抑制することができ、燃料電池全体の出力を向上させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン導電性を有する固体高分子からなる電解質膜、及び前記電解質膜の両面に配置される電極触媒を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の両面に配置される集電体と、
前記膜電極接合体及び前記集電体を挟持する挟持体とを備える燃料電池であって、
前記集電体は、前記挟持体から第１押圧力が掛かる第１押圧力部分と、前記第１押圧力部分よりも小さい第２押圧力が掛かる第２押圧力部分とを備え、
前記第１押圧力部分は、前記第２押圧力部分よりも弾性変形し易いことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記集電体は、前記第１押圧力部分及び前記第２押圧力部分を収容する窪み部を備え、
前記第１押圧力部分及び前記第２押圧力部分のそれぞれは、前記窪み部から前記電極触媒に向けて突出していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第１押圧力部分は、前記第２押圧力部分の側方に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１押圧力部分は、前記第２押圧力部分の全周を取り囲む位置に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第２押圧力部分は、複数の分割領域を有しており、
前記複数の分割領域のうち、前記第１押圧力部分から最も離れた分割領域は、最も変形し難いことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第１押圧力部分は、前記第２押圧力部分のバネ定数の大きさよりも小さいバネ定数を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第１押圧力部分は、前記第２押圧力部分の引張り強度の大きさよりも小さい引張り強度を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第１押圧力部分は、前記第２押圧力部分に含まれている空孔の大きさよりも大きい空孔を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記第１押圧力部分及び前記第２押圧力部分は、ガス透過性を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記第１押圧力部分及び前記第２押圧力部分は、発泡金属から構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記第１押圧力部分及び前記第２押圧力部分は、波状板材から構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記燃料電池は、スタック状に複数積層されることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロトンと酸素の電気化学反応によって電力を発電する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池であって、特に固体高分子型の膜電極接合体（以下ＭＥＡと記載）で発電する固体高分子型燃料電池において、出力を向上するために各部材間の接触抵抗を低減する必要がある。
【０００３】
上記課題に対して、セパレータと一対の波板状流路の間に冷却用の中間板が挟持されている構造とし、中間板として弾性を有する発泡金属を使用する。これにより低接触抵抗で接触面積を広く取り、出力の向上を期待している（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−１５００１４号公報
【特許文献２】特開２００５−３２７６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、単一の電極触媒により構成される燃料電池は、微視的には並列接続された複数の電池と等価であり、単一の電極触媒における各部位から出力にばらつきがある場合、最も出力の低い部位の影響を受けて燃料電池全体の出力が低下する。そこで燃料電池の出力を向上するためには、電極触媒の同一面内における出力ばらつきを低減することが重要であり、接触抵抗の低減に加えて、部材間の接触抵抗の面内ばらつきを低減することが必要となる。
【０００５】
一方燃料電池は、上記ＭＥＡのカソード側電極触媒に酸素が供給され、アノード側電極触媒に水素が供給されて発電するが、上記ガス供給に動力が使用されない系（以下ではパッシブ系と記載する）の場合、特にカソード側は大気に開放されている必要がある。上述するように特にカソードからの空気の取り込みを考慮すると、結果的に発電セルを固定するセパレータなどの押さえ板部材は、辺縁部の剛性が高く、電極触媒の位置する略中央部の剛性が低い構造となることが一般的である。さらに発電セルの固定方法についても、同じく空気の取り込みを考慮すると辺縁部を、たとえばボルト止めするなどの方法で固定することが一般的であり、押さえ板部材は上述した剛性の分布に対応して、辺縁部における集電体の押し込み量に比べて略中央部における集電体の押し込み量が小さくなることで、発電セルの面内の圧力分布ばらつきが生じる。さらに近年、セパレータの薄型化が進む傾向にあり、一層の剛性の低下によって発電セル積層方向の厚さに不均一が生じ、同一電極触媒内の出力ばらつきが進む恐れがある。
【０００６】
これらの問題に対し、特許文献１、２の発明ではそれぞれ集電体として弾性を有する波板上流路や発泡金属を使用することで解決しようとしている。ところが、同一平面上でバネ定数が同一であるために、上述した集電体の押し込み量のばらつきを完全に吸収することができず、燃料電池の面内出力ばらつきが生じることで、燃料電池全体の出力が低下してしまう場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、電極触媒と集電体の面内の接触抵抗ばらつきを抑制し、燃料電池全体の出力を向上することが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】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、プロトン導電性を有する固体高分子からなる電解質膜及び前記電解質膜の両面に配置される電極触媒からなる膜電極接合体と、膜電極接合体の両面に配置される集電体と、前記膜電極接合体及び前記集電体を挟持する挟持体とを備える燃料電池であって、集電体は、前記挟持体から第１押圧力が掛かる第１押圧力部分と、前記第１押圧力部分よりも小さい第２押圧力が掛かる第２押圧力部分とを備え、前記第１押圧力部分は、前記第２押圧力部分よりも弾性変形し易いことを要旨とする。
【０００９】
かかる特徴によれば、集電体における第１押圧力部分が、第２押圧力部分よりも弾性変形し易い。これにより、第２押圧力よりも大きい第１押圧力が第１押圧力部分に掛かっても、第１押圧力部分が、集電体の側方から電極触媒に向かう押圧力を集電体の面方向に分散させることができ、電極触媒に掛かる押圧力を低減することができる。一方、集電体における第２押圧力部分が、第１押圧力部分よりも弾性変形し難い。これにより、第２押圧力が第１押圧力の大きさよりも小さくても、第２押圧力部分は、集電体の側方から電極触媒に向かう押圧力を、集電体の面内で分散させずに電極触媒に向けて集中させることができる。
【００１０】
すなわち、かかる特徴によれば、集電体に掛かる押圧力が部分的に異なっても、当該押圧力が集電体の面内において平均化するように集電体の弾性を異ならせている。このため、集電体と電極触媒との接触圧力を同一面内において平均化することができ、集電体と電極触媒との接触抵抗のばらつきを抑制し、燃料電池全体の出力を向上させることができる。
【００１１】
本発明の第２の特徴は、前記集電体は、前記第１押圧力部分及び前記第２押圧力部分を収容する窪み部を備え、前記第１押圧力部分及び前記第２押圧力部分のそれぞれは、前記窪み部から前記電極触媒に向けて突出していることを要旨とする。
【００１２】
かかる特徴によれば、集電体の側方から電極触媒に向けて押圧力が掛かることにより、窪み部から突出した第１押圧力部分及び第２押圧力部分が弾性変形し、その弾性変形による反発力により第１押圧力部分及び第２押圧力部分が電極触媒に強く圧接される。このため、第１押圧力部分及び第２押圧力部分と電極触媒との接合を確実にすることができ、集電体と電極触媒との接触抵抗のばらつきをさらに抑制することができる。
【００１３】
本発明の第３の特徴は、前記第１押圧力部分は、前記第２押圧力部分の側方に備えられていることを要旨とする。
【００１４】
本発明の第４の特徴は、前記第１押圧力部分は、前記第２押圧力部分の全周を取り囲む位置に備えられていることを要旨とする。
【００１５】
本発明の第５の特徴は、前記第２押圧力部分は、複数の分割領域を有しており、前記複数の分割領域のうち、前記第１押圧力部分から最も離れた分割領域は、最も変形し難いことを要旨とする。
【００１６】
かかる特徴によれば、第１押圧力部分からの距離に応じて、第２押圧力部分を構成する複数の分割領域のそれぞれの弾性を異ならせることができるため、第２押圧力部分における弾性を細かに調整することができ、集電体と電極触媒との接触抵抗のばらつきをさらに抑制することができる。
【００１７】
本発明の第６の特徴は、前記第１押圧力部分は、前記第２押圧力部分のバネ定数の大きさよりも小さいバネ定数を有することを要旨とする。
【００１８】
本発明の第７の特徴は、前記第１押圧力部分は、前記第２押圧力部分の引張り強度の大きさよりも小さい引張り強度を有することを要旨とする。
【００１９】
本発明の第８の特徴は、前記第１押圧力部分は、前記第２押圧力部分に含まれている空孔の大きさよりも大きい空孔を有することを要旨とする。
【００２０】
本発明の第９の特徴は、前記第１押圧力部分及び前記第２押圧力部分は、ガス透過性を有することを要旨とする。
【００２１】
本発明の第１０の特徴は、前記第１押圧力部分及び前記第２押圧力部分は、発泡金属から構成されることを要旨とする。
【００２２】
本発明の第１１の特徴は、前記第１押圧力部分及び前記第２押圧力部分は、波状板材から構成されることを要旨とする。
【００２３】
かかる特徴によれば、第１押圧力部分及び第２押圧力部分がガス透過性を有する部材、発泡金属、又は波状部材から構成されることにより、導入された水素を電極触媒に向けてより確実に誘導することができる。
【００２４】
本発明の第１２の特徴は、前記燃料電池は、スタック状に複数積層されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る燃料電池によれば、発電セルを押さえて固定する際、面内の押さえ圧力ばらつきが低減する結果、面内の接触抵抗ばらつきが低減し、燃料電池全体の出力を向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る燃料電池の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図面において同一の引用符号で表した構成要素は、各図面共通で同一の構成要素を示すものとする。
（実施例１）
図１は、本発明に係る燃料電池の分解図を示したものである。図１において燃料電池１０はカソード１１（挟持体）、ＭＥＡ１２（膜電極接合体）、アノード１３（挟持体）を積層して構成される。本実施例に示す燃料電池１０の外形寸法は、図１の分解図を積層させた状態で、６５×４３×５．４ｍｍである。カソード１１は通気性に富む構造で、空気が供給される。カソード１１は本実施例に示すようにパッシブ系で構成されることが望ましいが、ブロア等によって強制的に供給される構造であっても良い。
【００２７】
またアノード１３には図示しない水素供給部から水素が供給される。ＭＥＡ１２はプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜の両面に電極触媒（電極触媒体）を配した構成となっており、電極触媒界面で生じる水素と酸素の電気化学反応で電力を得ることができる。
【００２８】
電極触媒の面積は本実施例においてはアノード側、カソード側いずれも５９×３１ｍｍであり、層厚はいずれも３０μｍである。
【００２９】
さらにカソード１１とＭＥＡ１２の間、ＭＥＡ１２とアノード１３の間には電極触媒と略同一形状のガス拡散体が配置されていても良い。ガス拡散体としては供給された空気あるいは水素を面内に拡散させ、かつ電気伝導性を有する部材であれば全て適用可能であるが、好ましくはカーボンクロスあるいはカーボンファイバーペーパーを使用した方が良い。
【００３０】
またカソード１１とＭＥＡ１２の間、ＭＥＡ１２とアノード１３の間にはガスの漏洩を防ぎ、かつＭＥＡ１２の破断を防止する目的でシール材が配置されていても良い。さらにアノード１３に供給される燃料は、上述の水素に限定されない。すなわちＭＥＡ１２のアノード電極触媒でプロトンを発生させる物質であれば全て適用可能であり、たとえばメタノール水溶液であっても良い。
【００３１】
また図１に示す１つのセルのみで燃料電池１０を構成する場合は、水素流通口１１１ａ、１２１ａ、１３１ａ、水素排出口１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂは閉じられていることが望ましい。また生成水回収流路１１２ａ、１１２ｂ、１２２ａ、１３２ａ、図示しない１２２ｂ、１３２ｂも閉じられていても良い。
【００３２】
また本実施例においては、図１に示す燃料電池１０の外周辺縁部を図示しないボルトにより固定し、押し付け力を印加した。
【００３３】
図２、３はアノード１３を詳細に説明する図であり、図２にアノード１３の組図を、図３にアノード１３の分解図を示す。アノード１３は、アノード板２２とガス透過性を有するアノード弾性体２１ａ、２１ｂ、２１ｃから構成される。アノード板２２には水素供給流路２２１が備えられており、水素供給流路２２１は上述の水素流通口１３１ａとアノード板２２の裏面にて連通する構造となっている。
【００３４】
図３に示すようにアノード板２２には、その中央部に窪みが形成されたキャビティ３１（窪み部）を備えており、キャビティ３１の深さをｄ、アノード板２２の枠部分に配するシール材厚さをｄｓとしたときアノード弾性体２１ａ〜２１ｃの厚さｔは、ｔ≧ｄ＋ｄｓであることが必要である。これにより、アノード弾性体２１ａ〜２１ｃのそれぞれは、キャビティ３１から電極触媒に向けて突出していることになる。かかる特徴によれば、集電体の側方から電極触媒に向けて押圧力が掛かることにより、キャビティ３１から突出したアノード弾性体２１ａ〜２１ｃが弾性変形し、その弾性変形による反発力によりアノード弾性体２１ａ〜２１ｃが電極触媒に強く圧接される。このため、アノード弾性体２１ａ〜２１ｃと電極触媒との接合を確実にすることができ、集電体と電極触媒との接触抵抗のばらつきをさらに抑制することができる。
【００３５】
また厚さｔは、厚さをｄまで圧縮してもなお弾性変形域にとどまることが望ましいが、塑性変形しても良い。なお、アノード弾性体２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、キャビティ３１、及び図示していないセパレータは、集電体を構成する。なお、本実施形態では、第1押圧力部分であるアノード弾性体２１ａ、２１ｃは、第２押圧力部分であるアノード弾性体２１ｂの側方に配置されているが、これに限定されるものではないのは勿論のことである。後述するように、第１押圧力部分は、第２押圧力部分の全周を取り囲む位置に備えられていてもよい（後述する図６）。
【００３６】
なお、本実施形態に係る集電体は、挟持体（カソード１１、アノード１３）から第１押圧力が掛かる第１押圧力部分（アノード弾性体２１ａ、２１ｃ）と、第１押圧力部分よりも小さい第２押圧力が掛かる第２押圧力部分（アノード弾性体２１ｂ）とを備え、第１押圧力部分は、第２押圧力部分よりも弾性変形し易いものである。また、第１押圧力部分が第２押圧力部分よりも弾性変形し易いものであることについての態様としては、(1)第１押圧力部分が第２押圧力部分のバネ定数の大きさよりも小さいバネ定数を有すること、(2)第１押圧力部分が第２押圧力部分の引張り強度の大きさよりも小さい引張り強度を有すること、(3)第１押圧力部分が第２押圧力部分に含まれている空孔の大きさよりも大きい空孔を有することなどが挙げられる。以下では、先ず、第１押圧力部分及び第２押圧力部分の弾性変形について、バネ定数を用いて説明する。
【００３７】
以下、図４、図５を用いてアノード１３におけるアノード弾性体２１ａ、２１ｂ、２１ｃの押し込み量ｘ１、ｘ２、ｘ３と、アノード弾性体２１ａ、２１ｂ、２１ｃがＭＥＡ１２の図示しない電極触媒に対して押し付ける力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３との関係を示す。
【００３８】
燃料電池１０は辺縁部において、図示しないボルトによって固定されるため、図４に示すようにアノード板２２の略中心部がたわむ。カソード１１とアノード板２２の剛性の関係によっては、アノード板２２ではなくカソード１１がたわむ場合もあれば、アノード板２２とカソード１１のいずれもがたわむ場合もありうるが、いずれの場合も以下の押し込み量と押し付ける力の関係は成り立つため、以下ではアノード板がたわむ場合についてのみ説明する。
【００３９】
上述したように、図４において、アノード板２２がたわむことによりアノード弾性体２１ａ、２１ｂ、２１ｃのＭＥＡ１２の向きに圧縮される押し込み量ｘ１、ｘ２、ｘ３は、（式１）の関係となる。
【００４０】
ｘ１＝ｘ３＞ｘ２                          （式１）
アノード弾性体２１ａ、２１ｂ、２１ｃは押し込み量に略比例して反力を生じる弾性体であるため、図５に示すようにバネと略近似して良い。
【００４１】
図５において、上述したようにアノード弾性体２１ａ、２１ｂ、２１ｃをそれぞれバネ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃと置き換えてアノード弾性体２１ａ、２１ｂ、２１ｃの押し込み量ｘ１、ｘ２、ｘ３と、アノード弾性体２１ａ、２１ｂ、２１ｃがＭＥＡ１２の図示しない電極触媒に対して押し付ける力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３との関係を説明する。
【００４２】
バネ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃのバネ定数をそれぞれＫａ、Ｋｂ、Ｋｃとすると、それぞれバネのつりあいの式（式２）〜（式４）が成り立つ。
【００４３】
Ｆ１＝Ｋａ×ｘ１                          （式２）
Ｆ２＝Ｋｂ×ｘ２                          （式３）
Ｆ３＝Ｋｃ×ｘ３                          （式４）
（式１）に示すようにｘ１、ｘ２、ｘ３の関係が成り立つ時、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を等しくして、集電体によるＭＥＡ１２の図示しない電極触媒への面内応力を均一にするためには、バネ定数Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃの関係が、（式５）であることが必要である。
【００４４】
Ｋａ＝Ｋｃ＜Ｋｂ                          （式５）
アノード弾性体のバネ定数を（式５）のようにするためには、アノード弾性体として例えば発泡金属のようなガス透過性を有する部材を使用し、アノード弾性体２１ａ〜２１ｃの引張り強度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃが、引張り強度がＴａ＝Ｔｃ＜Ｔｂとなるように選択しても良い。特にＴｂは、１．０×１０8［Ｐａ］以下であることが望ましいが、さらに好ましくは１．０×１０7［Ｐａ］以下であることが望ましい。
【００４５】
さらに上述の条件を満たせば、アノード弾性体２１ａ〜２１ｃの厚さｔａ、ｔｂ、ｔｃの関係を全て同じ厚さとしても良いし、ｔａ＝ｔｃ＜ｔｂとしても良い。本実施例においては例えば、引張り強度がＴａ、Ｔｃとして引張り強度が２．０×１０6［Ｐａ］、Ｔｂとして１．０×１０6［Ｐａ］の発泡金属を使用することができる。
【００４６】
また本実施例においては、キャビティ３１の深さを０．５ｍｍ、アノード板の枠部分に厚さ０．２ｍｍのシリコーンゴムシートを配し、アノード弾性体２１ａ〜２１ｃの厚さがｔａ＝ｔｂ＝ｔｃ＝０．８ｍｍのものを使用しても良い。
【００４７】
上述の構成とすることで、アノード弾性体２１がＭＥＡ１２の図示しない電極触媒に対して押し付ける力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が均一となり、各部位における出力ばらつきが低減される。
【００４８】
また上述した発泡金属の材質としては、ステンレス鋼やニッケルを基材として金メッキしたものを使用するのが好ましいが、上述の引張り強度を満たせばすべての材質が使用可能である。さらに形態は発泡金属に限られず、波板状部材（波状板材）、微粒子焼結体、スチールウールなど上述の範囲での弾性とガス透過性を有する部材であれば全て適用可能である。いずれの場合であっても接触抵抗の低減と基材の溶出を防止するために金メッキ処理されることが望ましい。
【００４９】
また（式５）を満たすようにアノード弾性体２１ａ〜２１ｃのバネ定数を変えるために、上述したように引張り強度を変えるほか、発泡金属の気孔率を同一とし、空孔径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を（式６）に示すように調整しても良い。この場合もアノード弾性体２１ａ〜２１ｃのバネ定数Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃが（式５）を満たし、上述と同様の効果が得られる。
【００５０】
Ｄ１＝Ｄ２＞Ｄ３                          （式６）
さらに好ましくは図６に示すように弾性体４１が４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ、４１ｇ、４１ｈ、４１ｉと細分化されて配置され、辺縁部からキャビティ３１中央部に向けて、バネ定数、引張り強度あるいは空孔径に勾配がつけられていても良い。
【００５１】
この場合において、アノード弾性体である第２押圧力部分は、複数の分割領域を有しており、当該複数の分割領域のうち、第１押圧力部分から最も離れた分割領域は、最も変形し難いものであっても良い。かかる特徴によれば、第１押圧力部分からの距離に応じて、第２押圧力部分を構成する複数の分割領域のそれぞれの弾性を異ならせることができるため、第２押圧力部分における弾性を細かに調整することができ、集電体と電極触媒との接触抵抗のばらつきをさらに抑制することができる。
【００５２】
細分化する数は図４に限定されず、さらに細かく分けても良いし、形状についてもキャビティ３１を埋める形状であれば、いかなる形状も適用可能である。
【００５３】
さらに上述の弾性体３１が分けられておらず、例えば溶接などの手段によって全て接続されて一体となっていても良い。
【００５４】
図７にカソード１１の構成を示す。図７において、カソード１１はアノード１３の構成と同様に、カソード枠５２とガス透過性を有するカソード弾性体５１で構成される。カソード枠５２は、図７に示すように両側面に空気取り込み目的で凹凸構造が形成されても良い。なお、カソード弾性体５１は、集電体を構成する。
【００５５】
本実施例においては、カソード枠５２の外形寸法を６５×４３×３．５ｍｍとし、また内部５９×３１ｍｍのサイズ面積の貫通穴があけられており、枠形状をなしている。また上述した凹凸構造の凹部は端面から２．５ｍｍ削って形成した。
【００５６】
図７においてカソード弾性体５１を形成するカソード弾性体５１ａ、５１ｂ、５１ｃに関しては、その構造、形状、引張り強度あるいは空孔径の勾配、材質、加工工程など、全て上述したアノード１３を構成するアノード弾性体２１ａ〜２１ｃと同様であるので重複を避けるために詳細な説明を割愛する。またカソード１１を構成するカソード弾性体５１ａ〜５１ｃが細分化されて辺縁部からカソード枠５２の中央部に向かって引張り強度あるいは空孔径に勾配がつけられても良いのも上述のアノード１３と同様である。
【００５７】
さらに図１０に示すように図１における燃料電池１０を積層させて形成される単セル８１を複数積層して、さらに両端にエンドプレート８２、８３を配置して燃料電池スタック８０が形成することもできる。
【００５８】
かかる特徴によれば、集電体における第１押圧力部分（例えば、図２に示すアノード弾性体２１ａ、２１ｃ）が、第２押圧力部分（例えば、図２に示すアノード弾性体２１ｂ）よりも弾性変形し易い。これにより、第２押圧力よりも大きい第１押圧力が第１押圧力部分に掛かっても、第１押圧力部分が、集電体の側方から電極触媒に向かう押圧力を集電体の面方向に分散させることができ、電極触媒に掛かる押圧力を低減することができる。一方、集電体における第２押圧力部分が、第１押圧力部分よりも弾性変形し難い。これにより、第２押圧力が第１押圧力の大きさよりも小さくても、第２押圧力部分は、集電体の側方から電極触媒に向かう押圧力を、集電体の面内で分散させずに電極触媒に向けて集中させることができる。
【００５９】
すなわち、かかる特徴によれば、集電体に掛かる押圧力が部分的に異なっても、当該押圧力が集電体の面内において平均化するように集電体の弾性を異ならせている。このため、集電体と電極触媒との接触圧力を同一面内において平均化することができ、集電体と電極触媒との接触抵抗のばらつきを抑制し、燃料電池全体の出力を向上させることができる。
（実施例２）
図８、図９に示すのは本実施の形態のアノード１３の変形例である。図８がアノード１３の変形例の組図、図９が分解図を示したものである。図８、９において、図２、３に示した構成要素と、構成、機能、動作が同一の構成要素に関しては、同一の引用符号を示し、重複を避けるため詳細な説明は割愛する。
【００６０】
図８、９に示すように、アノード弾性体２１ａ〜２１ｃは実施例１と異なり、キャビティ３１の面積よりもアノード弾性体２１ａ〜２１ｃの総面積が小さく構成され、キャビティ３１面内の水素供給流路２２１側にブロック体６１ａ〜６１ｉが具備される。
【００６１】
これにより、ブロック体６１ａ〜６１ｉの配置を適切に設計することによりアノード１３内の水素の均一流動の効果が得られ、より面内の出力ばらつきを低減できる。
【００６２】
ブロック体６１ａ〜６１ｉの高さはアノード板２２の枠部分の高さ以下であればよいが好ましくはアノード板２２の枠部分高さと同一である。またキャビティ３１を形成する際にブロック体６１ａ〜６１ｉを残して加工することで形成しても良いし、キャビティ３１として全面を加工した後にブロック体６１ａ〜６１ｉを接続して形成しても良い。
【００６３】
さらに６１ａ〜６１ｉとして、アノード弾性体２１ａ〜２１ｃと同様の引張り強度を持つ部材を使用することも可能である。この場合、アノード弾性体２１ａ〜２１ｃと同様に辺縁部６１ａ、６１ｉが最も引張り強度が小さく、中心部６１ｅが最も引張り強度が大きくなるように勾配がつけられることが望ましい。
[その他の実施形態]
本発明の一例を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、実施形態における具体的構成等は、適宜設計変更可能である。また、実施形態の具体的構成のそれぞれは、組み合わせることが可能である。さらに、実施形態の作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００６４】
なお、弾性体、電極触媒、及び拡散体は、１つの膜のみに限定されずに、２以上の膜かを有しても良い。弾性体、電極触媒、及び拡散体は、異なる複数の膜を有しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の燃料電池の構成を示す図である。
【図２】本発明の燃料電池のアノード構造の基本形例を示す組図である。
【図３】本発明の燃料電池のアノード構造の基本形例を示す分解図である。
【図４】本発明の燃料電池を固定した時の断面図である。
【図５】本発明の燃料電池を固定した時の断面の等価モデルである。
【図６】本発明の燃料電池のアノード構造の第１の変形例を示す分解図である。
【図７】本発明の燃料電池のカソード構造を示す分解図である。
【図８】本発明の燃料電池のアノード構造の第２の変形例を示す組図である。
【図９】本発明の燃料電池のアノード構造の第２の変形例を示す分解図である。
【図１０】本発明の燃料電池をスタック状に積層した構造を示す分解図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０   燃料電池
１１   カソード
１２   ＭＥＡ
１３   アノード
２１ａ〜２１ｃ       アノード弾性体
２２   アノード板
３１   キャビティ
５１ａ〜５１ｃ       カソード弾性体
６１ａ〜６１ｉ       ブロック体
８０   燃料電池スタック
８１   単セル
８２、８３    エンドプレート
【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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【図１０】
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