燃料電池
【課題】本発明の目的は、ガス拡散層一体型シールを高精度に位置決めすることができながら、発電効率の向上を図ることができる、燃料電池を提供する。
【解決手段】アノード側拡散層２１とアノード側シール部２２との接合部分に設けられるアノード側含浸部２３は、燃料供給部材３の第１凹部３１に受け入れられる。また、カソード側拡散層２５とカソード側シール部２６との接合部分に設けられるカソード側含浸部２７は、空気供給部材４の第３凹部３３に受け入れられる。そして、アノード側含浸部２３とカソード側含浸部２７とは、積層方向に対向している。
【解決手段】アノード側拡散層２１とアノード側シール部２２との接合部分に設けられるアノード側含浸部２３は、燃料供給部材３の第１凹部３１に受け入れられる。また、カソード側拡散層２５とカソード側シール部２６との接合部分に設けられるカソード側含浸部２７は、空気供給部材４の第３凹部３３に受け入れられる。そして、アノード側含浸部２３とカソード側含浸部２７とは、積層方向に対向している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、詳しくは、固体高分子形の燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子形の燃料電池としては、燃料として水素などのガスを使用する燃料電池や、燃料としてメタノール、ジメチルエーテルまたはヒドラジンなどの液体を使用する燃料電池が知られている。
【０００３】
固体高分子形の燃料電池は、一般的には、高分子電解質膜からなる電解質層、その電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極を備える膜・電極接合体（ＭＥＡ）と、燃料側電極および酸素側電極の外側にそれぞれ配置されるガス拡散層（ＧＤＬ）と、燃料側電極にガス拡散層を挟んで対向配置される燃料側セパレータと、酸素側電極にガス拡散層を挟んで対向配置される酸素側セパレータとを備える単位セルを有している。燃料電池では、このような単位セルが複数スタックされている。
【０００４】
このような燃料電池には、ガス拡散層の周縁部にシール部材を設け、ガス拡散層とシール部材とを含浸部により一体化したＧＤＬ一体型シールを用いることが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図４は、ＧＤＬ一体型シールが採用された燃料電池の単位セルを示す概略構成図である。
【０００６】
図４に示されるように、燃料電池の単位セル５１は、膜・電極接合体５２、膜・電極接合体５２の一方側（アノード側）に積層されたアノード側ＧＤＬ一体型シール５３、膜・電極接合体５２の他方側（カソード側）に積層されたカソード側ＧＤＬ一体型シール５４、アノード側ＧＤＬ一体型シール５３における膜・電極接合体５２の他方側に積層された燃料供給部材５５、およびカソード側ＧＤＬ一体型シール５４における膜・電極接合体５２の他方側に積層された空気供給部材５６を備えている。
【０００７】
アノード側ＧＤＬ一体型シール５３は、アノード側ガス拡散層５９、アノード側シール部材５７およびアノード側含浸部５８を備えている。
【０００８】
アノード側シール部材５７は、アノード側ガス拡散層５９の周端部に接合されている。
【０００９】
アノード側含浸部５８は、アノード側ガス拡散層５９とアノード側シール部材５７との接合部分に設けられ、アノード側ガス拡散層５９よりも積層方向に厚くなるように、燃料供給部材５５に向けて膨出している。
【００１０】
一方、カソード側ＧＤＬ一体型シール５４は、カソード側ガス拡散層６２、カソード側シール部材６０およびカソード側含浸部６１を備えている。
【００１１】
カソード側シール部材６０は、カソード側ガス拡散層６２の周端部に接合されている。
【００１２】
カソード側含浸部６１は、カソード側ガス拡散層６２とカソード側シール部材６０との接合部分に設けられ、カソード側ガス拡散層６２よりも積層方向に厚くなるように、空気供給部材５６に向けて膨出している。
【００１３】
そして、アノード側含浸部５８と、カソード側含浸部６１とは、積層方向に対向しないように、互いに位置をずらして配置されている。
【００１４】
この燃料電池の単位セル５１では、膜・電極接合体５２において、アノード側ガス拡散層５９およびカソード側ガス拡散層６２の両方に接触する部分が、発電に寄与する発電領域とされている。
【００１５】
また、燃料供給部材５５と空気供給部材５６との間において、膜・電極接合体５２、アノード側ＧＤＬ一体型シール５３およびカソード側ＧＤＬ一体型シール５４の周囲には、ガスケット６５が設けられている。そして、ガスケット６５が燃料供給部材５５および空気供給部材５６の間に固定されることにより、これらの膜・電極接合体５２、アノード側ＧＤＬ一体型シール５３およびカソード側ＧＤＬ一体型シール５４の位置決めを達成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−７３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、ガスケット６５は、一般的にはゴムなどの弾性を有する柔軟な材料で形成されている。そのため、ガスケット６５による位置決め精度が低いという不具合がある。
【００１８】
また、アノード側含浸部５８とカソード側含浸部６１とが互いに積層方向に対向しないように配置されているので、膜・電極接合体５２において、アノード側ガス拡散層５９およびカソード側ガス拡散層６２の両方に接触する部分の面積が小さくなり、発電効率の向上を阻害する要因となっている。
【００１９】
そこで、アノード側含浸部５８とカソード側含浸部６１とを積層方向に対向させるように配置すれば、発電領域を拡大し、発電効率を向上させることができる。
【００２０】
しかしながら、アノード側含浸部５８およびカソード側含浸部６１は、アノード側ガス拡散層５９およびカソード側ガス拡散層６２よりも積層方向に大きな厚みを有しており、しかも、アノード側シール部材５７およびカソード側シール部材６０が含浸されることにより設けられているため、アノード側ガス拡散層５９およびカソード側ガス拡散層６２よりも硬質である。
【００２１】
そのため、アノード側含浸部５８とカソード側含浸部６１とが積層方向に対向していると、これら膜・電極接合体５２、アノード側ＧＤＬ一体型シール５３およびカソード側ＧＤＬ一体型シール５４を、燃料供給部材５５および空気供給部材５６で挟み込んだときに、燃料供給部材５５および空気供給部材５６によってアノード側ガス拡散層５９およびカソード側ガス拡散層６２に適切な荷重を加えることができず、発電効率が低下する。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、ガス拡散層一体型シールを高精度に位置決めすることができながら、発電効率の向上を図ることができる、燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、高分子電解質膜からなる電解質層、前記電解質層を挟むように積層される燃料側電極および酸素側電極を備える膜・電極接合体と、前記膜・電極接合体の両側に積層される１対のガス拡散層一体型シールと、１対の前記ガス拡散層一体型シールにそれぞれ組み付けられるセパレータと、を備える単位セルが複数スタックされた燃料電池であって、各前記ガス拡散層一体型シールは、ガス拡散層と、前記ガス拡散層の前記積層方向と直交する方向の端部に接合されるシール部と、前記ガス拡散層と前記シール部との接合部分に設けられ、前記ガス拡散層よりも前記積層方向に厚くなるように、前記セパレータに向けて膨出する含浸部とを備え、一方側の前記ガス拡散層一体型シールの前記含浸部と、他方側の前記ガス拡散層一体型シールの前記含浸部とは、前記積層方向に対向し、各前記セパレータには、前記含浸部と対向する位置に、前記含浸部を受け入れる凹部が形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の燃料電池では、各セパレータにおける含浸部と対向する位置に、含浸部を受け入れる凹部が形成されている。また、含浸部は、ガス拡散層とシール部との接合部分において、含浸により設けられているので、硬質である。そのため、硬質の含浸部が凹部に受け入れられることにより、ガス拡散層一体型シールを高精度に位置決めすることができる。
【００２５】
さらに、含浸部が凹部に受け入れられるので、各セパレータの組み付け時に、ガス拡散層一体型シールのガス拡散層に対して、適切な荷重を加えることができる。これにより、一方のガス拡散層一体型シールの含浸部と、他方のガス拡散層一体型シールの含浸部とが積層方向に対向していても、発電効率が低下することを確実に防止できる。
【００２６】
また、一方のガス拡散層一体型シールの含浸部と、他方のガス拡散層一体型シールの含浸部とが積層方向に対向しているので、膜・電極接合体と両方のガス拡散層一体型シールとの接触面積を増加させることができる。そのため、膜・電極接合体において、発電に寄与する領域の面積が増加し、発電効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す燃料電池のアノード側ガス拡散層一体型シールに燃料供給部材が組み付けられた状態を示す平面図である。
【図３】図３は、単位セルを組み付けた状態の図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は、従来の燃料電池の単位セルを説明するための模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
１．燃料電池
（１−１）燃料電池の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す概略構成図、図２は、図１に示す燃料電池のアノード側ガス拡散層一体型シールに空気供給部材が組み付けられた状態を示す平面図、図３は、単位セルを組み付けた状態の図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００２９】
図１ないし図３において、燃料電池１は、例えば、液体の燃料成分が直接供給される固体高分子形の燃料電池である。燃料電池１には、発電のために燃料成分が供給されるとともに、空気（酸素）が供給される。また、燃料電池１には、燃料成分および空気を冷却するための冷却水が供給される。
【００３０】
燃料電池１に供給される燃料成分としては、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン（水加ヒドラジン、無水ヒドラジンなどを含む）などが挙げられる。
【００３１】
燃料電池１は、単位セル１６が複数積層された燃料電池スタックとして形成されている。
【００３２】
単位セル１６は、膜・電極接合体２、膜・電極接合体２の一方側（アノード側）に積層されるガス拡散層一体型シールとしてのアノード側ＧＤＬ一体型シール８、アノード側ＧＤＬ一体型シール８における膜・電極接合体２の他方側に積層される燃料供給部材３、膜・電極接合体２の他方側（カソード側）に積層されるガス拡散層一体型シールとしてのカソード側ＧＤＬ一体型シール９、カソード側ＧＤＬ一体型シール９における膜・電極接合体２の他方側に積層される空気供給部材４、および、燃料供給部材３と空気供給部材４との間において、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９の周囲に設けられるガスケット１５を備えている。
【００３３】
また、図１では、複数の単位セル１６のうち１つだけを取り出して分解して表し、その他の単位セル１６については積層状態を示している。
【００３４】
膜・電極接合体２は、図３に示すように、電解質層５、電解質層５の厚み方向一方側の表面（以下、単に一方面と記載する。）に積層される燃料側電極としてのアノード電極６、および、電解質層５の厚み方向他方側の表面（以下、単に他方面と記載する。）に積層される酸素側電極としてのカソード電極７を備えている。
【００３５】
電解質層５は、アニオン交換型またはカチオン交換型などの高分子電解質膜から形成されている。
【００３６】
また、電解質層５の膜厚は、例えば、１０〜１００μｍである。
【００３７】
アノード電極６は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。また、触媒担体を用いずに、触媒を、直接、アノード電極６として形成することもできる。
【００３８】
アノード電極６の厚みは、例えば、１０〜２００μｍ、好ましくは、２０〜１００μｍである。
【００３９】
カソード電極７は、例えば、アノード電極６と同様に、触媒を担持した触媒担体により形成されている。
【００４０】
カソード電極７の厚みは、例えば、１０〜３００μｍ、好ましくは、２０〜１５０μｍである。
【００４１】
アノード側ＧＤＬ一体型シール８は、図２および図３に示すように、ガス拡散層としてのアノード側拡散層２１、シール部としてのアノード側シール部２２、および、含浸部としてのアノード側含浸部２３を一体的に備えている。
【００４２】
アノード側拡散層２１は、例えば、カーボンペーパーあるいはカーボンクロスなどが、必要によりフッ素処理されている硬質のガス透過性材料から、略矩形平板形状に形成されている。なお、アノード側拡散層２１は、集電体としても作用する。
【００４３】
アノード側拡散層２１の厚みは、例えば、５０〜５００μｍ、好ましくは、１００〜３００μｍである。
【００４４】
アノード側シール部２２は、アノード側拡散層２１の積層方向と直交する方向の周端部に接合される矩形枠形状の第１シール部２２ａと、第１シール部２２ａを挟んで互いに対向するように設けられ、後述する燃料供給部材３に形成された６つの開口部３０をそれぞれ取り囲む格子形状の第２シール部２２ｂとを一体的に備えている。
【００４５】
アノード側シール部２２は、例えば、ゴムなどの弾性を有する材料から形成されている。
【００４６】
アノード側シール部２２の厚みは、例えば、５０〜５００μｍ、好ましくは、１００〜４００μｍである。
【００４７】
アノード側含浸部２３は、アノード側拡散層２１とアノード側シール部２２の第１シール部２２ａとの接合部分に設けられ、矩形枠形状に形成されている。
【００４８】
アノード側含浸部２３は、アノード側拡散層２１にアノード側シール部２２のゴム成分を含浸させ、その後、圧縮成形することにより形成されている。これにより、アノード側含浸部２３は、アノード側拡散層２１よりも積層方向に厚くなるように、燃料供給部材３に向けて膨出している。
【００４９】
アノード側含浸部２３の厚みは、例えば、アノード側拡散層２１の１．５倍から２．０倍の厚みであり、１００〜１０００μｍ、好ましくは、２００〜７００μｍである。
【００５０】
また、アノード側含浸部２３の幅（アノード側拡散層２１とアノード側シール部２２との対向方向の幅）は、例えば、１０００〜１００００μｍ、好ましくは、２０００〜５０００μｍである。
【００５１】
燃料供給部材３は、ガス不透過性の導電性部材からなり、アノード側拡散層２１を介して、アノード電極６に液体燃料を供給する。また、燃料供給部材３は、セパレータとしても兼用される。燃料供給部材３には、その表面から凹む、複数の流路溝２９が並列に形成されている（図１の破線参照）。
【００５２】
また、燃料供給部材３には、アノード側ＧＤＬ一体型シール８と対向する内側面から掘り下がる凹部としての第１凹溝３１および第２凹溝３２が形成されている。
【００５３】
なお、図１および図２においては、第１凹溝３１および第２凹溝３２の図示を省略している。
【００５４】
第１凹溝３１は、アノード側含浸部２３と対向する位置において、アノード側含浸部２３を受け入れ可能な溝幅および深さを有する矩形枠形状に形成されている。
【００５５】
また、第２凹溝３２は、ガスケット１５と対向する位置において、ガスケット１５を受け入れ可能な溝幅および深さを有する矩形枠形状に形成されている。
【００５６】
なお、第１凹溝３１および第２凹溝３２は、別々に形成されていてもよいし、アノード側含浸部２３およびガスケット１５の両方を受け入れ可能な溝幅および深さを有する１つの凹溝として形成されていてもよい。
【００５７】
また、図１に示すように、燃料供給部材３には、単位セル１６が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、燃料電池１をその積層方向に貫通する６つの開口部３０が形成されている。６つの開口部３０は、後述する燃料供給路１０への燃料の供給または排出、後述する空気供給路１３への空気の供給または排出、および図示しない水供給路への冷却水の供給または排出のためにそれぞれ使用される。
【００５８】
図２および図３に示すように、カソード側ＧＤＬ一体型シール９は、ガス拡散層としてのカソード側拡散層２５、シール部としてのカソード側シール部２６、および、含浸部としてのカソード側含浸部２７を一体的に備えている。
【００５９】
カソード側拡散層２５は、例えば、アノード側拡散層２１として例示した、硬質のガス透過性材料から、略矩形平板形状に形成されている。なお、アノード側拡散層２１と同様に、カソード側拡散層２５も、集電体としても作用する。
【００６０】
カソード側拡散層２５の厚みは、例えば、５０〜５００μｍ、好ましくは、１５０〜３５０μｍである。
【００６１】
カソード側シール部２６は、カソード側拡散層２５の積層方向と直交する方向の周端部に接合される矩形枠形状の第３シール部２６ａ（図１参照）と、第３シール部２６ａを挟んで互いに対向するように設けられ、後述する空気供給部材４に形成された６つの開口部３０をそれぞれ取り囲む格子形状の第４シール部２６ｂ（図１参照）とを一体的に備えている。
【００６２】
カソード側シール部２６は、例えば、ゴムなどの弾性を有する材料から形成されている。
【００６３】
カソード側シール部２６の厚みは、例えば、５０〜５００μｍ、好ましくは、１００〜４００μｍである。
【００６４】
カソード側含浸部２７は、カソード側拡散層２５とカソード側シール部２６の第３シール部２６ａとの接合部分に設けられ、矩形枠形状に形成されている。また、カソード側含浸部２７は、単位セル１６に組み付けられた状態で、アノード側含浸部２３に対して膜・電極接合体２を挟んで対向している。
【００６５】
カソード側含浸部２７は、カソード側拡散層２５にカソード側シール部２６のゴム成分を含浸させ、その後、圧縮成形することにより形成されている。これにより、カソード側含浸部２７は、カソード側拡散層２５よりも積層方向に厚くなるように、空気供給部材４に向けて膨出している。
【００６６】
カソード側含浸部２７の厚みは、例えば、カソード側拡散層２５の１．５倍から２．０倍の厚みであり、１００〜１０００μｍ、好ましくは、２５０〜７５０μｍである。
【００６７】
また、カソード側含浸部２７の幅（カソード側拡散層２５とカソード側シール部２６との対向方向の幅）は、例えば、１０００〜１００００μｍ、好ましくは、２０００〜５０００μｍである。
【００６８】
空気供給部材４は、ガス不透過性の導電性部材からなり、カソード側拡散層２５を介して、カソード電極７に空気を供給する。また、空気供給部材４は、セパレータとしても兼用される。空気供給部材４には、その表面から凹む、複数の流路溝２９が並列に形成されている（図１参照）。
【００６９】
また、図３に示されるように、空気供給部材４には、カソード側ＧＤＬ一体型シール９と対向する内側面から掘り下がる凹部としての第３凹溝３３および第４凹溝３４が形成されている。
【００７０】
なお、図１および図２においては、第３凹溝３３および第４凹溝３４の図示を省略している。
【００７１】
第３凹溝３３は、カソード側含浸部２７と対向する位置において、カソード側含浸部２７を受け入れ可能な溝幅および深さを有する矩形枠形状に形成されている。
【００７２】
また、第４凹溝３４は、ガスケット１５と対向する位置において、ガスケット１５を受け入れ可能な溝幅および深さを有する矩形枠形状に形成されている。
【００７３】
なお、第３凹溝３３および第４凹溝３４は、別々に形成されていてもよいし、カソード側含浸部２７およびガスケット１５の両方を受け入れ可能な溝幅および深さを有する１つの凹溝として形成されていてもよい。
【００７４】
また、図１に示すように、空気供給部材４には、単位セル１６が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、燃料電池１をその積層方向に貫通する６つの開口部３０が形成されている。６つの開口部３０は、後述する燃料供給路１０への燃料の供給または排出、後述する空気供給路１３への空気の供給または排出、および図示しない水供給路への冷却水の供給または排出のためにそれぞれ使用される。
（１−２）燃料電池の製造方法
次に、本実施形態の燃料電池の製造方法について説明する。
【００７５】
まず、電解質層５と、電解質層５を挟むように積層されるアノード電極６およびカソード電極７とを備える膜・電極接合体２を用意する。
【００７６】
次いで、膜・電極接合体２に接触するように、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を積層する。
【００７７】
アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を膜・電極接合体２に積層するには、膜・電極接合体２の両側に、アノード側ＧＤＬ一体型シール８がアノード電極６の表面を被覆し、カソード側ＧＤＬ一体型シール９がカソード電極７の表面を被覆するように、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を配置する。
【００７８】
その後、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側シール部２２、および、カソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側シール部２６の各周縁部に接触するように、ガスケット１５を配置する。
【００７９】
次いで、アノード側ＧＤＬ一体型シール８に燃料供給部材３を組み付けるとともに、カソード側ＧＤＬ一体型シール９に空気供給部材４を組み付ける。
【００８０】
燃料供給部材３の組み付けでは、第１凹溝３１がアノード側含浸部２３に対向し、第２凹溝３２がガスケット１５に対向するように、燃料供給部材３を配置する。
【００８１】
一方、空気供給部材４の組み付けでは、第３凹溝３３がカソード側含浸部２７に対向し、第４凹溝３４がガスケット１５に対向するように、空気供給部材４を配置する。
【００８２】
そして、燃料供給部材３および空気供給部材４によって、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を挟み込む。
【００８３】
これにより、第１凹溝３１内にアノード側含浸部２３が受け入れられるとともに、第２凹溝３２内にガスケット１５が受け入れられる。また、燃料供給部材３における第１凹溝３１よりも内側部分において、アノード側拡散層２１と対向する部分は、アノード側拡散層２１に接触する。
【００８４】
上記したように、燃料供給部材３の内側面には、その表面から凹む複数の流路溝２９が形成されているので、燃料供給部材３とアノード側拡散層２１との接触により、流路溝２９とアノード側拡散層２１の表面との間に、アノード電極６全体に燃料成分を接触させるための燃料供給路１０が形成される。
【００８５】
また、第３凹溝３３内にカソード側含浸部２７が受け入れられるとともに、第４凹溝３４内にガスケット１５が受け入れられる。また、空気供給部材４における第３凹溝３３よりも内側部分において、カソード側拡散層２５と対向する部分は、カソード側拡散層２５に接触する。
【００８６】
上記したように、空気供給部材４の内側面には、その表面から凹む複数の流路溝２９が形成されているので、空気供給部材４とカソード側拡散層２５との接触により、流路溝２９とカソード側拡散層２５の表面との間に、カソード電極７全体に空気を接触させるための空気供給路１３が形成される。
【００８７】
これにより、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９が、燃料供給部材３および空気供給部材４に挟み込まれ、単位セル１６の製造が完了する。
【００８８】
次いで、単位セル１６を複数スタックすることにより、図１に示す燃料電池１を製造することができる。単位セル１６をスタックする方法は、特に制限されず、公知の手法に準拠する。
【００８９】
なお、このような単位セル１６において、複数の単位セル１６をそれぞれ区分する１つのセパレータ２０が、上記した燃料供給部材３および空気供給部材４を兼ね備えてもよい。この場合には、セパレータ２０は、その一方側面において、燃料供給部材３として作用するとともに、他方側面において、空気供給部材４として作用する。
２．作用効果
この燃料電池１では、燃料供給部材３におけるアノード側含浸部２３と対向する位置に、アノード側含浸部２３を受け入れる第１凹部３１が形成されている。また、アノード側含浸部は、アノード側拡散層２１とアノード側シール部２２との接合部分において、含浸により設けられているので、硬質である。そのため、硬質のアノード側含浸部２３が第１凹部３１に受け入れられることにより、アノード側ＧＤＬ一体型シール８を高精度に位置決めすることができる。
【００９０】
また、燃料電池１では、空気供給部材４におけるカソード側含浸部２７と対向する位置に、カソード側含浸部２７を受け入れる第３凹部３３が形成されている。また、カソード側含浸部２７は、カソード側拡散層２５とカソード側シール部２６との接合部分において、含浸により設けられているので、硬質である。そのため、硬質のカソード側含浸部２７が第３凹部３３に受け入れられることにより、カソード側ＧＤＬ一体型シール９を高精度に位置決めすることができる。
【００９１】
さらに、アノード側含浸部２３が第１凹部３１に受け入れられるとともに、カソード側含浸部２７が第３凹部３３に受け入れられるので、燃料供給部材３および空気供給部材４の組み付け時に、アノード側拡散層２１およびカソード側拡散層２５に対して、燃料供給部材３および空気供給部材４から適切な荷重を加えることができる。これにより、アノード側含浸部２３とカソード側含浸部２７とが積層方向に対向していても、発電効率が低下することを確実に防止できる。
【００９２】
また、アノード側含浸部２３とカソード側含浸部２７とが積層方向に対向しているので、膜・電極接合体２とアノード側拡散層２１およびカソード側拡散層２５との接触面積を増加させることができる。そのため、膜・電極接合体２において、発電に寄与する領域の面積が増加し、発電効率の向上を図ることができる。
【００９３】
また、上記した実施形態では、燃料成分として、ヒドラジンなどの液体燃料を例示したが、本発明は、水素などのガス燃料を使用する燃料電池に適用することもできる。
【符号の説明】
【００９４】
１ 燃料電池
２ 膜・電極接合体
３ 燃料供給部材
４ 空気供給部材
５ 電解質層
６ アノード電極
７ カソード電極
８ アノード側ＧＤＬ一体型シール
９ カソード側ＧＤＬ一体型シール
１６ 単位セル
２１ アノード側拡散層
２２ アノード側シール部
２３ アノード側含浸部
２５ カソード側拡散層
２６ カソード側シール部
２７ カソード側含浸部
３１ 第１凹部
３３ 第３凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、詳しくは、固体高分子形の燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子形の燃料電池としては、燃料として水素などのガスを使用する燃料電池や、燃料としてメタノール、ジメチルエーテルまたはヒドラジンなどの液体を使用する燃料電池が知られている。
【０００３】
固体高分子形の燃料電池は、一般的には、高分子電解質膜からなる電解質層、その電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極を備える膜・電極接合体（ＭＥＡ）と、燃料側電極および酸素側電極の外側にそれぞれ配置されるガス拡散層（ＧＤＬ）と、燃料側電極にガス拡散層を挟んで対向配置される燃料側セパレータと、酸素側電極にガス拡散層を挟んで対向配置される酸素側セパレータとを備える単位セルを有している。燃料電池では、このような単位セルが複数スタックされている。
【０００４】
このような燃料電池には、ガス拡散層の周縁部にシール部材を設け、ガス拡散層とシール部材とを含浸部により一体化したＧＤＬ一体型シールを用いることが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図４は、ＧＤＬ一体型シールが採用された燃料電池の単位セルを示す概略構成図である。
【０００６】
図４に示されるように、燃料電池の単位セル５１は、膜・電極接合体５２、膜・電極接合体５２の一方側（アノード側）に積層されたアノード側ＧＤＬ一体型シール５３、膜・電極接合体５２の他方側（カソード側）に積層されたカソード側ＧＤＬ一体型シール５４、アノード側ＧＤＬ一体型シール５３における膜・電極接合体５２の他方側に積層された燃料供給部材５５、およびカソード側ＧＤＬ一体型シール５４における膜・電極接合体５２の他方側に積層された空気供給部材５６を備えている。
【０００７】
アノード側ＧＤＬ一体型シール５３は、アノード側ガス拡散層５９、アノード側シール部材５７およびアノード側含浸部５８を備えている。
【０００８】
アノード側シール部材５７は、アノード側ガス拡散層５９の周端部に接合されている。
【０００９】
アノード側含浸部５８は、アノード側ガス拡散層５９とアノード側シール部材５７との接合部分に設けられ、アノード側ガス拡散層５９よりも積層方向に厚くなるように、燃料供給部材５５に向けて膨出している。
【００１０】
一方、カソード側ＧＤＬ一体型シール５４は、カソード側ガス拡散層６２、カソード側シール部材６０およびカソード側含浸部６１を備えている。
【００１１】
カソード側シール部材６０は、カソード側ガス拡散層６２の周端部に接合されている。
【００１２】
カソード側含浸部６１は、カソード側ガス拡散層６２とカソード側シール部材６０との接合部分に設けられ、カソード側ガス拡散層６２よりも積層方向に厚くなるように、空気供給部材５６に向けて膨出している。
【００１３】
そして、アノード側含浸部５８と、カソード側含浸部６１とは、積層方向に対向しないように、互いに位置をずらして配置されている。
【００１４】
この燃料電池の単位セル５１では、膜・電極接合体５２において、アノード側ガス拡散層５９およびカソード側ガス拡散層６２の両方に接触する部分が、発電に寄与する発電領域とされている。
【００１５】
また、燃料供給部材５５と空気供給部材５６との間において、膜・電極接合体５２、アノード側ＧＤＬ一体型シール５３およびカソード側ＧＤＬ一体型シール５４の周囲には、ガスケット６５が設けられている。そして、ガスケット６５が燃料供給部材５５および空気供給部材５６の間に固定されることにより、これらの膜・電極接合体５２、アノード側ＧＤＬ一体型シール５３およびカソード側ＧＤＬ一体型シール５４の位置決めを達成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−７３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、ガスケット６５は、一般的にはゴムなどの弾性を有する柔軟な材料で形成されている。そのため、ガスケット６５による位置決め精度が低いという不具合がある。
【００１８】
また、アノード側含浸部５８とカソード側含浸部６１とが互いに積層方向に対向しないように配置されているので、膜・電極接合体５２において、アノード側ガス拡散層５９およびカソード側ガス拡散層６２の両方に接触する部分の面積が小さくなり、発電効率の向上を阻害する要因となっている。
【００１９】
そこで、アノード側含浸部５８とカソード側含浸部６１とを積層方向に対向させるように配置すれば、発電領域を拡大し、発電効率を向上させることができる。
【００２０】
しかしながら、アノード側含浸部５８およびカソード側含浸部６１は、アノード側ガス拡散層５９およびカソード側ガス拡散層６２よりも積層方向に大きな厚みを有しており、しかも、アノード側シール部材５７およびカソード側シール部材６０が含浸されることにより設けられているため、アノード側ガス拡散層５９およびカソード側ガス拡散層６２よりも硬質である。
【００２１】
そのため、アノード側含浸部５８とカソード側含浸部６１とが積層方向に対向していると、これら膜・電極接合体５２、アノード側ＧＤＬ一体型シール５３およびカソード側ＧＤＬ一体型シール５４を、燃料供給部材５５および空気供給部材５６で挟み込んだときに、燃料供給部材５５および空気供給部材５６によってアノード側ガス拡散層５９およびカソード側ガス拡散層６２に適切な荷重を加えることができず、発電効率が低下する。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、ガス拡散層一体型シールを高精度に位置決めすることができながら、発電効率の向上を図ることができる、燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、高分子電解質膜からなる電解質層、前記電解質層を挟むように積層される燃料側電極および酸素側電極を備える膜・電極接合体と、前記膜・電極接合体の両側に積層される１対のガス拡散層一体型シールと、１対の前記ガス拡散層一体型シールにそれぞれ組み付けられるセパレータと、を備える単位セルが複数スタックされた燃料電池であって、各前記ガス拡散層一体型シールは、ガス拡散層と、前記ガス拡散層の前記積層方向と直交する方向の端部に接合されるシール部と、前記ガス拡散層と前記シール部との接合部分に設けられ、前記ガス拡散層よりも前記積層方向に厚くなるように、前記セパレータに向けて膨出する含浸部とを備え、一方側の前記ガス拡散層一体型シールの前記含浸部と、他方側の前記ガス拡散層一体型シールの前記含浸部とは、前記積層方向に対向し、各前記セパレータには、前記含浸部と対向する位置に、前記含浸部を受け入れる凹部が形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の燃料電池では、各セパレータにおける含浸部と対向する位置に、含浸部を受け入れる凹部が形成されている。また、含浸部は、ガス拡散層とシール部との接合部分において、含浸により設けられているので、硬質である。そのため、硬質の含浸部が凹部に受け入れられることにより、ガス拡散層一体型シールを高精度に位置決めすることができる。
【００２５】
さらに、含浸部が凹部に受け入れられるので、各セパレータの組み付け時に、ガス拡散層一体型シールのガス拡散層に対して、適切な荷重を加えることができる。これにより、一方のガス拡散層一体型シールの含浸部と、他方のガス拡散層一体型シールの含浸部とが積層方向に対向していても、発電効率が低下することを確実に防止できる。
【００２６】
また、一方のガス拡散層一体型シールの含浸部と、他方のガス拡散層一体型シールの含浸部とが積層方向に対向しているので、膜・電極接合体と両方のガス拡散層一体型シールとの接触面積を増加させることができる。そのため、膜・電極接合体において、発電に寄与する領域の面積が増加し、発電効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す燃料電池のアノード側ガス拡散層一体型シールに燃料供給部材が組み付けられた状態を示す平面図である。
【図３】図３は、単位セルを組み付けた状態の図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は、従来の燃料電池の単位セルを説明するための模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
１．燃料電池
（１−１）燃料電池の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す概略構成図、図２は、図１に示す燃料電池のアノード側ガス拡散層一体型シールに空気供給部材が組み付けられた状態を示す平面図、図３は、単位セルを組み付けた状態の図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００２９】
図１ないし図３において、燃料電池１は、例えば、液体の燃料成分が直接供給される固体高分子形の燃料電池である。燃料電池１には、発電のために燃料成分が供給されるとともに、空気（酸素）が供給される。また、燃料電池１には、燃料成分および空気を冷却するための冷却水が供給される。
【００３０】
燃料電池１に供給される燃料成分としては、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン（水加ヒドラジン、無水ヒドラジンなどを含む）などが挙げられる。
【００３１】
燃料電池１は、単位セル１６が複数積層された燃料電池スタックとして形成されている。
【００３２】
単位セル１６は、膜・電極接合体２、膜・電極接合体２の一方側（アノード側）に積層されるガス拡散層一体型シールとしてのアノード側ＧＤＬ一体型シール８、アノード側ＧＤＬ一体型シール８における膜・電極接合体２の他方側に積層される燃料供給部材３、膜・電極接合体２の他方側（カソード側）に積層されるガス拡散層一体型シールとしてのカソード側ＧＤＬ一体型シール９、カソード側ＧＤＬ一体型シール９における膜・電極接合体２の他方側に積層される空気供給部材４、および、燃料供給部材３と空気供給部材４との間において、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９の周囲に設けられるガスケット１５を備えている。
【００３３】
また、図１では、複数の単位セル１６のうち１つだけを取り出して分解して表し、その他の単位セル１６については積層状態を示している。
【００３４】
膜・電極接合体２は、図３に示すように、電解質層５、電解質層５の厚み方向一方側の表面（以下、単に一方面と記載する。）に積層される燃料側電極としてのアノード電極６、および、電解質層５の厚み方向他方側の表面（以下、単に他方面と記載する。）に積層される酸素側電極としてのカソード電極７を備えている。
【００３５】
電解質層５は、アニオン交換型またはカチオン交換型などの高分子電解質膜から形成されている。
【００３６】
また、電解質層５の膜厚は、例えば、１０〜１００μｍである。
【００３７】
アノード電極６は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。また、触媒担体を用いずに、触媒を、直接、アノード電極６として形成することもできる。
【００３８】
アノード電極６の厚みは、例えば、１０〜２００μｍ、好ましくは、２０〜１００μｍである。
【００３９】
カソード電極７は、例えば、アノード電極６と同様に、触媒を担持した触媒担体により形成されている。
【００４０】
カソード電極７の厚みは、例えば、１０〜３００μｍ、好ましくは、２０〜１５０μｍである。
【００４１】
アノード側ＧＤＬ一体型シール８は、図２および図３に示すように、ガス拡散層としてのアノード側拡散層２１、シール部としてのアノード側シール部２２、および、含浸部としてのアノード側含浸部２３を一体的に備えている。
【００４２】
アノード側拡散層２１は、例えば、カーボンペーパーあるいはカーボンクロスなどが、必要によりフッ素処理されている硬質のガス透過性材料から、略矩形平板形状に形成されている。なお、アノード側拡散層２１は、集電体としても作用する。
【００４３】
アノード側拡散層２１の厚みは、例えば、５０〜５００μｍ、好ましくは、１００〜３００μｍである。
【００４４】
アノード側シール部２２は、アノード側拡散層２１の積層方向と直交する方向の周端部に接合される矩形枠形状の第１シール部２２ａと、第１シール部２２ａを挟んで互いに対向するように設けられ、後述する燃料供給部材３に形成された６つの開口部３０をそれぞれ取り囲む格子形状の第２シール部２２ｂとを一体的に備えている。
【００４５】
アノード側シール部２２は、例えば、ゴムなどの弾性を有する材料から形成されている。
【００４６】
アノード側シール部２２の厚みは、例えば、５０〜５００μｍ、好ましくは、１００〜４００μｍである。
【００４７】
アノード側含浸部２３は、アノード側拡散層２１とアノード側シール部２２の第１シール部２２ａとの接合部分に設けられ、矩形枠形状に形成されている。
【００４８】
アノード側含浸部２３は、アノード側拡散層２１にアノード側シール部２２のゴム成分を含浸させ、その後、圧縮成形することにより形成されている。これにより、アノード側含浸部２３は、アノード側拡散層２１よりも積層方向に厚くなるように、燃料供給部材３に向けて膨出している。
【００４９】
アノード側含浸部２３の厚みは、例えば、アノード側拡散層２１の１．５倍から２．０倍の厚みであり、１００〜１０００μｍ、好ましくは、２００〜７００μｍである。
【００５０】
また、アノード側含浸部２３の幅（アノード側拡散層２１とアノード側シール部２２との対向方向の幅）は、例えば、１０００〜１００００μｍ、好ましくは、２０００〜５０００μｍである。
【００５１】
燃料供給部材３は、ガス不透過性の導電性部材からなり、アノード側拡散層２１を介して、アノード電極６に液体燃料を供給する。また、燃料供給部材３は、セパレータとしても兼用される。燃料供給部材３には、その表面から凹む、複数の流路溝２９が並列に形成されている（図１の破線参照）。
【００５２】
また、燃料供給部材３には、アノード側ＧＤＬ一体型シール８と対向する内側面から掘り下がる凹部としての第１凹溝３１および第２凹溝３２が形成されている。
【００５３】
なお、図１および図２においては、第１凹溝３１および第２凹溝３２の図示を省略している。
【００５４】
第１凹溝３１は、アノード側含浸部２３と対向する位置において、アノード側含浸部２３を受け入れ可能な溝幅および深さを有する矩形枠形状に形成されている。
【００５５】
また、第２凹溝３２は、ガスケット１５と対向する位置において、ガスケット１５を受け入れ可能な溝幅および深さを有する矩形枠形状に形成されている。
【００５６】
なお、第１凹溝３１および第２凹溝３２は、別々に形成されていてもよいし、アノード側含浸部２３およびガスケット１５の両方を受け入れ可能な溝幅および深さを有する１つの凹溝として形成されていてもよい。
【００５７】
また、図１に示すように、燃料供給部材３には、単位セル１６が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、燃料電池１をその積層方向に貫通する６つの開口部３０が形成されている。６つの開口部３０は、後述する燃料供給路１０への燃料の供給または排出、後述する空気供給路１３への空気の供給または排出、および図示しない水供給路への冷却水の供給または排出のためにそれぞれ使用される。
【００５８】
図２および図３に示すように、カソード側ＧＤＬ一体型シール９は、ガス拡散層としてのカソード側拡散層２５、シール部としてのカソード側シール部２６、および、含浸部としてのカソード側含浸部２７を一体的に備えている。
【００５９】
カソード側拡散層２５は、例えば、アノード側拡散層２１として例示した、硬質のガス透過性材料から、略矩形平板形状に形成されている。なお、アノード側拡散層２１と同様に、カソード側拡散層２５も、集電体としても作用する。
【００６０】
カソード側拡散層２５の厚みは、例えば、５０〜５００μｍ、好ましくは、１５０〜３５０μｍである。
【００６１】
カソード側シール部２６は、カソード側拡散層２５の積層方向と直交する方向の周端部に接合される矩形枠形状の第３シール部２６ａ（図１参照）と、第３シール部２６ａを挟んで互いに対向するように設けられ、後述する空気供給部材４に形成された６つの開口部３０をそれぞれ取り囲む格子形状の第４シール部２６ｂ（図１参照）とを一体的に備えている。
【００６２】
カソード側シール部２６は、例えば、ゴムなどの弾性を有する材料から形成されている。
【００６３】
カソード側シール部２６の厚みは、例えば、５０〜５００μｍ、好ましくは、１００〜４００μｍである。
【００６４】
カソード側含浸部２７は、カソード側拡散層２５とカソード側シール部２６の第３シール部２６ａとの接合部分に設けられ、矩形枠形状に形成されている。また、カソード側含浸部２７は、単位セル１６に組み付けられた状態で、アノード側含浸部２３に対して膜・電極接合体２を挟んで対向している。
【００６５】
カソード側含浸部２７は、カソード側拡散層２５にカソード側シール部２６のゴム成分を含浸させ、その後、圧縮成形することにより形成されている。これにより、カソード側含浸部２７は、カソード側拡散層２５よりも積層方向に厚くなるように、空気供給部材４に向けて膨出している。
【００６６】
カソード側含浸部２７の厚みは、例えば、カソード側拡散層２５の１．５倍から２．０倍の厚みであり、１００〜１０００μｍ、好ましくは、２５０〜７５０μｍである。
【００６７】
また、カソード側含浸部２７の幅（カソード側拡散層２５とカソード側シール部２６との対向方向の幅）は、例えば、１０００〜１００００μｍ、好ましくは、２０００〜５０００μｍである。
【００６８】
空気供給部材４は、ガス不透過性の導電性部材からなり、カソード側拡散層２５を介して、カソード電極７に空気を供給する。また、空気供給部材４は、セパレータとしても兼用される。空気供給部材４には、その表面から凹む、複数の流路溝２９が並列に形成されている（図１参照）。
【００６９】
また、図３に示されるように、空気供給部材４には、カソード側ＧＤＬ一体型シール９と対向する内側面から掘り下がる凹部としての第３凹溝３３および第４凹溝３４が形成されている。
【００７０】
なお、図１および図２においては、第３凹溝３３および第４凹溝３４の図示を省略している。
【００７１】
第３凹溝３３は、カソード側含浸部２７と対向する位置において、カソード側含浸部２７を受け入れ可能な溝幅および深さを有する矩形枠形状に形成されている。
【００７２】
また、第４凹溝３４は、ガスケット１５と対向する位置において、ガスケット１５を受け入れ可能な溝幅および深さを有する矩形枠形状に形成されている。
【００７３】
なお、第３凹溝３３および第４凹溝３４は、別々に形成されていてもよいし、カソード側含浸部２７およびガスケット１５の両方を受け入れ可能な溝幅および深さを有する１つの凹溝として形成されていてもよい。
【００７４】
また、図１に示すように、空気供給部材４には、単位セル１６が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、燃料電池１をその積層方向に貫通する６つの開口部３０が形成されている。６つの開口部３０は、後述する燃料供給路１０への燃料の供給または排出、後述する空気供給路１３への空気の供給または排出、および図示しない水供給路への冷却水の供給または排出のためにそれぞれ使用される。
（１−２）燃料電池の製造方法
次に、本実施形態の燃料電池の製造方法について説明する。
【００７５】
まず、電解質層５と、電解質層５を挟むように積層されるアノード電極６およびカソード電極７とを備える膜・電極接合体２を用意する。
【００７６】
次いで、膜・電極接合体２に接触するように、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を積層する。
【００７７】
アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を膜・電極接合体２に積層するには、膜・電極接合体２の両側に、アノード側ＧＤＬ一体型シール８がアノード電極６の表面を被覆し、カソード側ＧＤＬ一体型シール９がカソード電極７の表面を被覆するように、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を配置する。
【００７８】
その後、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側シール部２２、および、カソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側シール部２６の各周縁部に接触するように、ガスケット１５を配置する。
【００７９】
次いで、アノード側ＧＤＬ一体型シール８に燃料供給部材３を組み付けるとともに、カソード側ＧＤＬ一体型シール９に空気供給部材４を組み付ける。
【００８０】
燃料供給部材３の組み付けでは、第１凹溝３１がアノード側含浸部２３に対向し、第２凹溝３２がガスケット１５に対向するように、燃料供給部材３を配置する。
【００８１】
一方、空気供給部材４の組み付けでは、第３凹溝３３がカソード側含浸部２７に対向し、第４凹溝３４がガスケット１５に対向するように、空気供給部材４を配置する。
【００８２】
そして、燃料供給部材３および空気供給部材４によって、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を挟み込む。
【００８３】
これにより、第１凹溝３１内にアノード側含浸部２３が受け入れられるとともに、第２凹溝３２内にガスケット１５が受け入れられる。また、燃料供給部材３における第１凹溝３１よりも内側部分において、アノード側拡散層２１と対向する部分は、アノード側拡散層２１に接触する。
【００８４】
上記したように、燃料供給部材３の内側面には、その表面から凹む複数の流路溝２９が形成されているので、燃料供給部材３とアノード側拡散層２１との接触により、流路溝２９とアノード側拡散層２１の表面との間に、アノード電極６全体に燃料成分を接触させるための燃料供給路１０が形成される。
【００８５】
また、第３凹溝３３内にカソード側含浸部２７が受け入れられるとともに、第４凹溝３４内にガスケット１５が受け入れられる。また、空気供給部材４における第３凹溝３３よりも内側部分において、カソード側拡散層２５と対向する部分は、カソード側拡散層２５に接触する。
【００８６】
上記したように、空気供給部材４の内側面には、その表面から凹む複数の流路溝２９が形成されているので、空気供給部材４とカソード側拡散層２５との接触により、流路溝２９とカソード側拡散層２５の表面との間に、カソード電極７全体に空気を接触させるための空気供給路１３が形成される。
【００８７】
これにより、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９が、燃料供給部材３および空気供給部材４に挟み込まれ、単位セル１６の製造が完了する。
【００８８】
次いで、単位セル１６を複数スタックすることにより、図１に示す燃料電池１を製造することができる。単位セル１６をスタックする方法は、特に制限されず、公知の手法に準拠する。
【００８９】
なお、このような単位セル１６において、複数の単位セル１６をそれぞれ区分する１つのセパレータ２０が、上記した燃料供給部材３および空気供給部材４を兼ね備えてもよい。この場合には、セパレータ２０は、その一方側面において、燃料供給部材３として作用するとともに、他方側面において、空気供給部材４として作用する。
２．作用効果
この燃料電池１では、燃料供給部材３におけるアノード側含浸部２３と対向する位置に、アノード側含浸部２３を受け入れる第１凹部３１が形成されている。また、アノード側含浸部は、アノード側拡散層２１とアノード側シール部２２との接合部分において、含浸により設けられているので、硬質である。そのため、硬質のアノード側含浸部２３が第１凹部３１に受け入れられることにより、アノード側ＧＤＬ一体型シール８を高精度に位置決めすることができる。
【００９０】
また、燃料電池１では、空気供給部材４におけるカソード側含浸部２７と対向する位置に、カソード側含浸部２７を受け入れる第３凹部３３が形成されている。また、カソード側含浸部２７は、カソード側拡散層２５とカソード側シール部２６との接合部分において、含浸により設けられているので、硬質である。そのため、硬質のカソード側含浸部２７が第３凹部３３に受け入れられることにより、カソード側ＧＤＬ一体型シール９を高精度に位置決めすることができる。
【００９１】
さらに、アノード側含浸部２３が第１凹部３１に受け入れられるとともに、カソード側含浸部２７が第３凹部３３に受け入れられるので、燃料供給部材３および空気供給部材４の組み付け時に、アノード側拡散層２１およびカソード側拡散層２５に対して、燃料供給部材３および空気供給部材４から適切な荷重を加えることができる。これにより、アノード側含浸部２３とカソード側含浸部２７とが積層方向に対向していても、発電効率が低下することを確実に防止できる。
【００９２】
また、アノード側含浸部２３とカソード側含浸部２７とが積層方向に対向しているので、膜・電極接合体２とアノード側拡散層２１およびカソード側拡散層２５との接触面積を増加させることができる。そのため、膜・電極接合体２において、発電に寄与する領域の面積が増加し、発電効率の向上を図ることができる。
【００９３】
また、上記した実施形態では、燃料成分として、ヒドラジンなどの液体燃料を例示したが、本発明は、水素などのガス燃料を使用する燃料電池に適用することもできる。
【符号の説明】
【００９４】
１ 燃料電池
２ 膜・電極接合体
３ 燃料供給部材
４ 空気供給部材
５ 電解質層
６ アノード電極
７ カソード電極
８ アノード側ＧＤＬ一体型シール
９ カソード側ＧＤＬ一体型シール
１６ 単位セル
２１ アノード側拡散層
２２ アノード側シール部
２３ アノード側含浸部
２５ カソード側拡散層
２６ カソード側シール部
２７ カソード側含浸部
３１ 第１凹部
３３ 第３凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜からなる電解質層、前記電解質層を挟むように積層される燃料側電極および酸素側電極を備える膜・電極接合体と、
前記膜・電極接合体の両側に積層される１対のガス拡散層一体型シールと、
１対の前記ガス拡散層一体型シールにそれぞれ組み付けられるセパレータと、
を備える単位セルが複数スタックされた燃料電池であって、
各前記ガス拡散層一体型シールは、
ガス拡散層と、
前記ガス拡散層の前記積層方向と直交する方向の端部に接合されるシール部と、
前記ガス拡散層と前記シール部との接合部分に設けられ、前記ガス拡散層よりも前記積層方向に厚くなるように、前記セパレータに向けて膨出する含浸部とを備え、
一方側の前記ガス拡散層一体型シールの前記含浸部と、他方側の前記ガス拡散層一体型シールの前記含浸部とは、前記積層方向に対向し、
各前記セパレータには、前記含浸部と対向する位置に、前記含浸部を受け入れる凹部が形成されていることを特徴とする、燃料電池。
【請求項１】
高分子電解質膜からなる電解質層、前記電解質層を挟むように積層される燃料側電極および酸素側電極を備える膜・電極接合体と、
前記膜・電極接合体の両側に積層される１対のガス拡散層一体型シールと、
１対の前記ガス拡散層一体型シールにそれぞれ組み付けられるセパレータと、
を備える単位セルが複数スタックされた燃料電池であって、
各前記ガス拡散層一体型シールは、
ガス拡散層と、
前記ガス拡散層の前記積層方向と直交する方向の端部に接合されるシール部と、
前記ガス拡散層と前記シール部との接合部分に設けられ、前記ガス拡散層よりも前記積層方向に厚くなるように、前記セパレータに向けて膨出する含浸部とを備え、
一方側の前記ガス拡散層一体型シールの前記含浸部と、他方側の前記ガス拡散層一体型シールの前記含浸部とは、前記積層方向に対向し、
各前記セパレータには、前記含浸部と対向する位置に、前記含浸部を受け入れる凹部が形成されていることを特徴とする、燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１２３２４（Ｐ２０１３−１２３２４Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４２９１６（Ｐ２０１１−１４２９１６）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
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