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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-06-16
(45)【発行日】2025-06-24
(54)【発明の名称】燃料電池
(51)【国際特許分類】
H01M 8/0276 20160101AFI20250617BHJP
H01M 8/0273 20160101ALI20250617BHJP
H01M 8/0245 20160101ALI20250617BHJP
H01M 8/1004 20160101ALI20250617BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20250617BHJP
【ＦＩ】
H01M8/0276
H01M8/0273
H01M8/0245
H01M8/1004
H01M8/10 101
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2022071370
(22)【出願日】2022-04-25
(65)【公開番号】P2023161180
(43)【公開日】2023-11-07
【審査請求日】2024-06-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100129838
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 典輝
(74)【代理人】
【識別番号】100101203
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100104499
【弁理士】
【氏名又は名称】岸本 達人
(72)【発明者】
【氏名】前田 嵐之介
(72)【発明者】
【氏名】中澤 哲
【審査官】守安 太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－１４４８５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１６８３６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１００１５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０７６４４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１９８２６６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ８／１０
Ｈ０１Ｍ ８／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１触媒層、第２触媒層、及び、前記第１触媒層と前記第２触媒層との間に配置される電解質膜を備える膜電極接合体と、前記第１触媒層に積層され、外周端部の少なくとも一部が前記膜電極接合体の外周端を超えて設けられている第１ガス拡散層と、
前記第２触媒層に積層されている第２ガス拡散層と、
前記膜電極接合体の周囲に配置される支持体と、
前記支持体と前記電解質膜及び前記第１触媒層の少なくとも一方とを渡すように配置されるカバーシートと、を備え、
前記カバーシートは、前記電解質膜及び前記第１触媒層の少なくとも一方となる側の先端部が前記カバーシートの他の部位に比べて薄くなるように構成されている、
燃料電池。
【請求項2】
前記先端部は先端に向かうほど薄くなる傾斜面を有する、請求項１に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は燃料電池に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、支持フレームと膜電極接合体とを渡すように接着剤及びカバーシートが配置され、カバーシートにガス拡散層が積層されている構造が開示されている。また、特許文献２には、段差面を有するダミー樹脂部材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０２１－１４４８５４号公報
【文献】特開２０２０－１４５０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の技術では、カバーシートを配置したとき膜電極接合体やカバーシート自体に破れを生じる不具合を生じることがあった。この破れは反応ガスのリークにつながる虞がある。
【0005】
そこで、上記問題に鑑み、本開示は支持体と膜電極接合体との接合において膜電極接合体やガス拡散層の破損発生を抑制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】
【0006】
発明者は鋭意検討により、カバーシートのうち膜電極接合体側の先端部において、カバーシートの厚みに起因する空間が生じ、この空間が膜電極接合体やガス拡散層に破損を生じる原因であることの着想を得た。そしてこれを解決する具体的手段により本開示の技術を完成させた。具体的には次の通りである。
【0007】
本願は、第１触媒層、第２触媒層、及び、第１触媒層と第２触媒層との間に配置される電解質膜を備える膜電極接合体と、第１触媒層に積層され、外周端部の少なくとも一部が膜電極接合体の外周端を超えて設けられている第１ガス拡散層と、第２触媒層に積層されている第２ガス拡散層と、膜電極接合体の周囲に配置される支持体と、支持体と電解質膜及び第１触媒層の少なくとも一方とを渡すように配置されるカバーシートと、を備え、カバーシートは、電解質膜及び第１触媒層の少なくとも一方となる側の先端部がカバーシートの他の部位に比べて薄くなるように構成されている、燃料電池を開示する。
【0008】
先端部は先端に向かうほど薄くなる傾斜面を有するように構成してもよい。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、カバーシートを薄くせずに（カバーシートの強度を低下させずに）カバーシートの厚みに起因して生じる空間を小さくでき、膜電極接合体やカバーシート自体の破れ（破損）の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
１．発電単位セル
図１～図３に１つの形態にかかる発電単位セル１０を説明する図を示した。発電単位セル１０は、水素と酸素（空気）を供給することにより発電するための単位要素であり、このような発電単位セル１０が複数積層されて燃料電池を構成している。
図１は発電単位セル１０を平面視した図、図２は発電単位セル１０のうち発電部１１における層構成を説明する図、図３は発電単位セル１０のうち外周部２１における層構成を説明する図である。
図１～図３に１つの形態にかかる発電単位セル１０を説明する図を示した。発電単位セル１０は、水素と酸素（空気）を供給することにより発電するための単位要素であり、このような発電単位セル１０が複数積層されて燃料電池を構成している。
図１は発電単位セル１０を平面視した図、図２は発電単位セル１０のうち発電部１１における層構成を説明する図、図３は発電単位セル１０のうち外周部２１における層構成を説明する図である。
【0012】
１．１．発電部
発電部１１は、例えば図１に点線で囲った部分において発電に寄与する部分であり、図２に当該発電部１１における層構成（Ａ-Ａ断面の一部）を表したように複数の層が積層されてなる。
発電単位セル１０の発電部１１では、電解質膜１２を挟んで一方がカソード（酸素供給側）、他方がアノード（水素供給側）である。カソードは電解質膜１２側からカソード触媒層１３（第１触媒層）、カソードガス拡散層１４（第１ガス拡散層）、及び、カソードセパレータ１５（第１セパレータ）がこの順に積層されている。一方アノードは、電解質膜１２側からアノード触媒層１６（第２触媒層）、アノードガス拡散層１７（第２ガス拡散層）、及び、アノードセパレータ１８（第２セパレータ）をこの順に備えている。なお、電解質膜１２、カソード触媒層１３、アノード触媒層１６による積層体を膜電極接合体と呼ぶことがある。膜電極接合体の厚さは０．４ｍｍ程度が典型的であり、発電部１１における発電単位セル１０の厚さは１．３ｍｍ程度が典型的である。
各層は公知のように構成することができるが例えば次の通りである。
発電部１１は、例えば図１に点線で囲った部分において発電に寄与する部分であり、図２に当該発電部１１における層構成（Ａ-Ａ断面の一部）を表したように複数の層が積層されてなる。
発電単位セル１０の発電部１１では、電解質膜１２を挟んで一方がカソード（酸素供給側）、他方がアノード（水素供給側）である。カソードは電解質膜１２側からカソード触媒層１３（第１触媒層）、カソードガス拡散層１４（第１ガス拡散層）、及び、カソードセパレータ１５（第１セパレータ）がこの順に積層されている。一方アノードは、電解質膜１２側からアノード触媒層１６（第２触媒層）、アノードガス拡散層１７（第２ガス拡散層）、及び、アノードセパレータ１８（第２セパレータ）をこの順に備えている。なお、電解質膜１２、カソード触媒層１３、アノード触媒層１６による積層体を膜電極接合体と呼ぶことがある。膜電極接合体の厚さは０．４ｍｍ程度が典型的であり、発電部１１における発電単位セル１０の厚さは１．３ｍｍ程度が典型的である。
各層は公知のように構成することができるが例えば次の通りである。
【0013】
１．１ａ．電解質膜
電解質膜１２は湿潤状態において良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜である。例えばフッ素系のイオン交換膜によって構成され、例えば、炭素－フッ素系高分子を用いることができ、具体的にはパーフルオロアルキルスルフォン酸系ポリマー（ナフィオン（登録商標））等が挙げられる。
電解質膜１２の厚さは特に限定されることはないが、１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。
電解質膜１２は湿潤状態において良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜である。例えばフッ素系のイオン交換膜によって構成され、例えば、炭素－フッ素系高分子を用いることができ、具体的にはパーフルオロアルキルスルフォン酸系ポリマー（ナフィオン（登録商標））等が挙げられる。
電解質膜１２の厚さは特に限定されることはないが、１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。
【0014】
１．１ｂ．カソード触媒層
カソード触媒層１３は、触媒金属が担体に担持されている形態で触媒金属が含まれる層である。例えば、触媒金属としてはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、又はこれらを含む合金が挙げられる。担体としては、炭素担体、より詳しくはグラッシーカーボン、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、及び、人造黒鉛等からなる炭素粒子を挙げることができる。
カソード触媒層１３は、触媒金属が担体に担持されている形態で触媒金属が含まれる層である。例えば、触媒金属としてはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、又はこれらを含む合金が挙げられる。担体としては、炭素担体、より詳しくはグラッシーカーボン、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、及び、人造黒鉛等からなる炭素粒子を挙げることができる。
【0015】
１．１ｃ．アノード触媒層
アノード触媒層１６も、カソード触媒層１３と同様に、触媒金属が担体に担持されている形態で触媒金属が含まれる層である。例えば、触媒金属としてはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、又はこれらを含む合金が挙げられる。担体としては、炭素担体、より詳しくはグラッシーカーボン、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、及び、人造黒鉛等からなる炭素粒子を挙げることができる。
アノード触媒層１６も、カソード触媒層１３と同様に、触媒金属が担体に担持されている形態で触媒金属が含まれる層である。例えば、触媒金属としてはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、又はこれらを含む合金が挙げられる。担体としては、炭素担体、より詳しくはグラッシーカーボン、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、及び、人造黒鉛等からなる炭素粒子を挙げることができる。
【0016】
１．１ｄ．カソードガス拡散層
本形態でカソードガス拡散層１４は、例えば導電性を有する多孔質体で構成された層である。より具体的な例としては、カーボン多孔体（カーボンペーパー、カーボンクロス、ガラス状カーボン等）、金属多孔体（金属メッシュ、発泡金属）等が挙げられる。
カソードガス拡散層１４には、そのカソード触媒層１３側に塗工された被覆状の薄膜であるマイクロポーラス層（ＭＰＬ）を設けてもよい。ＭＰＬは必要に応じて撥水性や親水性を有して水分の調整をする機能を有する。ＭＰＬとしてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の撥水性樹脂とカーボンブラックなどの導電性材料を主成分とするものが典型的である。
本形態でカソードガス拡散層１４は、例えば導電性を有する多孔質体で構成された層である。より具体的な例としては、カーボン多孔体（カーボンペーパー、カーボンクロス、ガラス状カーボン等）、金属多孔体（金属メッシュ、発泡金属）等が挙げられる。
カソードガス拡散層１４には、そのカソード触媒層１３側に塗工された被覆状の薄膜であるマイクロポーラス層（ＭＰＬ）を設けてもよい。ＭＰＬは必要に応じて撥水性や親水性を有して水分の調整をする機能を有する。ＭＰＬとしてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の撥水性樹脂とカーボンブラックなどの導電性材料を主成分とするものが典型的である。
【0017】
１．１ｅ．アノードガス拡散層
アノードガス拡散層１７は、例えば導電性を有する多孔質体で構成された層である。より具体的な例としては、カーボン多孔体（カーボンペーパー、カーボンクロス、ガラス状カーボン等）、金属多孔体（金属メッシュ、発泡金属）等が挙げられる。
アノードガス拡散層１７は、例えば導電性を有する多孔質体で構成された層である。より具体的な例としては、カーボン多孔体（カーボンペーパー、カーボンクロス、ガラス状カーボン等）、金属多孔体（金属メッシュ、発泡金属）等が挙げられる。
【0018】
１．１ｆ．カソードセパレータ
カソードセパレータ１５はカソードガス拡散層１４に反応ガス（本形態では空気）を供給する部材であり、カソードガス拡散層１４に対向する面に、複数の溝１５ａを有しており、この溝が反応ガス流路として機能する。溝の形状は反応ガスを適切にカソードガス拡散層１４に供給することができれば特に限定されることはなく、本形態のように板状の部材を波状に形成したサーペンタイン型が挙げられる。そのとき、板厚は０．１ｍｍ～０．２ｍｍが典型的であり、凹凸の高さは０．５ｍｍ程度が典型的である。
サーペンタイン型とした場合、隣り合う溝１５ａの間にはカソードセパレータ１５を挟んで反対側に溝１５ｂが形成され、これが冷却水流路として機能する。
カソードセパレータ１５はカソードガス拡散層１４に反応ガス（本形態では空気）を供給する部材であり、カソードガス拡散層１４に対向する面に、複数の溝１５ａを有しており、この溝が反応ガス流路として機能する。溝の形状は反応ガスを適切にカソードガス拡散層１４に供給することができれば特に限定されることはなく、本形態のように板状の部材を波状に形成したサーペンタイン型が挙げられる。そのとき、板厚は０．１ｍｍ～０．２ｍｍが典型的であり、凹凸の高さは０．５ｍｍ程度が典型的である。
サーペンタイン型とした場合、隣り合う溝１５ａの間にはカソードセパレータ１５を挟んで反対側に溝１５ｂが形成され、これが冷却水流路として機能する。
【0019】
また、カソードセパレータ１５には、図１からわかるように、発電部１１から延長して外側となる位置で、溝１５ａ、溝１５ｂが延びる方向の一端側となる部位には空気入口孔Ａｉｎ、冷却水入口孔Ｗｉｎ、水素出口孔Ｈｏｕｔが設けられ、溝１５ａ、溝１５ｂが延びる方向の他端側となる部位には空気出口孔Ａｏｕｔ、冷却水出口孔Ｗｏｕｔ、水素入口孔Ｈｉｎが設けられている。ここで溝１５ａは空気入口孔Ａｉｎ、空気出口孔Ａｏｕｔに連通し、溝１５ｂは冷却水入口孔Ｗｉｎ、冷却水出口孔Ｗｏｕｔに連通している。
【0020】
カソードセパレータ１５を構成する材料は、発電単位セルのセパレータとして用いることができる任意の材料であってよく、ガス不透過性の導電性材料であってよい。このような材料としては、例えばカーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成型した金属板等を挙げることができる。
【0021】
１．１ｇ．アノードセパレータ
アノードセパレータ１８はアノードガス拡散層１７に反応ガス（水素）を供給する部材であり、アノードガス拡散層１７に対向する面に、複数の溝１８ａを有しており、この溝が反応ガス流路として機能する。溝の形状は反応ガスを適切にアノードガス拡散層１７に供給することができれば特に限定されることはなく、本形態のようにサーペンタイン型が挙げられる。そのとき板厚は０．１ｍｍ～０．２ｍｍが典型的であり、凹凸の高さは０．４ｍｍ程度が典型的である。
サーペンタイン型とした場合、隣り合う溝１８ａの間にはアノードセパレータ１８を挟んで反対側に溝１８ｂが形成され、これが冷却水流路として機能する。
アノードセパレータ１８はアノードガス拡散層１７に反応ガス（水素）を供給する部材であり、アノードガス拡散層１７に対向する面に、複数の溝１８ａを有しており、この溝が反応ガス流路として機能する。溝の形状は反応ガスを適切にアノードガス拡散層１７に供給することができれば特に限定されることはなく、本形態のようにサーペンタイン型が挙げられる。そのとき板厚は０．１ｍｍ～０．２ｍｍが典型的であり、凹凸の高さは０．４ｍｍ程度が典型的である。
サーペンタイン型とした場合、隣り合う溝１８ａの間にはアノードセパレータ１８を挟んで反対側に溝１８ｂが形成され、これが冷却水流路として機能する。
【0022】
また、アノードセパレータ１８には、図１からわかるように、発電部１１から延長して外側となる位置で、溝１８ａ、溝１８ｂが延びる方向の一端側となる部位には空気入口孔Ａｉｎ、冷却水入口孔Ｗｉｎ、水素出口孔Ｈｏｕｔが設けられ、溝１８ａ、溝１８ｂが延びる方向の他端側となる部位には空気出口孔Ａｏｕｔ、冷却水出口孔Ｗｏｕｔ、水素入口孔Ｈｉｎが設けられている。ここで溝１８ａは水素入口孔Ｈｉｎ、水素出口孔Ｈｏｕｔに連通し、溝１８ｂは冷却水入口孔Ｗｉｎ、冷却水出口孔Ｗｏｕｔに連通している。
【0023】
アノードセパレータ１８を構成する材料は、発電単位セルのセパレータとして用いることができる任意の材料であってよく、ガス不透過性の導電性材料であってよい。このような材料としては、例えばカーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成型した金属板等を挙げることができる。
【0024】
１．１ｈ．発電部による発電
公知の通りであるが、以上説明した発電単位セル１０により次のように発電が行われる。
水素入口孔Ｈｉｎからアノードセパレータ１８の溝１８ａに供給された水素はアノードガス拡散層１７を通りアノード触媒層１６にてプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ－）に分解される。プロトンは電解質膜１２を通り、電子は外部へつながる導電線を通り、それぞれがカソード触媒層１３に達する。残った水素は水素出口孔Ｈｏｕｔから排出される。
カソード触媒層１３には空気入口孔Ａｉｎからカソードセパレータ１５の溝１５ａ、カソードガス拡散層１４を介して酸素（空気）供給されており、カソード触媒層１３では、プロトン、電子、酸素により水（Ｈ２Ｏ）が発生する。発生した水、及び、残りの空気はカソードガス拡散層１４を通りカソードセパレータ１５の溝１５ａに達して空気出口孔Ａｏｕｔから排出される。
発電単位セル１０ではアノード触媒層１６から外部へつながる導電線を通る電子の流れを電流として利用する。
公知の通りであるが、以上説明した発電単位セル１０により次のように発電が行われる。
水素入口孔Ｈｉｎからアノードセパレータ１８の溝１８ａに供給された水素はアノードガス拡散層１７を通りアノード触媒層１６にてプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ－）に分解される。プロトンは電解質膜１２を通り、電子は外部へつながる導電線を通り、それぞれがカソード触媒層１３に達する。残った水素は水素出口孔Ｈｏｕｔから排出される。
カソード触媒層１３には空気入口孔Ａｉｎからカソードセパレータ１５の溝１５ａ、カソードガス拡散層１４を介して酸素（空気）供給されており、カソード触媒層１３では、プロトン、電子、酸素により水（Ｈ２Ｏ）が発生する。発生した水、及び、残りの空気はカソードガス拡散層１４を通りカソードセパレータ１５の溝１５ａに達して空気出口孔Ａｏｕｔから排出される。
発電単位セル１０ではアノード触媒層１６から外部へつながる導電線を通る電子の流れを電流として利用する。
【0025】
また、隣り合う発電単位セル１０で一方の発電単位セル１０のカソードセパレータ１５に隣接する他方の発電単位セル１０のアノードセパレータ１８が重なるように配置されることで、カソードセパレータ１５の溝１５ｂとアノードセパレータ１８の溝１８ｂとにより冷却水流路が形成される。この冷却水流路に対して冷却水入口孔Ｗｉｎから冷却水が供給され、供給された冷却水は発電単位セル１０を冷却し、冷却水出口孔Ｗｏｕｔから排出される。
【0026】
【0027】
１．２ａ．外周部の構造
図３からわかるように本形態で外周部２１はその少なくとも一部で次のような構成を備えている。
電解質膜１２、アノード触媒層１６、アノードガス拡散層１７の端面は概ね同じ位置となるように積層され、カソード触媒層１３の端面は電解質膜１２の端面よりも没した（後退した）位置となるように積層されている。さらにカソードガス拡散層１４の端面は電解質膜１２の端面よりも突出した（進行した）位置であり、発電単位セル１０の平面視（図１の方向からの視点、図３に矢印Ｌで示した方向の視線）で支持体２３に重なる位置にまで延びている。支持体２３については後で説明する。
図３からわかるように本形態で外周部２１はその少なくとも一部で次のような構成を備えている。
電解質膜１２、アノード触媒層１６、アノードガス拡散層１７の端面は概ね同じ位置となるように積層され、カソード触媒層１３の端面は電解質膜１２の端面よりも没した（後退した）位置となるように積層されている。さらにカソードガス拡散層１４の端面は電解質膜１２の端面よりも突出した（進行した）位置であり、発電単位セル１０の平面視（図１の方向からの視点、図３に矢印Ｌで示した方向の視線）で支持体２３に重なる位置にまで延びている。支持体２３については後で説明する。
【0028】
カソードセパレータ１５、アノードセパレータ１８は、外周部２１でもその間に電極部１１と同様に上記した各層を挟むように配置されている。また、カソードセパレータ１５及びアノードセパレータ１８の端面は、膜電極接合体、カソードガス拡散層１４、アノードガス拡散層１７の各端面よりも突出するように延び、当該延びた部位においてカードセパレータ１５及びアノードセパレータ１８との間に支持体２３が配置される。なお、外周部２１ではカソードセパレータ１５及びアノードセパレータ１８とも流路は不要であるため溝１５ａ、溝１８ａは形成されていない（ただし、図３からわかるように一部に溝が形成されていることを妨げるものではない。）。
【0029】
支持体２３のカソード側に向く面の端部と膜電極接合体のカソード側を向く面の端部とを渡すようにカバーシート２２が配置されている。カバーシート２２については後で説明する。
【0030】
１．２ｂ．支持体
上記した支持体２３は発電単位セル１０の外周部２１においてカソードセパレータ１５とアノードセパレータ１８との間を封止してシールするシール部材として機能する。
支持体２３は基材２３ａ、及び、基材２３ａの両面（カソード側を向く面、アノード側を向く面）のそれぞれに配置された接着層２３ｂを備えている。接着層２３ｂがカソードセパレータ１５、アノードセパレータ１８に接着されることにより発電部１１内を封止してシールしている。従ってカソードセパレータ１５とアノードセパレータ１８との間隔はその間に挟まれる層によって変化するように曲げられており、図３からわかるように支持体２３のみが配置されている部位ではその一部で間隔が狭められており、カソードセパレータ１５とアノードセパレータ１８とで支持体２３を挟んで固定されている。
上記した支持体２３は発電単位セル１０の外周部２１においてカソードセパレータ１５とアノードセパレータ１８との間を封止してシールするシール部材として機能する。
支持体２３は基材２３ａ、及び、基材２３ａの両面（カソード側を向く面、アノード側を向く面）のそれぞれに配置された接着層２３ｂを備えている。接着層２３ｂがカソードセパレータ１５、アノードセパレータ１８に接着されることにより発電部１１内を封止してシールしている。従ってカソードセパレータ１５とアノードセパレータ１８との間隔はその間に挟まれる層によって変化するように曲げられており、図３からわかるように支持体２３のみが配置されている部位ではその一部で間隔が狭められており、カソードセパレータ１５とアノードセパレータ１８とで支持体２３を挟んで固定されている。
【0031】
基材２３ａは、電気絶縁性及び気密性を有し、融点が比較的高い熱可塑性樹脂材料から形成される。このような材料としては、結晶性のポリマー、より具体的には、エンジニアリングプラスチックを挙げることができる。エンジニアリングプラスチックとしては、例えばポリエチレンナフタレート系樹脂（ＰＥＮ）及びポリエチレンテレフタレート系樹脂（ＰＥＴ）を挙げることができる。
基材２３ａの厚さは特に限定されることはないが０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であることが好ましい。
基材２３ａの厚さは特に限定されることはないが０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であることが好ましい。
【0032】
接着層２３ｂは、接着された状態において、接着性を有するものであればよく公知のものを用いることができる。例えば官能基（無水マレイン酸，エポキシなど）をポリオレフィンに導入して接着性を付与した変性ポリオレフィン等を挙げることができる。
【0033】
このような支持体２３は図３からわかるように、その端面が膜電極接合体、及び、アノードガス拡散層１７の端面に対して、間隙Ｓを開けて対向するように配置され、発電部１１とは反対側に向けて延びている。この間隙Ｓにより支持体２３や膜電極接合体等の線膨張による寸法変化を吸収することができ、膨張、収縮による破損の発生を抑制することができる。
【0034】
１．２ｃ．カバーシート
上記したように支持体２３のカソード側に向く面の端部と膜電極接合体のカソード側を向く面の端部とを渡すようにカバーシート２２が配置されている。図４には、図３のうちカバーシート２２が配置された周辺に注目して拡大した図を表した。
上記したように支持体２３のカソード側に向く面の端部と膜電極接合体のカソード側を向く面の端部とを渡すようにカバーシート２２が配置されている。図４には、図３のうちカバーシート２２が配置された周辺に注目して拡大した図を表した。
【0035】
カバーシート２２は、一方の端部が支持体２３のカソード側の表面端部、他方の端部が膜電極接合体側で電解質膜１２及びカソード触媒層１３の少なくとも一方の表面端部を覆うように配置されている（本形態ではカバーシートは電解質膜１２及びカソード触媒層１３の両方の表面端部を覆うように配置されている。）。これにより、外周部２１においてカソードとアノードとを適切に分離することができる。従ってカバーシート２２は膜電極接合体側の端部で膜電極接合体とカソードガス拡散層１４との間に配置されている。
【0036】
カバーシート２２は、燃料電池の反応ガスを透過しない材料が用いられている。反応ガスを透過しない部材として、例えば、ポリプロピレンやポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンナフタレート、ナイロン、エチレンビニルアルコール共重合体等の樹脂からなるフィルム状の部材を採用することができる。特に耐加水分解性、電解質膜との接着の観点から、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン９Ｔ、エチレンビニルアルコールが挙げられる。また電解質膜１２との接着性を上げるためにアミド基、エポキシ基、ヒドロキシル基等を有する等の添加剤を加えてもよい。
【0037】
ここでカバーシート２２は支持体２３に重なる部位については支持体２３の接着層２３ｂより接着される。一方、カバーシート２２が膜電極接合体と重なる部分については必要に応じてカバーシート２２に接着層を設けて接着される。ただし、カバーシート２２としてナイロンを用いた場合には熱圧着によりカバーシートと膜電極接合体とを接着することができるため接着層は不要となる。
【0038】
また、カバーシート２２のうち膜電極接合体側を向く端部には他の部分に比べて薄くなるように構成された先端部２２ａを有している。図５には図４にＶで示した部位であり当該先端部２２ａの部分に注目して拡大した図を示した。
【0039】
図５かわかるように、本形態で先端部２２ａは先端に向かうにつれて薄くなる傾斜面２２ｂを有しており、この傾斜面２２ｂは凹状に湾曲した形状を有している。これにより先端部２２ａが空間Ａの大きさを減ずることができ、課題を解決することが可能となる。詳しくは後で説明する。
【0040】
ここで、カバーシート２２の厚さは特に限定されることはなく、当該先端部２２ａの先端で６０μｍ以下であることが好ましく、先端部２２ａ以外の部位は６０μｍより厚いことが好ましい。先端部２２ａ以外の部位で６０μｍより厚くすることでカバーシート２２の強度を高めることができ、破れなどの不具合の発生を抑制することが可能である。また、先端部２２ａを先端で６０μｍ以下とすることでより確実に空間Ａの大きさを減じることができる。
【0041】
２．効果等
カバーシートの一端側をカソードガス拡散層と膜電極接合体との間に配置した場合、カバーシートの厚みに起因して図５にＡで示した部位に空間を生じる。これはカバーシートが厚いほど大きくなる傾向にある。そして発明者はこの空間Ａが大きいほど膜電極接合体やカソードガス拡散層に破損を生じる原因となることを突き止めた。
一方、カバーシートは上記のようにシールのためにある程度の厚さを必要とする。従って当該空間Ａはどうしても大きくなる傾向にある。
これに対して本開示によれば、先端部２２ａが空間Ａの少なくとも一部を埋めるように作用し、この空間Ａの大きさを減じ、これにより、膜電極接合体やカソードガス拡散層に破損を生じる可能性を減らして破損による反応ガスのリークを抑制することができる。
カバーシートの一端側をカソードガス拡散層と膜電極接合体との間に配置した場合、カバーシートの厚みに起因して図５にＡで示した部位に空間を生じる。これはカバーシートが厚いほど大きくなる傾向にある。そして発明者はこの空間Ａが大きいほど膜電極接合体やカソードガス拡散層に破損を生じる原因となることを突き止めた。
一方、カバーシートは上記のようにシールのためにある程度の厚さを必要とする。従って当該空間Ａはどうしても大きくなる傾向にある。
これに対して本開示によれば、先端部２２ａが空間Ａの少なくとも一部を埋めるように作用し、この空間Ａの大きさを減じ、これにより、膜電極接合体やカソードガス拡散層に破損を生じる可能性を減らして破損による反応ガスのリークを抑制することができる。
【0042】
３．他の形態
以下に外周部に関する他の形態例を説明する。
３．１．他の形態例１
図６には外周部の形態の他の例を説明する図を示した。図６は図４と同じ視点による図である。図６の例では、カソード触媒層１３の端面も電解質膜１２の端面と同じ位置に位置付けられている。この場合、カバーシート２２が電解質膜１２に積層される部分はなくカソード触媒層１３に積層される。
このような形態であっても上記と同様の効果を奏するものとなる。
以下に外周部に関する他の形態例を説明する。
３．１．他の形態例１
図６には外周部の形態の他の例を説明する図を示した。図６は図４と同じ視点による図である。図６の例では、カソード触媒層１３の端面も電解質膜１２の端面と同じ位置に位置付けられている。この場合、カバーシート２２が電解質膜１２に積層される部分はなくカソード触媒層１３に積層される。
このような形態であっても上記と同様の効果を奏するものとなる。
【0043】
３．２．他の形態例２
図７には外周部の形態の他の例を説明する図を示した。図７は図５と同じ視点による図である。図７の例では、先端部２２ａがそれ以外の部分に対して階段状に細くなる例である。
このような形態であっても上記と同様の効果を奏するものとなる。
図７には外周部の形態の他の例を説明する図を示した。図７は図５と同じ視点による図である。図７の例では、先端部２２ａがそれ以外の部分に対して階段状に細くなる例である。
このような形態であっても上記と同様の効果を奏するものとなる。
【0044】
３．３．他の形態例３
図８には外周部の形態の他の例を説明する図を示した。図８は図５と同じ視点による図である。図８の例では、先端部２２ａが直線状の傾斜面２２ｄを有する例である。
このような形態であっても上記と同様の効果を奏するものとなる。
図８には外周部の形態の他の例を説明する図を示した。図８は図５と同じ視点による図である。図８の例では、先端部２２ａが直線状の傾斜面２２ｄを有する例である。
このような形態であっても上記と同様の効果を奏するものとなる。
【0045】
４．燃料電池
燃料電池３０は、上記した発電単位セル１０が複数（５０枚～４００枚程度）重ねられてなる部材であり、複数の発電単位セル１０から集電を行う。図９にその構成の概要を示した。燃料電池３０は、スタックケース３１、エンドプレート３２、複数の発電単位セル１０、集電板３４、及び、付勢部材３５を備えている。
燃料電池３０は、上記した発電単位セル１０が複数（５０枚～４００枚程度）重ねられてなる部材であり、複数の発電単位セル１０から集電を行う。図９にその構成の概要を示した。燃料電池３０は、スタックケース３１、エンドプレート３２、複数の発電単位セル１０、集電板３４、及び、付勢部材３５を備えている。
【0046】
スタックケース３１は、重ねられた複数の発電単位セル１０、集電板３４、及び、付勢部材３５をその内側に収納する筐体である。本形態でスタックケース３１は四角形の筒状で一端が開口し、他端が閉じているとともに、開口の縁に沿って開口とは反対側に板状の片が張り出し、フランジ３１ａを形成している。
【0047】
エンドプレート３２は板状の部材であり、スタックケース３１の開口を塞ぐ。スタックケース３１のフランジ３１ａとの重なり部分をボルト及びナット等によりスタックケース３１にフタをするようにエンドプレート３２がスタックケース３１に固定される。
【0048】
発電単位セル１０は上記の通りである。このような発電単位セル１０が複数重ねられている。このとき、１つの発電単位セル１０のカソードセパレータ１５に隣接する発電単位セル１０のアノードセパレータ１８が重なるように配置する。そしてカソードセパレータ１５の溝１５ｂとアノードセパレータ１８の溝１８ｂとが重なることで冷却水流路が形成される。
【0049】
集電板３４は、積層された発電単位セル１０から集電を行う部材である。従って集電板３４は発電単位セル１０の積層体の一端及び他端のそれぞれに配置されており、一方が正極、他方が負極となる。この集電板３４に不図示の端子が接続され、外部に電気的に接続できるように構成されている。
【0050】
付勢部材３５は、スタックケース３１の内側に収まり、発電単位セル１０の積層体に対してその積層方向に押圧力を付与する。付勢部材として例えば皿バネ等を挙げることができる。
【0051】
５．その他
以上の説明ではカソード側の各部材を「第１」、アノード側の各部材を「第２」として説明したが、逆であってもよく、カソード側を「第２」、アノード側を「第１」として置き換えても同様の効果を奏するものとなる。
以上の説明ではカソード側の各部材を「第１」、アノード側の各部材を「第２」として説明したが、逆であってもよく、カソード側を「第２」、アノード側を「第１」として置き換えても同様の効果を奏するものとなる。
【符号の説明】
【0052】
１０ 発電単位セル
１１ 発電部
１２ 電解質膜
１３ カソード触媒層
１４ カソードガス拡散層
１５ カソードセパレータ
１６ アノード触媒層
１７ アノードガス拡散層
１８ アノードセパレータ
２１ 外周部
２２ カバーシート
２２ａ 先端部
２３ 支持体
２３ａ 基材
２３ｂ 接着層
３０ 燃料電池
１１ 発電部
１２ 電解質膜
１３ カソード触媒層
１４ カソードガス拡散層
１５ カソードセパレータ
１６ アノード触媒層
１７ アノードガス拡散層
１８ アノードセパレータ
２１ 外周部
２２ カバーシート
２２ａ 先端部
２３ 支持体
２３ａ 基材
２３ｂ 接着層
３０ 燃料電池
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】