JP5364990B2

JP5364990B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP5364990B2
Application number: JP2007272729A
Authority: JP
Inventors: 研二佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2027-10-19
Also published as: JP2009104791A

Description

本発明は、電解質膜を保護するための保護フィルムを備える燃料電池を構成する技術に関する。 The present invention relates to a technique for constituting a fuel cell including a protective film for protecting an electrolyte membrane.

従来から、膜電極複合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、セパレータとを積層して積層方向に締結する、いわゆるスタック構造の燃料電池が開発されている（下記特許文献１，２参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell having a so-called stack structure in which a membrane electrode assembly (MEA) and a separator are stacked and fastened in a stacking direction has been developed (see Patent Documents 1 and 2 below).

特開２００６−２１６４２４号公報JP 2006-216424 A 特開２００６−２１００２７号公報JP 2006-210027 A

燃料電池に用いられるＭＥＡとして、電解質膜と、電解質膜上に配置された触媒層と、触媒層上に配置された多孔質体のガス拡散層と、電解質膜を保護するための保護フィルムとを備えるものがある。 MEAs used for fuel cells include an electrolyte membrane, a catalyst layer disposed on the electrolyte membrane, a porous gas diffusion layer disposed on the catalyst layer, and a protective film for protecting the electrolyte membrane. There is something to prepare.

図５は、従来における保護フィルムを備えたＭＥＡの断面の一例を示す説明図である。このＭＥＡ５００は、電解質膜５１０と、触媒層５１１と、ガス拡散層５２０と、保護フィルム５４０と、を備えている。なお、ＭＥＡ５００の縁を囲むようにガスケット５５０が配置されている。触媒層５１１は、電解質膜５１０の各面（アノード面及びカソード面）の中央部分に配置されている。保護フィルム５４０は、厚みの小さな電解質膜５１０を保護するためのフィルムである。この保護フィルム５４０は、電解質膜５１０のうち触媒層５１１の配置されていない端部分を覆うように配置されている。ガス拡散層５２０は、例えば、カーボンペーパーなどの多孔質体をガス拡散層５２０上に圧着して構成される。 FIG. 5 is an explanatory view showing an example of a cross section of a conventional MEA equipped with a protective film. The MEA 500 includes an electrolyte membrane 510, a catalyst layer 511, a gas diffusion layer 520, and a protective film 540. Note that a gasket 550 is disposed so as to surround the edge of the MEA 500. The catalyst layer 511 is disposed at the center of each surface (anode surface and cathode surface) of the electrolyte membrane 510. The protective film 540 is a film for protecting the electrolyte membrane 510 having a small thickness. The protective film 540 is disposed so as to cover the end portion of the electrolyte membrane 510 where the catalyst layer 511 is not disposed. The gas diffusion layer 520 is configured by, for example, pressing a porous body such as carbon paper on the gas diffusion layer 520.

ここで、保護フィルム５４０は、触媒層５１１と重なる重なり部分５３５を形成するように配置されている。これは、保護フィルム５４０を配置する際の製造マージンや、燃料電池稼動時に電解質膜５１０が水平方向に伸張しても電解質膜を保護できるようにするため等の理由による。この重なり部分５３５では、触媒層５１１と電解質膜５１０と保護フィルム５４０とが積層している。したがって、多孔質体をガス拡散層５２０上に圧着すると、ガス拡散層５２０において他の部分よりも積層方向に突出した凸部５２５が形成されることとなる。 Here, the protective film 540 is disposed so as to form an overlapping portion 535 that overlaps with the catalyst layer 511. This is due to a manufacturing margin when the protective film 540 is disposed, and a reason that the electrolyte membrane can be protected even when the electrolyte membrane 510 extends in the horizontal direction when the fuel cell is operated. In the overlapping portion 535, the catalyst layer 511, the electrolyte membrane 510, and the protective film 540 are laminated. Therefore, when the porous body is pressure-bonded onto the gas diffusion layer 520, a convex portion 525 that protrudes in the stacking direction from other portions in the gas diffusion layer 520 is formed.

このようなＭＥＡ５００にセパレータ（図示省略）を積層して締結荷重を加えると、突出した凸部５２５に大きな荷重が掛かり、他の部分には十分に荷重が掛からないこととなる。そこで、凸部５２５以外の部分にも十分な荷重を掛けようとすると、燃料電池全体として非常に大きな荷重（締結力）が必要となるという問題があった。また、大きな力でＭＥＡ５００とセパレータとを締結した場合、他の部分よりも突出した凸部５２５に非常に大きな荷重が掛かってしまい、凸部５２５においてＭＥＡ５００が損傷するおそれもあった。なお、上記の問題は、ガス拡散層がＭＥＡの一部として構成されておらず、ＭＥＡとは異なる他の部材としてＭＥＡの上に積層される場合においても発生し得る。 When a separator (not shown) is laminated on such an MEA 500 and a fastening load is applied, a large load is applied to the protruding convex portion 525, and the other portions are not sufficiently loaded. Therefore, if a sufficient load is applied to a portion other than the convex portion 525, there is a problem that a very large load (fastening force) is required for the entire fuel cell. In addition, when the MEA 500 and the separator are fastened with a large force, a very large load is applied to the protruding portion 525 protruding from other portions, and the MEA 500 may be damaged at the protruding portion 525. Note that the above problem may occur even when the gas diffusion layer is not configured as a part of the MEA and is laminated on the MEA as another member different from the MEA.

本発明は、電解質膜を保護するための保護シートを備える燃料電池において、燃料電池を構成する各部材を積層方向に締結するための荷重が非常に大きくなってしまうことを抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。 The present invention is a fuel cell including a protective sheet for protecting an electrolyte membrane, and can suppress an extremely large load for fastening each member constituting the fuel cell in the stacking direction. The purpose is to provide technology.

前述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜上に積層された触媒層と、前記触媒層から見て前記電解質膜とは反対側に配置されたガス拡散層と、前記電解質膜のうち前記触媒層が積層されていない領域を覆うと共に、前記触媒層と重なる重なり部を有する前記電解質膜用の保護フィルムと、前記ガス拡散層と対向して配置されるセパレータと、を備え、前記セパレータと前記ガス拡散層とのうちの少なくとも一方が、前記重なり部に対応する対応領域において、前記対応領域を除く他の領域に比べて積層方向の厚みが小さくなるように構成されていることを要旨とする。 In order to solve at least a part of the aforementioned problems, a fuel cell of the present invention includes an electrolyte membrane, a catalyst layer laminated on the electrolyte membrane, and a side opposite to the electrolyte membrane as viewed from the catalyst layer. The gas diffusion layer disposed, a region of the electrolyte membrane in which the catalyst layer is not laminated, and a protective film for the electrolyte membrane having an overlapping portion overlapping the catalyst layer, and facing the gas diffusion layer And at least one of the separator and the gas diffusion layer in a corresponding region corresponding to the overlapping portion in a stacking direction compared to other regions excluding the corresponding region. The gist is that the thickness is reduced.

本発明の燃料電池は、セパレータとガス拡散層とのうちの少なくとも一方が、重なり部に対応する領域において他の領域に比べて積層方向の厚みが小さいので、燃料電池を構成する際に、セパレータとガス拡散層とを比較的広い領域で当接させることができ、締結荷重が非常に大きくなってしまうことを抑制することができる。また、セパレータとガス拡散層とを比較的広い範囲で当接させることができるので、ガス拡散層における対応領域に非常に大きな力が集中することを抑制することができ、この対応領域において、ガス拡散層や電解質膜などが損傷することを抑制することができる。 In the fuel cell according to the present invention, at least one of the separator and the gas diffusion layer has a smaller thickness in the stacking direction in the region corresponding to the overlapping portion than in the other regions. And the gas diffusion layer can be brought into contact with each other in a relatively wide area, and the fastening load can be prevented from becoming very large. Further, since the separator and the gas diffusion layer can be brought into contact with each other in a relatively wide range, it is possible to suppress the concentration of a very large force on the corresponding region in the gas diffusion layer. Damage to the diffusion layer, the electrolyte membrane, and the like can be suppressed.

上記燃料電池において、前記電解質膜と、前記触媒層と、前記保護フィルムと、前記ガス拡散層とは、膜電極接合体として構成されているようにしてもよい。 In the fuel cell, the electrolyte membrane, the catalyst layer, the protective film, and the gas diffusion layer may be configured as a membrane electrode assembly.

このような構成とすることで、燃料電池を構成する際に、膜電極接合体とセパレータとを比較的広い範囲で当接させることができる。また、重なり部において膜電極接合体が損傷することを抑制することができる。
また、本発明の燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜上に積層された触媒層と、前記触媒層から見て前記電解質膜とは反対側に配置されたガス拡散層と、前記電解質膜のうち前記触媒層が積層されていない領域を覆うと共に、前記触媒層と重なる重なり部を有する前記電解質膜用の保護フィルムと、前記ガス拡散層と対向して配置されるセパレータと、を備え、前記セパレータと前記ガス拡散層とのうちの少なくとも一方が、前記重なり部に対応する対応領域において、前記対応領域を除く他の領域に比べて積層方向の厚みが小さくなるように構成されており、前記電解質膜と、前記触媒層と、前記保護フィルムと、前記ガス拡散層とは、膜電極接合体として構成されており、前記保護フィルムは、前記触媒層と前記電解質膜とが積層されている領域において、前記電解質膜に接しておらず、前記セパレータは、前記対応領域において、前記対応領域を除く他の領域に比べて積層方向の厚みが小さくなるように構成されており、前記対応領域は、凹状の曲面により構成されていてもよい。 With such a configuration, when the fuel cell is configured, the membrane electrode assembly and the separator can be brought into contact with each other over a relatively wide range. Moreover, it can suppress that a membrane electrode assembly is damaged in an overlap part.
The fuel cell of the present invention includes an electrolyte membrane, a catalyst layer laminated on the electrolyte membrane, a gas diffusion layer disposed on the opposite side of the electrolyte membrane as viewed from the catalyst layer, and the electrolyte membrane Covering the region where the catalyst layer is not laminated, and having a protective film for the electrolyte membrane having an overlapping portion overlapping the catalyst layer, and a separator disposed to face the gas diffusion layer, At least one of the separator and the gas diffusion layer is configured so that the thickness in the stacking direction is smaller in the corresponding region corresponding to the overlapping portion than in other regions excluding the corresponding region, The electrolyte membrane, the catalyst layer, the protective film, and the gas diffusion layer are configured as a membrane electrode assembly, and the protective film is formed by laminating the catalyst layer and the electrolyte membrane. In regions where there, Orazu in contact with the electrolyte membrane, the separator is in the corresponding region is configured so that the thickness in the stacking direction is smaller than the other areas except for the corresponding region, the corresponding region May be constituted by a concave curved surface.

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１の実施例：
Ｂ．第２の実施例：
Ｃ．変形例： Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Variations:

Ａ．第１の実施例：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池の分解斜視図である。この燃料電池２０は、シール一体型ＭＥＡ２１と、セパレータ２５とが交互に積層された構成を有している。なお、燃料電池２０では、シール一体型ＭＥＡ２１とセパレータ２５とが積層方向（上下方向）に複数積層しているが、図１では、図示の便宜上、ＭＥＡ２１とセパレータ２５とを、それぞれ１つずつ記載している。 A. First embodiment:
FIG. 1 is an exploded perspective view of a fuel cell as an embodiment of the present invention. The fuel cell 20 has a configuration in which seal-integrated MEAs 21 and separators 25 are alternately stacked. In the fuel cell 20, a plurality of seal-integrated MEAs 21 and separators 25 are stacked in the stacking direction (vertical direction). In FIG. 1, for convenience of illustration, one MEA 21 and one separator 25 are shown. doing.

セパレータ２５は、アノード対向プレート２２と、中間プレート２３と、カソード対向プレート２４とを備えている。アノード対向プレート２２は、シール一体型ＭＥＡ２１のアノード面に対向して配置されている。また、カソード対向プレート２４は、図面下方において隣接するシール一体型ＭＥＡ（図示省略）のカソード面に対向して配置されている。中間プレート２３は、これらアノード対向プレート２２及びカソード対向プレート２４に挟持されている。 The separator 25 includes an anode facing plate 22, an intermediate plate 23, and a cathode facing plate 24. The anode facing plate 22 is disposed to face the anode surface of the seal-integrated MEA 21. Further, the cathode facing plate 24 is disposed so as to face the cathode surface of an adjacent seal-integrated MEA (not shown) in the lower part of the drawing. The intermediate plate 23 is sandwiched between the anode facing plate 22 and the cathode facing plate 24.

アノード対向プレート２２は、燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａを備えている。また、アノード対向プレート２２は、燃料ガス排出マニホールド形成部２２１ｂと、酸化剤ガス供給マニホールド形成部２２２ａと、酸化剤ガス排出マニホールド形成部２２２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部２２３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２２３ｂとを備えている。これらの各マニホールド形成部２２１ａ，２２１ｂ，２２２ａ，２２２ｂ，２２３ａ，２２３ｂは、アノード対向プレート２２を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。さらに、アノード対向プレート２２は、シール一体型ＭＥＡ２１におけるＭＥＡ５０と対向する領域に、複数個の燃料ガス供給孔２２５と、複数個の燃料ガス排出孔２２６とを備えている。これら燃料ガス供給孔２２５と燃料ガス排出孔２２６とは、アノード対向プレート２２を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。 The anode facing plate 22 includes a fuel gas supply manifold forming portion 221a. The anode facing plate 22 includes a fuel gas discharge manifold formation portion 221b, an oxidant gas supply manifold formation portion 222a, an oxidant gas discharge manifold formation portion 222b, a cooling medium supply manifold formation portion 223a, and a cooling medium discharge manifold. And a forming portion 223b. Each of these manifold forming portions 221a, 221b, 222a, 222b, 223a, and 223b is formed as a through portion that penetrates the anode facing plate 22 in the thickness direction. Further, the anode facing plate 22 includes a plurality of fuel gas supply holes 225 and a plurality of fuel gas discharge holes 226 in a region facing the MEA 50 in the seal-integrated MEA 21. The fuel gas supply hole 225 and the fuel gas discharge hole 226 are formed as penetrating portions that penetrate the anode facing plate 22 in the thickness direction.

カソード対向プレート２４は、アノード対向プレート２２と同じ位置に燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａを備えている。また、カソード対向プレート２４は、燃料ガス排出マニホールド形成部２４１ｂと、酸化剤ガス供給マニホールド形成部２４２ａと、酸化剤ガス排出マニホールド形成部２４２ｂと、冷却媒体供給形成部マニホールド２４３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２４３ｂとを備えている。これらの各マニホールド形成部２４１ａ，２４１ｂ，２４２ａ，２４２ｂ，２４３ａ，２４３ｂは、カソード対向プレート２４を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。さらに、カソード対向プレート２４は、複数個の酸化剤ガス供給孔２４５と、複数個の酸化剤ガス排出孔２４６と、を備えている。これら酸化剤ガス供給孔２４５及び複数個の酸化剤ガス排出孔２４６はカソード対向プレート２４を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。 The cathode facing plate 24 includes a fuel gas supply manifold forming portion 241 a at the same position as the anode facing plate 22. The cathode facing plate 24 includes a fuel gas discharge manifold forming portion 241b, an oxidant gas supply manifold forming portion 242a, an oxidant gas discharge manifold forming portion 242b, a cooling medium supply forming portion manifold 243a, and a cooling medium discharge manifold. And a forming portion 243b. Each of these manifold forming portions 241a, 241b, 242a, 242b, 243a, 243b is formed as a through portion that penetrates the cathode facing plate 24 in the thickness direction. Further, the cathode facing plate 24 includes a plurality of oxidant gas supply holes 245 and a plurality of oxidant gas discharge holes 246. The oxidant gas supply hole 245 and the plurality of oxidant gas discharge holes 246 are formed as through portions that penetrate the cathode facing plate 24 in the thickness direction.

中間プレート２３は、アノード対向プレート２２及びカソード対向プレート２４と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａを備えている。同様に、中間プレート２３は、燃料ガス排出マニホールド形成部２３１ｂと、酸化剤ガス供給マニホールド形成部２３２ａと、酸化剤ガス排出マニホールド形成部２３２ｂとを備えている。これらの各マニホールド形成部２３１ａ，２３１ｂ，２３２ａ，２３２ｂは、中間プレート２３を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。また、中間プレート２３は、燃料ガス供給流路形成部２３５と、燃料ガス排出流路形成部２３６と、酸化剤ガス供給流路形成部２３７と、酸化剤ガス排出流路形成部２３８とを備えている。燃料ガス供給流路形成部２３５は、複数の長孔で構成されており、各長孔の一端は燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａと連通し、他端はアノード対向プレート２２に形成された燃料ガス供給孔２２５と連通している。なお、他の流路形成部２３６〜２３８も同様に構成されている。さらに、中間プレート２３は、中間プレートを縦断する長孔の冷却媒体流路形成部２３９を複数個備えている。上述した中間プレート２３における各流路形成部２３５〜２３９は、中間プレート２３を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。 The intermediate plate 23 includes a fuel gas supply manifold forming portion 231 a at the same position as the anode facing plate 22 and the cathode facing plate 24. Similarly, the intermediate plate 23 includes a fuel gas discharge manifold forming portion 231b, an oxidant gas supply manifold forming portion 232a, and an oxidant gas discharge manifold forming portion 232b. Each of these manifold forming portions 231a, 231b, 232a, 232b is formed as a through portion that penetrates the intermediate plate 23 in the thickness direction. Further, the intermediate plate 23 includes a fuel gas supply flow path forming part 235, a fuel gas discharge flow path forming part 236, an oxidant gas supply flow path forming part 237, and an oxidant gas discharge flow path forming part 238. ing. The fuel gas supply flow path forming part 235 is composed of a plurality of long holes, one end of each long hole communicating with the fuel gas supply manifold forming part 231a, and the other end of the fuel gas formed on the anode facing plate 22 It communicates with the supply hole 225. The other flow path forming portions 236 to 238 are configured in the same manner. Further, the intermediate plate 23 includes a plurality of elongated cooling medium flow path forming portions 239 that vertically cut through the intermediate plate. The flow path forming portions 235 to 239 in the intermediate plate 23 described above are formed as through portions that penetrate the intermediate plate 23 in the thickness direction.

以上説明した各プレート２２，２３，２４は、いずれもチタン合金やステンレス（ＳＵＳ）等の金属製の薄板に上述した各貫通部を形成することにより製作することができる。 Each of the plates 22, 23, and 24 described above can be manufactured by forming the above-described through portions in a thin metal plate such as a titanium alloy or stainless steel (SUS).

シール一体型ＭＥＡ２１は、ＭＥＡ５０と、ＭＥＡ５０を囲むガスケット５１とを備えている。ガスケット５１は、上述したアノード対向プレート２２及びカソード対向プレート２４と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２１１ａを備えている。同様に、ガスケット５１は、燃料ガス排出マニホールド形成部２１１ｂと、酸化剤ガス供給マニホールド形成部２１２ａと、酸化剤ガス排出マニホールド形成部２１２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部２１３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２１３ｂとを備えている。これらの各マニホールド形成部２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂは、ガスケット５１を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。なお、ガスケット５１としては、例えば、シリコンゴムやブチルゴム等の樹脂材料で形成することができる。 The seal-integrated MEA 21 includes an MEA 50 and a gasket 51 that surrounds the MEA 50. The gasket 51 includes a fuel gas supply manifold forming portion 211a at the same position as the anode facing plate 22 and the cathode facing plate 24 described above. Similarly, the gasket 51 includes a fuel gas discharge manifold formation portion 211b, an oxidant gas supply manifold formation portion 212a, an oxidant gas discharge manifold formation portion 212b, a cooling medium supply manifold formation portion 213a, and a cooling medium discharge manifold formation. Part 213b. Each of these manifold forming portions 211a, 211b, 212a, 212b, 213a, and 213b is formed as a through portion that penetrates the gasket 51 in the thickness direction. The gasket 51 can be formed of a resin material such as silicon rubber or butyl rubber, for example.

ＭＥＡ５０のカソード面（表側）には、縁に近い位置に縁に沿って凸部７１ｃが形成されている。この凸部７１ｃは、ＭＥＡ５０のカソード面における他の部分よりも上方に若干突出している。同様に、ＭＥＡ５０のアノード面（裏側）にも凸部７１ａが形成されている。この凸部７１ａは、凸部７１ｃと同様にＭＥＡ５０のアノード面における他の部分よりも下方に若干突出している。なお、これら２つの凸部７１ｃ，７１ａは、積層方向に沿った方向から見て同じ位置となるように形成されている。 On the cathode surface (front side) of the MEA 50, a convex portion 71c is formed along the edge at a position close to the edge. The convex portion 71c slightly protrudes upward from other portions on the cathode surface of the MEA 50. Similarly, a convex portion 71 a is also formed on the anode surface (back side) of the MEA 50. The convex portion 71a slightly protrudes downward from the other portions on the anode surface of the MEA 50, similarly to the convex portion 71c. In addition, these two convex parts 71c and 71a are formed so that it may become the same position seeing from the direction along the lamination direction.

アノード対向プレート２２のシール一体型ＭＥＡ２１と対向する面（表側）には、シール一体型ＭＥＡ２１の凸部７１ａに対応する位置に、凹部７４ａが形成されている。この凹部７４ａは、アノード対向プレート２２におけるシール一体型ＭＥＡ２１と対向する面の他の部分に比べて厚みが若干小さくなっている。なお、アノード対向プレート２２の中間プレート２３と対向する面（裏側）には、凹部は形成されていない。 On the surface (front side) of the anode facing plate 22 facing the seal-integrated MEA 21, a recess 74 a is formed at a position corresponding to the convex portion 71 a of the seal-integrated MEA 21. The recess 74a is slightly smaller in thickness than the other part of the surface of the anode facing plate 22 facing the seal-integrated MEA 21. Note that no recess is formed on the surface (back side) of the anode facing plate 22 facing the intermediate plate 23.

同様に、カソード対向プレート２４の裏側、すなわち、カソード対向プレート２４の下方に隣接するシール一体型ＭＥＡ（図示省略）と対向する面には、凹部７４ｃが形成されている。この凹部７４ｃは、凹部７４ａと同様に、他の部分に比べて厚みが若干小さくなっている。そして、この凹部７４ｃは、図示せざるシール一体型ＭＥＡが有するカソード面に形成された凸部７１ｃ（図示省略）に対応する位置に形成されている。なお、本実施例において、上述した凹部７４ａ，７４ｃは、請求項における対応領域に相当する。 Similarly, a recess 74 c is formed on the back side of the cathode facing plate 24, that is, on the surface facing the seal-integrated MEA (not shown) adjacent below the cathode facing plate 24. Similar to the recess 74a, the recess 74c is slightly smaller in thickness than the other portions. And this recessed part 74c is formed in the position corresponding to the convex part 71c (illustration omitted) formed in the cathode surface which the seal integrated MEA which is not shown in figure has. In the present embodiment, the above-described recesses 74a and 74c correspond to corresponding regions in the claims.

図２は、図１に示すＡ−Ａ断面を示す説明図である。シール一体型ＭＥＡ２１において、ＭＥＡ５０は、ガス拡散層も含んで一体化されたいわゆるＭＥＧＡ（Membrane-Electrode-Gas diffusion layer Assembly：膜−電極−拡散層アッセンブリ）として構成されている。具体的には、ＭＥＡ５０は、電解質膜２１ｂと、アノード側ガス拡散層２１ａと、カソード側ガス拡散層２１ｃと、を備えている。アノード側ガス拡散層２１ａは、下側のセパレータ２５と対向して配置され、また、カソード側ガス拡散層２１ｃは、上側のセパレータ２５と対向して配置されている。なお、電解質膜２１ｂとしては、例えば、フッ素樹脂系イオン交換膜であるNafion（登録商標）やFlemion（登録商標）やAciplex（登録商標）等を用いることができる。また、２つの拡散層２１ａ，２１ｃとしては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスなどを用いることができる。 FIG. 2 is an explanatory view showing a cross section AA shown in FIG. In the seal-integrated MEA 21, the MEA 50 is configured as a so-called MEGA (Membrane-Electrode-Gas diffusion layer Assembly) including a gas diffusion layer. Specifically, the MEA 50 includes an electrolyte membrane 21b, an anode side gas diffusion layer 21a, and a cathode side gas diffusion layer 21c. The anode side gas diffusion layer 21 a is disposed to face the lower separator 25, and the cathode side gas diffusion layer 21 c is disposed to face the upper separator 25. As the electrolyte membrane 21b, for example, Nafion (registered trademark), Flemion (registered trademark), Aciplex (registered trademark) or the like, which is a fluororesin-based ion exchange membrane, can be used. Moreover, as the two diffusion layers 21a and 21c, for example, carbon paper or carbon cloth can be used.

シール一体型ＭＥＡ２１が備える燃料ガス供給マニホールド形成部２１１ａと、セパレータ２５が備える燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａ，２３１ａ，２４１ａと、によって、燃料ガス供給マニホールド３１ａが形成されている。同様に、シール一体型ＭＥＡ２１が備える酸化剤ガス供給マニホールド形成部２１２ａと、セパレータ２５が備える酸化剤ガス供給マニホールド形成部２２２ａ，２３２ａ，２４２ａと、によって酸化剤ガス供給マニホールド３１ｂが形成されている。 A fuel gas supply manifold 31a is formed by the fuel gas supply manifold forming portion 211a included in the seal-integrated MEA 21 and the fuel gas supply manifold forming portions 221a, 231a, and 241a included in the separator 25. Similarly, an oxidant gas supply manifold 31b provided in the seal-integrated MEA 21 and an oxidant gas supply manifold formation part 222a, 232a, 242a provided in the separator 25 form an oxidant gas supply manifold 31b.

また、中間プレート２３における貫通部である燃料ガス供給流路形成部２３５と、アノード対向プレート２２と、カソード対向プレート２４とで囲まれた空間（以下、「燃料ガス供給流路」と呼ぶ）２５５が形成されている。この燃料ガス供給路２５５の一端は、燃料ガス供給孔２２５と連通し、他端は燃料ガス供給マニホールド３１ａと連通している。 Further, a space (hereinafter referred to as “fuel gas supply flow path”) 255 surrounded by the fuel gas supply flow path forming portion 235 that is a through portion in the intermediate plate 23, the anode facing plate 22, and the cathode facing plate 24. Is formed. One end of the fuel gas supply path 255 communicates with the fuel gas supply hole 225, and the other end communicates with the fuel gas supply manifold 31a.

同様に、酸化剤ガス供給流路形成部２３７と、アノード対向プレート２２と、カソード対向プレート２４とで囲まれた空間（以下、「酸化剤ガス供給流路」と呼ぶ）２５７が形成されている。この酸化剤ガス供給流路２５７の一端は、酸化剤ガス供給孔２４５と連通し、他端は酸化剤ガス供給マニホールド３１ｂと連通している。 Similarly, a space (hereinafter referred to as “oxidant gas supply flow path”) 257 surrounded by the oxidant gas supply flow path forming portion 237, the anode facing plate 22 and the cathode facing plate 24 is formed. . One end of the oxidant gas supply channel 257 communicates with the oxidant gas supply hole 245, and the other end communicates with the oxidant gas supply manifold 31b.

燃料ガス供給マニホールド３１ａを通って供給される燃料ガス（例えば水素ガスなど）の一部は、下側のセパレータ２５の中間プレート２３において燃料ガス供給路２５５に流入し、燃料ガス供給孔２２５を通ってシール一体型ＭＥＡ２１のアノード側ガス拡散層２１ａに供給される。そして、アノード側ガス拡散層２１ａにおいて燃料ガスは拡散され、アノード電極（図示省略）において電気化学反応に用いられる。 Part of the fuel gas (for example, hydrogen gas) supplied through the fuel gas supply manifold 31 a flows into the fuel gas supply path 255 in the intermediate plate 23 of the lower separator 25 and passes through the fuel gas supply hole 225. To the anode-side gas diffusion layer 21a of the seal-integrated MEA 21. Then, the fuel gas is diffused in the anode side gas diffusion layer 21a and used for an electrochemical reaction in an anode electrode (not shown).

一方、酸化剤ガス供給マニホールド３１ｂを通って供給される酸化剤ガス（例えば空気など）の一部は、上側のセパレータ２５の中間プレート２３において燃料ガス供給流路２５７に流入し、酸化剤ガス供給孔２４５を通ってシール一体型ＭＥＡ２１のカソード側ガス拡散層２１ｃに供給される。そして、カソード側ガス拡散層２１ｃにおいて酸化剤ガスは拡散され、カソード電極（図示省略）において電気化学反応に用いられる。 On the other hand, a part of the oxidant gas (for example, air) supplied through the oxidant gas supply manifold 31b flows into the fuel gas supply channel 257 in the intermediate plate 23 of the upper separator 25 to supply the oxidant gas. The gas is supplied to the cathode-side gas diffusion layer 21c of the seal-integrated MEA 21 through the hole 245. Then, the oxidant gas is diffused in the cathode side gas diffusion layer 21c and used for the electrochemical reaction in the cathode electrode (not shown).

以上は、燃料ガス及び酸化剤ガスがシール一体型ＭＥＡ２１に供給される際の動作であったが、燃料ガス及び酸化剤ガスがシール一体型ＭＥＡ２１から排出される際の動作も同様である。例えば、燃料ガスの排出動作は以下のごとくである。シール一体型ＭＥＡ２１において電気化学反応に用いられずに残った燃料ガスは、シール一体型ＭＥＡ２１に設けられた燃料ガス排出孔２２６（図１）と、この燃料ガス排出孔２２６に連通する燃料ガス排出流路形成部２３６とを通って燃料ガス排出マニホールドに排出される。ここで、燃料ガス排出マニホールドは、シール一体型ＭＥＡ２１が備える燃料ガス排出マニホールド形成部２１１ｂと、セパレータ２５が備える燃料ガス排出マニホールド形成部２２１ｂ，２３１ｂ，２４１ｂと、によって形成されている。 The above is the operation when the fuel gas and the oxidant gas are supplied to the seal-integrated MEA 21, but the operation when the fuel gas and the oxidant gas are discharged from the seal-integrated MEA 21 is the same. For example, the fuel gas discharge operation is as follows. The fuel gas remaining without being used in the electrochemical reaction in the seal-integrated MEA 21 is a fuel gas discharge hole 226 (FIG. 1) provided in the seal-integrated MEA 21 and a fuel gas discharge communicating with the fuel gas discharge hole 226. It is discharged to the fuel gas discharge manifold through the flow path forming part 236. Here, the fuel gas discharge manifold is formed by a fuel gas discharge manifold forming portion 211b included in the seal-integrated MEA 21 and fuel gas discharge manifold forming portions 221b, 231b, and 241b included in the separator 25.

図３は、図２に示す領域Ｘの詳細構成を示す説明図である。シール一体型ＭＥＡ２１は、ＭＥＡ５０と、ＭＥＡ５０の縁部分に配置されたガスケット２１ｙと、を備えている。ＭＥＡ５０は、上述した電解質膜２１ｂとアノード側ガス拡散層２１ａとカソード側ガス拡散層２１ｃとの他に、アノード側触媒層６０ａと、カソード側触媒層６０ｃと、アノード側保護フィルムｆａと、カソード側保護フィルムｆｃと、を備えている。アノード側触媒層６０ａは、電解質膜２１ｂのアノード面（下側面）上に形成されている。同様に、カソード側触媒層６０ｃは、電解質膜２１ｂのカソード面（上側面）上に形成されている。これら触媒層６０ａ，６０ｂとしては、たとえば、白金担持カーボン等を用いることができる。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of the region X shown in FIG. The seal-integrated MEA 21 includes an MEA 50 and a gasket 21y disposed on an edge portion of the MEA 50. The MEA 50 includes an anode side catalyst layer 60a, a cathode side catalyst layer 60c, an anode side protective film fa, a cathode side, in addition to the electrolyte membrane 21b, the anode side gas diffusion layer 21a, and the cathode side gas diffusion layer 21c described above. A protective film fc. The anode side catalyst layer 60a is formed on the anode surface (lower side surface) of the electrolyte membrane 21b. Similarly, the cathode side catalyst layer 60c is formed on the cathode surface (upper side surface) of the electrolyte membrane 21b. As these catalyst layers 60a and 60b, for example, platinum-supporting carbon or the like can be used.

アノード側保護フィルムｆａは、電解質膜２１ｂのアノード側触媒層６０ａが形成されていない領域（以下、「触媒層未形成領域」と呼ぶ）９０のアノード面において、電解質膜２１ｂを覆うように配置されている。同様に、カソード側保護フィルムｆｃは、触媒層未形成領域９０のカソード面において電解質膜２１ｂを覆うように配置されている。これら２つの保護フィルムｆａ，ｆｂは、触媒層６０ａ，６０ｃが形成されておらず、電解質膜２１ｂがむき出しとなった触媒層未形成領域９０における強度を増すためのものである。２つの保護フィルムｆａ，ｆｂとしては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムや、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルムや、ＰＩ（ポリイミド）フィルムなどを用いることができる。 The anode-side protective film fa is disposed so as to cover the electrolyte membrane 21b on the anode surface of a region 90 in which the anode-side catalyst layer 60a of the electrolyte membrane 21b is not formed (hereinafter referred to as “catalyst layer non-formed region”). ing. Similarly, the cathode-side protective film fc is disposed so as to cover the electrolyte membrane 21b on the cathode surface of the catalyst layer non-formation region 90. These two protective films fa and fb are for increasing the strength in the catalyst layer non-formed region 90 where the catalyst layers 60a and 60c are not formed and the electrolyte membrane 21b is exposed. As the two protective films fa and fb, for example, a PET (polyethylene terephthalate) film, a PEN (polyethylene naphthalate) film, a PI (polyimide) film, or the like can be used.

ここで、アノード側保護フィルムｆａは、触媒層未形成領域９０のアノード面を覆うと共に、その一部はアノード側触媒層６０ａをも覆っている。これは、アノード側保護フィルムｆａを配置する際の製造マージンや、燃料電池２０の稼動時において電解質膜２１ｂが水平方向に伸張した場合でも触媒層未形成領域９０を保護することができるようにするためである。同様に、カソード側保護フィルムｆｃは、触媒層未形成領域９０のカソード面側を覆うと共に、その一部はカソード側触媒層６０ｃをも覆っている。したがって、ＭＥＡ５０において、電解質膜２１ｂと、２つの触媒層６０ａ，６０ｂと、２つの保護フィルムｆａ，ｆｃとが重なった部分（以下、「重なり部」と呼ぶ）８０が形成されている。この重なり部８０は、他の部分に比べて積層方向の厚みが大きい。したがって、ガス拡散層２１ａ，２１ｃにおいて重なり部８０に対応する部分では、他の部分に比べて盛り上がって形成される。具体的には、アノード側については、重なり部８０に対応する部分において凸部７１ａ（図１も併せて参照）が形成されている。また、カソード側については、重なり部８０に対応する部分において凸部７１ｃ（図１も併せて参照）が形成されている。なお、これら２つの凸部７１ａ，７１ｃが他の部分に比べて積層方向に突出した長さは、例えば、数１０μｍ程度となる。 Here, the anode side protective film fa covers the anode surface of the catalyst layer non-formation region 90, and a part thereof also covers the anode side catalyst layer 60a. This makes it possible to protect the non-catalyst layer formation region 90 even when the anode side protective film fa is disposed, or when the electrolyte membrane 21b extends in the horizontal direction when the fuel cell 20 is in operation. Because. Similarly, the cathode-side protective film fc covers the cathode surface side of the catalyst layer non-formation region 90, and a part thereof also covers the cathode-side catalyst layer 60c. Therefore, in the MEA 50, a portion (hereinafter referred to as “overlap portion”) 80 where the electrolyte membrane 21b, the two catalyst layers 60a and 60b, and the two protective films fa and fc are overlapped is formed. The overlapping portion 80 has a larger thickness in the stacking direction than other portions. Therefore, in the gas diffusion layers 21a and 21c, the portion corresponding to the overlapping portion 80 is formed so as to be higher than the other portions. Specifically, on the anode side, a convex portion 71a (see also FIG. 1) is formed in a portion corresponding to the overlapping portion 80. On the cathode side, a convex portion 71c (see also FIG. 1) is formed in a portion corresponding to the overlapping portion 80. In addition, the length which these two convex parts 71a and 71c protruded in the lamination direction compared with the other part will be about several tens of micrometers, for example.

ここで、下側のセパレータ２５のアノード対向プレート２２において、前述の凸部７１ａに対応する位置には凹部７４ａが形成されている。この凹部７４ａは、他の部分に比べて厚みが若干小さくなるように形成されている。凹部７４ａは、例えば、金属製の薄板において、該当する部分を削ることによって形成することができる。図３の例では、シール一体型ＭＥＡ２１と下側のセパレータ２５とが積層された状態において、凸部７１ａと凹部７４ａとは表面の形状が一致して互いに隙間なく当接している。それと共に、アノード側ガス拡散層２１ａにおいて凸部７１ａを除くその他の部分と、アノード対向プレート２２において凹部７４ａを除くその他の部分とも互いに当接している。同様に、上側のセパレータ２５のカソード対向プレート２４において、前述の凸部７１ｃに対応する位置には凹部７４ｃが形成されている。そして、凸部７１ｃと凹部７４ｃとは互いに隙間なく当接し、また、カソード側ガス拡散層２１ｃにおいて凸部７１ｃを除くその他の部分と、カソード対向プレート２４において凹部７４ｃを除くその他の部分とは、互いに当接している。 Here, in the anode facing plate 22 of the lower separator 25, a recess 74a is formed at a position corresponding to the above-described protrusion 71a. The recess 74a is formed to have a thickness slightly smaller than that of the other portions. The recess 74a can be formed by, for example, cutting a corresponding portion in a metal thin plate. In the example of FIG. 3, in a state where the seal-integrated MEA 21 and the lower separator 25 are stacked, the convex portions 71 a and the concave portions 74 a are in contact with each other without gaps with the same shape on the surface. At the same time, other portions of the anode-side gas diffusion layer 21a excluding the convex portion 71a and other portions of the anode facing plate 22 excluding the concave portion 74a are in contact with each other. Similarly, in the cathode facing plate 24 of the upper separator 25, a recess 74c is formed at a position corresponding to the above-described protrusion 71c. The convex portion 71c and the concave portion 74c are in contact with each other without a gap, and the other portion excluding the convex portion 71c in the cathode-side gas diffusion layer 21c and the other portion other than the concave portion 74c in the cathode facing plate 24 are: They are in contact with each other.

以上説明したように、燃料電池２０では、重なり部８０に起因してアノード側ガス拡散層２１ａにおいて凸部７１ａが生じているが、アノード対向プレート２２に凹部７４ａを設けているので、アノード対向プレート２２とアノード側ガス拡散層２１ａとは、互いに面全体で当接することとなる。またカソード側においてもアノード側とほぼ同じ構成となっており、カソード対向プレート２４とカソード側ガス拡散層２１ｃとは、互いに面全体で当接することとなる。したがって、シール一体型ＭＥＡ２１とセパレータ２５とを積層して締結する際に面全体に荷重を掛けることができるので、締結するための荷重が非常に大きくなってしまうことを抑制することができる。また、シール一体型ＭＥＡ２１において、凸部７１ａ，７１ｃに締結荷重が集中することを避けることができるので、重なり部８０においてＭＥＡ５０が損傷することを抑制することができる。 As described above, in the fuel cell 20, the convex portion 71a is generated in the anode-side gas diffusion layer 21a due to the overlapping portion 80. However, since the concave portion 74a is provided in the anode facing plate 22, the anode facing plate 22 and the anode side gas diffusion layer 21a are in contact with each other over the entire surface. Further, the cathode side has almost the same configuration as the anode side, and the cathode facing plate 24 and the cathode side gas diffusion layer 21c are in contact with each other over the entire surface. Accordingly, when the seal-integrated MEA 21 and the separator 25 are stacked and fastened, a load can be applied to the entire surface, so that the load for fastening can be prevented from becoming very large. Further, in the seal-integrated MEA 21, it is possible to avoid the fastening load from concentrating on the convex portions 71 a and 71 c, so that the MEA 50 can be prevented from being damaged at the overlapping portion 80.

Ｂ．第２の実施例：
図４は、第２の実施例における燃料電池の断面の詳細を示す説明図である。なお、図４では、図３と同じ位置の領域（領域Ｘ）を示している。第２の実施例における燃料電池は、以下の２点において燃料電池２０（図１〜図３）と異なり、他の構成は第１の実施例と同じである。すなわち、ガス拡散層において重なり部８０に対応する部分が他の部分に比べて突出していない点と、セパレータ２５ａにおいて重なり部８０に対応する部分に凹部が形成されていない点とが、本実施例の燃料電池と燃料電池２０（第１の実施例）との相違点である。 B. Second embodiment:
FIG. 4 is an explanatory view showing details of a cross section of the fuel cell in the second embodiment. In FIG. 4, a region (region X) at the same position as that in FIG. 3 is shown. The fuel cell in the second embodiment is different from the fuel cell 20 (FIGS. 1 to 3) in the following two points, and other configurations are the same as those in the first embodiment. That is, the point that the portion corresponding to the overlapping portion 80 in the gas diffusion layer does not protrude as compared with the other portions, and the point that the concave portion is not formed in the portion corresponding to the overlapping portion 80 in the separator 25a. This is the difference between this fuel cell and the fuel cell 20 (first embodiment).

第２の実施例のＭＥＡ５０ａが有するアノード側ガス拡散層２１ｄにおいて、重なり部８０に対応する部分（以下、「重なり対応部」と呼ぶ）７１ｄは、他の部分に比べて厚みが若干小さくなるように構成されている。具体的には、重なり対応部７１ｄの厚みはｈ２であり、その他の部分の厚みｈ１は、厚みｈ２よりも大きい。このように厚みの差を設けることで、重なり対応部７１ｄの上面の高さ（電解質膜２１ｂの位置を基準とした積層方向の長さ）と、その他の部分の上面の高さとはほぼ同じとなっている。 In the anode side gas diffusion layer 21d of the MEA 50a of the second embodiment, a portion 71d corresponding to the overlapping portion 80 (hereinafter referred to as “overlap corresponding portion”) 71d is slightly thinner than the other portions. It is configured. Specifically, the thickness of the overlap corresponding part 71d is h2, and the thickness h1 of the other part is larger than the thickness h2. By providing the thickness difference in this manner, the height of the upper surface of the overlap corresponding portion 71d (the length in the stacking direction with respect to the position of the electrolyte membrane 21b) is substantially the same as the height of the upper surface of other portions. It has become.

このような構成のアノード側ガス拡散層２１ｄは、例えば、以下のようにして形成することができる。すなわち、ＭＥＡ５０ａの製造工程において、アノード側ガス拡散層２１ｄの材料となる多孔質体を触媒層６０ａの上に配置した後に、その多孔質体の表面に撥水材を塗布する。このとき、重なり部８０に対応する部分には他の部分に比べて塗布する撥水材の量を少なくする。そうすると、上述したように、重なり対応部７１ｄは他の部分に比べて厚みが小さく構成される。また、例えば、多孔質体を圧着する際に、重なり部分に対応する部分により大きな荷重を加えたり、より長時間圧着したりすることによって、重なり対応部７１ｄを他の部分に比べて厚みが小さくなるように構成することもできる。 The anode-side gas diffusion layer 21d having such a configuration can be formed as follows, for example. That is, in the manufacturing process of the MEA 50a, after disposing a porous body as a material of the anode side gas diffusion layer 21d on the catalyst layer 60a, a water repellent material is applied to the surface of the porous body. At this time, the amount of the water repellent material applied to the portion corresponding to the overlapping portion 80 is reduced compared to the other portions. Then, as described above, the overlap corresponding portion 71d is configured to have a smaller thickness than other portions. Further, for example, when the porous body is crimped, the thickness corresponding to the overlapping portion 71d is smaller than that of the other portion by applying a larger load to the portion corresponding to the overlapping portion or pressing the porous body for a longer time. It can also be configured.

カソード側についても同様な構成となっており、カソード側ガス拡散層２１ｅにおいて、重なり部８０に対応する重なり対応部７１ｅは、他の部分に比べて厚みが小さくなるように構成されている。そして、重なり対応部７１ｅの上面の高さと、その他の部分の上面の高さとはほぼ同じとなっている。なお、カソード側ガス拡散層２１ｅの形成方法は、アノード側ガス拡散層２１ｄと同様である。 The cathode side has the same configuration, and in the cathode side gas diffusion layer 21e, the overlap corresponding portion 71e corresponding to the overlap portion 80 is configured to be thinner than the other portions. The height of the upper surface of the overlap corresponding portion 71e is substantially the same as the height of the upper surface of other portions. The cathode side gas diffusion layer 21e is formed in the same manner as the anode side gas diffusion layer 21d.

セパレータ２５ａにおいて、アノード対向プレート２２ａには、第１の実施例のアノード対向プレート２２（図３）と異なり、重なり対応部７１ｄと対向する部分において凹部が設けられていない。同様に、カソード対向プレート２４ａには、重なり対応部７１ｅと対向する部分において凹部が設けられていない。なお、本実施例において、上述した重なり対応部７１ｄ，７１ｅは、請求項における対応領域に相当する。 In the separator 25a, unlike the anode facing plate 22 (FIG. 3) of the first embodiment, the anode facing plate 22a is not provided with a recess in a portion facing the overlap corresponding portion 71d. Similarly, the cathode facing plate 24a is not provided with a recess in a portion facing the overlap corresponding portion 71e. In the present embodiment, the above-described overlap corresponding portions 71d and 71e correspond to corresponding regions in the claims.

以上の構成を有する第２の実施例の燃料電池では、ガス拡散層２１ｄ，２１ｅにおいて、重なり部８０に対応する部分が他の部分に比べて突出しないように構成されている。したがって、アノード対向プレート２２ａとアノード側ガス拡散層２１ｄとは、互いにほぼ面全体で当接することとなり、また、カソード対向プレート２４ａとカソード側ガス拡散層２１ｅとも、互いにほぼ面全体で当接することとなる。したがって、第２の実施例の燃料電池も第１の実施例の燃料電池２０と同様な効果を奏する。 In the fuel cell of the second embodiment having the above-described configuration, the gas diffusion layers 21d and 21e are configured so that the portion corresponding to the overlapping portion 80 does not protrude as compared with the other portions. Accordingly, the anode facing plate 22a and the anode side gas diffusion layer 21d are in contact with each other over substantially the entire surface, and the cathode facing plate 24a and the cathode side gas diffusion layer 21e are in contact with each other over substantially the entire surface. Become. Therefore, the fuel cell of the second embodiment also has the same effect as the fuel cell 20 of the first embodiment.

Ｃ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 C. Variations:
In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in each of the above embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

Ｃ１．変形例１：
上述した第１の実施例では、セパレータ２５において重なり部８０に対応する部分の厚みが他の部分の厚みに比べて小さくなるように構成されており、ガス拡散層２１ａ，２１ｃにおいて重なり部８０に対応する部分（凸部７１ａ，７１ｃ）の厚みは他の部分の厚みとほぼ同一であった。また、第２の実施例では、ガス拡散層２１ｄ，２１ｅにおいて重なり部８０に対応する部分（重なり対応部７１ｄ，７１ｅ）の厚みが他の部分の厚みに比べて小さくなるように構成されており、セパレータ２５ａにおいて重なり部８０に対応する部分の厚みは他の部分の厚みと同一であった。本発明は、これらに限定されるものではなく、セパレータとガス拡散層とのいずれにおいても、重なり部８０に対応する部分の厚みが他の部分の厚みに比べて小さくなるように構成することもできる。このような構成においても、重なり部８０に対応する部分に大きな締結荷重が集中してしまうことを抑制することができる。 C1. Modification 1:
In the first embodiment described above, the thickness of the portion corresponding to the overlapping portion 80 in the separator 25 is configured to be smaller than the thickness of the other portions, and the overlapping portion 80 is formed in the gas diffusion layers 21a and 21c. Corresponding portions (projections 71a, 71c) had substantially the same thickness as the other portions. In the second embodiment, the gas diffusion layers 21d and 21e are configured such that the portions corresponding to the overlapping portion 80 (overlapping corresponding portions 71d and 71e) are smaller in thickness than the other portions. In the separator 25a, the thickness of the portion corresponding to the overlapping portion 80 was the same as the thickness of the other portions. The present invention is not limited to these, and in either the separator or the gas diffusion layer, the thickness of the portion corresponding to the overlapping portion 80 may be configured to be smaller than the thickness of the other portion. it can. Even in such a configuration, it is possible to suppress a large fastening load from being concentrated on a portion corresponding to the overlapping portion 80.

Ｃ２．変形例２：
上述した各実施例では、シール一体型ＭＥＡ２１は、ガス拡散層も含んで一体に構成された、いわゆるＭＥＧＡ（膜−電極−拡散層アッセンブリ）として構成されていたが、これに代えて、ガス拡散層を別の部材とした、いわゆる膜−電極アッセンブリとして構成することもできる。この場合、第２の実施例については、ガス拡散層用の部材（カーボンペーパーや金属多孔質体等）において、予め重なり部８０に対応する部分の厚みを他の部分に比べて小さくなるように加工しておき、各部材（ＭＥＡとガス拡散層用部材とセパレータと）を積層して燃料電池を製造することもできる。 C2. Modification 2:
In each of the above-described embodiments, the seal-integrated MEA 21 is configured as a so-called MEGA (membrane-electrode-diffusion layer assembly) including a gas diffusion layer, but instead, a gas diffusion is used. It can also be configured as a so-called membrane-electrode assembly in which the layer is a separate member. In this case, in the second embodiment, in the gas diffusion layer member (carbon paper, metal porous body, etc.), the thickness of the portion corresponding to the overlapping portion 80 is made smaller than the other portions in advance. It is also possible to manufacture a fuel cell by processing and laminating each member (MEA, gas diffusion layer member and separator).

Ｃ３．変形例３：
上述した各実施例では、セパレータ２５，２５ａは３枚のプレート２３，２４（２４ａ），２５（２５ａ）を重ね合わせた３層構造を有するものであったが、これに代えて、１枚や２枚または４枚など、任意の数のプレートで構成することもできる。このような構成であっても、ガス拡散層２１ａ，２１ｃと対向するプレートにおいて、ガス拡散層２１ａ，２１ｃ上に形成された凸部７１ａ，７１ｃと対向する部分に凹部を形成することで、第１の実施例の燃料電池２０と同じ効果を得ることができる。 C3. Modification 3:
In each of the above-described embodiments, the separators 25 and 25a have a three-layer structure in which three plates 23, 24 (24a) and 25 (25a) are overlapped. It can also be composed of any number of plates, such as two or four. Even in such a configuration, in the plate facing the gas diffusion layers 21a and 21c, the concave portions are formed in the portions facing the convex portions 71a and 71c formed on the gas diffusion layers 21a and 21c. The same effect as that of the fuel cell 20 of the first embodiment can be obtained.

Ｃ４．変形例４：
上述した各実施例では、２つの保護フィルムｆａ，ｆｃは、重なり部８０において、それぞれ触媒層６０ａ，６０ｃの上に重なるように構成されていたが、これに代えて、保護フィルムｆａ，ｆｃの上に触媒層６０ａ，６０ｃが重なる構成とすることもできる。すなわち、シール一体型ＭＥＡとして、電解質膜２１ｂの端部分に保護フィルムｆａ，ｆｃを配置した後に触媒層６０ａ，６０ｃを形成して製造したＭＥＡを、本発明の燃料電池に用いることもできる。 C4. Modification 4:
In each of the above-described embodiments, the two protective films fa and fc are configured to overlap the catalyst layers 60a and 60c, respectively, in the overlapping portion 80, but instead of the protective films fa and fc, The catalyst layers 60a and 60c may be overlaid on top of each other. That is, as the seal-integrated MEA, an MEA manufactured by forming the catalyst layers 60a and 60c after disposing the protective films fa and fc on the end portion of the electrolyte membrane 21b can be used for the fuel cell of the present invention.

Ｃ５．変形例５：
上述した各実施例では、燃料電池２０は、シール一体型ＭＥＡ２１とセパレータ２５とが複数積層して構成されていたが、これに代えて、１つのシール一体型ＭＥＡ２１と、このシール一体型ＭＥＡ２１を挟んで配置された２つのセパレータ２５とで構成することもできる。 C5. Modification 5:
In each of the above-described embodiments, the fuel cell 20 is configured by laminating a plurality of seal-integrated MEAs 21 and separators 25. Instead of this, one seal-integrated MEA 21 and this seal-integrated MEA 21 are combined. It can also be comprised with the two separators 25 arrange | positioned on both sides.

本発明の一実施例としての燃料電池の分解斜視図。The disassembled perspective view of the fuel cell as one Example of this invention. 図１に示すＡ−Ａ断面を示す説明図。Explanatory drawing which shows the AA cross section shown in FIG. 図２に示す領域Ｘの詳細構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the detailed structure of the area | region X shown in FIG. 第２の実施例における燃料電池の断面の詳細を示す説明図。Explanatory drawing which shows the detail of the cross section of the fuel cell in a 2nd Example. 従来における保護フィルムを備えたＭＥＡの断面の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the cross section of MEA provided with the conventional protective film.

符号の説明Explanation of symbols

２０…燃料電池
２１…シール一体型ＭＥＡ
２１ａ，２１ｄ…アノード側ガス拡散層
２１ｂ…電解質膜
２１ｃ，２１ｅ…カソード側ガス拡散層
２１ｙ…ガスケット
２２，２２ａ…アノード対向プレート
２３…中間プレート
２４，２４ａ…カソード対向プレート
２５，２５ａ…セパレータ
３１ａ…燃料ガス供給マニホールド
３１ｂ…酸化剤ガス供給マニホールド
５０…ＭＥＡ
５１…ガスケット
６０ａ…アノード側触媒層
６０ｃ…カソード側触媒層
７１ａ，７１ｃ…凸部
７１ｄ，７１ｅ…重なり対応部
７４ａ，７１ｃ…凹部
８０…重なり部分
９０…触媒層未形成領域
２１１ａ，２２１ａ，２３１ａ，２４１ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
２１１ｂ，２２１ｂ，２３１ｂ，２４１ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
２１２ａ，２２２ａ，２３２ａ，２４２ａ…酸化剤ガス供給マニホールド形成部
２１２ｂ，２２２ｂ，２３２ｂ，２４２ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド形成部
２１３ａ，２２３ａ，２４３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
２１３ｂ，２２３ｂ，２４３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
２２５…燃料ガス供給孔
２２６…燃料ガス排出孔
２３９…冷却媒体流路形成部
２３５…燃料ガス供給流路形成部
２３６…燃料ガス排出流路形成部
２３７…酸化剤ガス供給流路形成部
２３８…酸化剤ガス排出流路形成部
２４５…酸化剤ガス供給孔
２４６…酸化剤ガス排出孔
２５５…燃料ガス供給流路
２５７…酸化剤ガス供給流路
ＭＥＡ２１…シール一体型
Ｘ…領域
ｆａ…アノード側保護フィルム
ｆｃ…カソード側保護フィルム 20 ... Fuel cell 21 ... MEA with integrated seal
21a, 21d ... anode side gas diffusion layer 21b ... electrolyte membrane 21c, 21e ... cathode side gas diffusion layer 21y ... gasket 22, 22a ... anode facing plate 23 ... intermediate plate 24, 24a ... cathode facing plate 25, 25a ... separator 31a ... Fuel gas supply manifold 31b ... Oxidant gas supply manifold 50 ... MEA
51 ... Gasket 60a ... Anode-side catalyst layer 60c ... Cathode-side catalyst layer 71a, 71c ... Convex part 71d, 71e ... Overlapping part 74a, 71c ... Concave part 80 ... Overlapping part 90 ... Non-catalyst layer region 211a, 221a, 231a, 241a ... Fuel gas supply manifold formation part 211b, 221b, 231b, 241b ... Fuel gas discharge manifold formation part 212a, 222a, 232a, 242a ... Oxidant gas supply manifold formation part 212b, 222b, 232b, 242b ... Oxidant gas discharge manifold Forming portions 213a, 223a, 243a ... Cooling medium supply manifold forming portions 213b, 223b, 243b ... Cooling medium discharge manifold forming portions 225 ... Fuel gas supply holes 226 ... Fuel gas discharge holes 239 ... Cooling medium flow path forming portions 235 ... Fuel Gas supply flow path forming part 236 ... Fuel gas discharge flow path forming part 237 ... Oxidant gas supply flow path forming part 238 ... Oxidant gas discharge flow path forming part 245 ... Oxidant gas supply hole 246 ... Oxidant gas discharge hole 255 ... Fuel gas supply channel 257 ... Oxidant gas supply channel MEA21 ... Integrated seal X ... Area fa ... Anode-side protective film fc ... Cathode-side protective film

Claims

燃料電池であって、
電解質膜と、
前記電解質膜上に積層された触媒層と、
前記触媒層から見て前記電解質膜とは反対側に配置されたガス拡散層と、
前記電解質膜のうち前記触媒層が積層されていない領域を覆うと共に、前記触媒層と重なる重なり部を有する前記電解質膜用の保護フィルムと、
前記ガス拡散層と対向して配置されるセパレータと、
を備え、
前記セパレータと前記ガス拡散層とのうちの少なくとも一方が、前記重なり部に対応する対応領域において、前記対応領域を除く他の領域に比べて積層方向の厚みが小さくなるように構成されており、
前記電解質膜と、前記触媒層と、前記保護フィルムと、前記ガス拡散層とは、膜電極接合体として構成されており、
前記保護フィルムは、前記触媒層と前記電解質膜とが積層されている領域において、前記電解質膜に接しておらず、
前記セパレータは、前記対応領域において、前記対応領域を除く他の領域に比べて積層方向の厚みが小さくなるように構成されており、
前記対応領域は、凹状の曲面により構成されている、燃料電池。 A fuel cell,
An electrolyte membrane;
A catalyst layer laminated on the electrolyte membrane;
A gas diffusion layer disposed on the opposite side of the electrolyte membrane from the catalyst layer;
A protective film for the electrolyte membrane that covers a region of the electrolyte membrane where the catalyst layer is not laminated and has an overlapping portion that overlaps the catalyst layer;
A separator disposed opposite to the gas diffusion layer;
With
At least one of the separator and the gas diffusion layer is configured so that the thickness in the stacking direction is smaller in the corresponding region corresponding to the overlapping portion than in other regions excluding the corresponding region,
The electrolyte membrane, the catalyst layer, the protective film, and the gas diffusion layer are configured as a membrane electrode assembly,
The protective film is not in contact with the electrolyte membrane in a region where the catalyst layer and the electrolyte membrane are laminated ,
The separator is configured such that the thickness in the stacking direction is smaller in the corresponding region than in other regions excluding the corresponding region,
The corresponding region is a fuel cell configured by a concave curved surface .