JP7115450B2 - 燃料電池単位セル - Google Patents

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本開示は、燃料電池単位セルに関する。
近年、アノードガス、例えば水素と、カソードガス、例えば酸素とを化学反応させることによって発電を行う、燃料電池が知られている。
このような燃料電池の構成要素である燃料電池単位セルとしては、電解質膜及び電解質膜の両面に配置されている電極触媒層を有している膜電極接合体と、膜電極接合体の両面にガス拡散層、及びセパレーターが配置された構成を有しているものが知られている。
特許文献１は、燃料電池単位セルに関して、膜電極接合体の外周において、樹脂製枠部材が設けられており、かつ樹脂製枠部材の一部がガス拡散層に含侵して、膜電極接合体と樹脂製枠部材とが固定された構造を開示している。
また、特許文献２は、燃料電池単位セルに関して、膜電極接合体と支持フレームとを接着層で固定した構造を開示している。
特許第５６８１７９２号公報 特開２０１６－１６２６４９号公報
本開示者は、特許文献１及び２に開示される燃料電池単位セルを製造する際、互いに積層して燃料電池積層体を製造する際、及び燃料電池積層体を使用する際、すなわち発電する際等に、燃料電池単位セルの内部構造、例えば膜電極接合体、及びガス拡散層等の断裂及び／又は破損が生じることによって、燃料電池単位セルが劣化する場合があるとの知見を得た。
より具体的には、以下のような問題を挙げることができる。
特許文献１及び２は、支持フレームと膜電極接合体とが接着層で接着されている構造を有している燃料電池単位セルを開示している。
燃料電池単位セルがこのような構造を有する場合、燃料電池単位セルを製造する際、及び燃料電池単位セルを積層して燃料電池積層体を製造する際に、燃料電池単位セルの面内方向において、膜電極接合体と支持フレームとに、互いに離れる方向又は接近する方向の応力が加わることがある。
また、燃料電池単位セルを使用すると、発熱によって燃料電池単位セル内の部材の温度が変化する。そして、支持フレームとガス拡散層との熱膨張率が異なる場合、例えば支持フレームに樹脂シートを用い、かつガス拡散層にカーボン繊維不織布等を用いた場合、燃料電池単位セルを使用すると、発熱によって支持フレームのガス拡散層側の端部と、ガス拡散層に固定されている膜電極接合体との相対的な位置関係が変化することがある。これにより、燃料電池単位セルの面内方向において、膜電極接合体と支持フレームとに、互いに離れる方向又は接近する方向の応力が加わることがある。
これにより、強度が比較的に弱い膜電極接合体が燃料電池単位セルの面内方向のうち端部方向、すなわち燃料電池単位セルの端部方向に引き延ばされることによって破断し、又は燃料電池単位セルの面内方向のうち中心方向、すなわち燃料電池単位セルの中心方向に押し付けられることにより皺が生じる等の虞がある。
また、特許文献２に開示されるような、支持フレームとガス拡散層との間に隙間がある構成を採用した場合、燃料電池単位セルを使用した際に、当該隙間の部分、すなわち膜電極接合体が露出している部分において、カソード側及びアノード側のガスの圧力差によって、燃料電池単位セルの当該部分が厚さ方向に変形し、破断する虞がある。
また、セパレーターとガス拡散層とが固定されていないため、例えば燃料電池単位セルの外部から応力が加えられることによって、燃料電池単位セルが面内方向に撓んだ場合に、セパレーターとガス拡散層との間にズレが生じ、ガス拡散層がセパレーターに対して相対的に面内方向のうち端部方向又は中心方向、すなわち燃料電池単位セルの端部方向又は中心方向に動くことで、相対的に強度が低い膜電極接合体が破断する虞がある。
更に、概して、燃料電池単位セルに用いられるガス拡散層には、例えば炭素繊維不織布のような、導電性を有する多孔質の材料が用いられる場合がある。このような材料から形成されるガス拡散層の端部では、例えば炭素繊維が毛羽立つ等、粗いことがある。
このようなガス拡散層を用いて、特許文献１及び２が開示しているような、膜電極接合体の第１の面に、膜電極接合体の外周縁部分が残るようにしてガス拡散層が直接積層されている構成を採用した場合、ガス拡散層の端部と膜電極接合体とが接している部分において、ガス拡散層の粗い端部、例えば炭素繊維が毛羽立っている部分が、膜電極接合体に刺さり、膜電極接合体を傷つけ、更には断裂させ及び／又は破損させる虞がある。
膜電極接合体が傷ついた場合、当該部分が脆弱となり、膜電極接合体の断裂及び／又は破損につながる虞がある。また、膜電極接合体が断裂及び／又は破損した場合、燃料電池単位セルの内部において短絡が生じる虞もある。
したがって、燃料電池単位セルの更なる耐久性の向上が求められている。
本開示は、機械的な耐久性が高い燃料電池単位セルを提供することを目的とする。
本開示者は、以下の手段により上記課題を達成することができることを見出した：
《態様１》
（Ｉ）下記を有している電極積層体：
（ａ）電解質層の両側面上に電極触媒層がそれぞれ積層されている、膜電極接合体、
（ｂ）前記膜電極接合体の第１の面に、前記膜電極接合体の前記第１の面から外周縁部分が突出するようにして積層されている、第１のガス拡散層、及び
（ｃ）前記膜電極接合体の第２の面に積層されている、第２のガス拡散層、
（ＩＩ）前記膜電極接合体の外周に、前記膜電極接合体から離れて配置されている、支持フレーム、
（ＩＩＩ）前記電極積層体の前記第１のガス拡散層側に積層されており、前記支持フレームに固定されており、かつ前記第１のガス拡散層に当接している、第１のセパレーター、並びに
（ＩＶ）前記電極積層体の前記第２のガス拡散層側に積層されており、前記支持フレームに固定されており、かつ前記第２のガス拡散層に当接している、第２のセパレーター、
を有している、燃料電池単位セルであって、
前記燃料電池単位セルの第１の部分において、
接着層を有しており、それによって、
前記第１のガス拡散層の外周縁部分よりも内側の部分と前記膜電極接合体との間において、前記接着層がそれらを互いに接着しており、かつ
前記支持フレームと前記第１のガス拡散層の外周縁部分との間、前記支持フレームと前記第１のセパレーターとの間、及び／又は前記支持フレームと前記第２のセパレーターとの間において、前記接着層がそれらを互いに接着している、
燃料電池単位セル。
《態様２》
前記燃料電池単位セルの厚さ方向に関して、前記支持フレームが、前記第１のガス拡散層の外周縁部分と前記第２のセパレーターとの間に配置されている、
態様１に記載の燃料電池単位セル。
《態様３》
前記支持フレームが、前記第１のガス拡散層の外周に、前記第１のガス拡散層から離れて配置されている、
態様１に記載の燃料電池単位セル。
《態様４》
前記燃料電池単位セルの第２の部分において、
前記第２のセパレーターが、反応ガス流路を有しており、
前記第２のセパレーターと前記第２のガス拡散層との間、前記第２のセパレーターと前記第１のガス拡散層の外周縁部分との間、及び前記第２のセパレーターと前記支持フレームとの間にわたって、第２のカバープレートが配置されており、
前記第１のガス拡散層の外周縁部分よりも内側の部分と前記膜電極接合体との間において、前記接着層がそれらを互いに接着しており、
前記第１のガス拡散層の外周縁部分と前記第２のカバープレートとの間において、前記接着層が前記第２のカバープレートに接着しており、かつ
前記支持フレームと前記第１のガス拡散層の外周縁部分との間、前記支持フレームと前記第１のセパレーターとの間、及び／又は前記支持フレームと前記第２のセパレーターとの間において、前記接着層がそれらを互いに接着しており、それによって、
前記接着層が、前記第２のセパレーターの前記反応ガス流路から隔離されている、
態様２又は３に記載の燃料電池単位セル。
《態様５》
前記燃料電池単位セルの第２の部分において、
更に、前記第１のセパレーターが、反応ガス流路を有しており、
前記第１のセパレーターと前記第１のガス拡散層との間、及び前記第１のセパレーターと前記支持フレームとの間にわたって、第１のカバープレートが配置されており、
前記支持フレームと前記第１のカバープレートとの間において、前記接着層がそれらを互いに接着しており、それによって、
前記接着層が、前記第１のセパレーターの前記反応ガス流路から隔離されている、
態様４に記載の燃料電池単位セル。
本開示によれば、機械的な耐久性が高い燃料電池単位セルを提供することができる。
図１は、燃料電池単位セル１００を、第１のセパレーター３０側から見た模式図である。 図２は、本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａの、図１のＩ－Ｉ’断面と同様の断面に沿った断面図である。 図３は、本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｂの、図１のＩ－Ｉ’断面と同様の断面に沿った断面図である。 図４は、本開示の第３の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｃの、図１のＩ－Ｉ’断面と同様の断面に沿った断面図である。 図５は、本開示の第４の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｄの、図１のＩ－Ｉ’断面と同様の断面に沿った断面図である。 図６は、本開示の第５の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｅの、図１のＩ－Ｉ’断面と同様の断面に沿った断面図である。 図７は、本開示の第６の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｆの、図１のＩ－Ｉ’断面と同様の断面に沿った断面図である。 図８は、本開示の実施形態とは異なる燃料電池単位セル１００’の、図１のＩ－Ｉ’断面と同様の断面に沿った断面図である。 図９は、本開示の第７の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｇを、第１のセパレーター３０側から見た模式図である。 図１０は、本開示の第７の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｇの、図９のＩＩ－ＩＩ’断面に沿った断面図である。 図１１は、本開示の第８の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｈの、図９のＩＩ－ＩＩ’断面と同様の断面に沿った断面図である。 図１２は、本開示の第９の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｉの、図９のＩＩ－ＩＩ’断面と同様の断面に沿った断面図である。 図１３は、本開示の第１０の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｊの、図９のＩＩ－ＩＩ’断面と同様の断面に沿った断面図である。 図１４は、本開示の第１１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｋの、図９のＩＩ－ＩＩ’断面と同様の断面に沿った断面図である。 図１５は、本開示の第１２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｌの、図９のＩＩ－ＩＩ’断面と同様の断面に沿った断面図である。
以下、本開示の実施の形態について詳述する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、開示の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。
本開示の燃料電池単位セルは、以下の構成を有している：
（Ｉ）下記を有している電極積層体：
（ａ）電解質層の両側面上に電極触媒層がそれぞれ積層されている、膜電極接合体、
（ｂ）膜電極接合体の第１の面に、膜電極接合体の第１の面から外周縁部分が突出するようにして積層されている、第１のガス拡散層、及び
（ｃ）膜電極接合体の第２の面に積層されている、第２のガス拡散層、
（ＩＩ）膜電極接合体の外周に、膜電極接合体から離れて配置されている、支持フレーム、
（ＩＩＩ）電極積層体の第１のガス拡散層側に積層されており、支持フレームに固定されており、かつ第１のガス拡散層に当接している、第１のセパレーター、並びに
（ＩＶ）電極積層体の第２のガス拡散層側に積層されており、支持フレームに固定されており、かつ第２のガス拡散層に当接している、第２のセパレーター。
本開示の燃料電池単位セルは、更に、燃料電池単位セルの第１の部分において、接着層を有しており、それによって、第１のガス拡散層の外周縁部分よりも内側の部分と膜電極接合体との間において、接着層がそれらを互いに接着しており、かつ支持フレームと第１のガス拡散層の外周縁部分との間、支持フレームと第１のセパレーターとの間、及び／又は支持フレームと第２のセパレーターとの間において、接着層がそれらを互いに接着している。
なお、本開示において、「第１のガス拡散層の外周縁部分よりも内側の部分と膜電極接合体との間」、「支持フレームと第１のガス拡散層の外周縁部分との間」、「支持フレームと第１のセパレーターとの間」、及び「支持フレームと第２のセパレーターとの間」等、２つの部材の間とは、特段の言及がない限り、燃料電池単位セルの厚さ方向に関する、これらの部材の間を意味している。
また、支持フレームが「膜電極接合体の外周に、膜電極接合体から離れて配置されている」とは、燃料電池単位セルの面内方向に関して、支持フレームが、膜電極接合体の外周に配置されており、かつ膜電極接合体に接していない状態を意味している。
より具体的な構成としては、例えば、支持フレームが膜電極接合体の外周に、膜電極接合体から離れて配置されており、かつ燃料電池単位セルの厚さ方向に関して、支持フレームが、第１のガス拡散層の外周縁部分と第２のセパレーターとの間に配置されている構造であってよい。
また、例えば、燃料電池単位セルの面内方向に関して、支持フレームが、第１のガス拡散層の外周に、第１のガス拡散層から離れて配置されている構造であってよい。
《第１の部分》
本開示の燃料電池単位セルにおいて、第１の部分の位置は特に限定されないが、例えば燃料電池単位セルの外周縁部分であってよい。より具体的には、図１に示す燃料電池単位セルのＩ－Ｉ’断面の部分に相当する部分であってよい。
本開示の燃料電池単位セルは、第１の部分において、接着層を有しており、それによって、第１のガス拡散層の外周縁部分よりも内側の部分と膜電極接合体との間において、接着層がそれらを互いに接着しており、かつ支持フレームと第１のガス拡散層の外周縁部分との間、支持フレームと第１のセパレーターとの間、及び／又は支持フレームと第２のセパレーターとの間において、接着層がそれらを互いに接着している。
本開示の燃料電池単位セルにおいて、燃料電池単位セルの厚さ方向に関して、支持フレームが、第１のガス拡散層の外周縁部分と第２のセパレーターとの間に配置されている場合、本開示の燃料電池単位セルは、第１の部分において、第１のガス拡散層の外周縁部分よりも内側の部分と膜電極接合体との間において、接着層がそれらを互いに接着しており、かつ支持フレームと第１のガス拡散層の外周縁部分との間、及び／又は支持フレームと第２のセパレーターとの間において、接着層がそれらを互いに接着している構造を有していてよい。
このような構成において、本開示の燃料電池単位セルは、第１の部分において支持フレームと第１のセパレーターとの間において、接着層が更にそれらを互いに接着している構造を有していてよい。
また、本開示の燃料電池単位セルにおいて、支持フレームが、第１のガス拡散層の外周に、第１のガス拡散層から離れて配置されている場合、本開示の燃料電池単位セルは、第１の部分において、第１のガス拡散層の外周縁部分よりも内側の部分と膜電極接合体との間において、接着層がそれらを互いに接着しており、かつ支持フレームと第１のセパレーターとの間、及び／又は支持フレームと第２のセパレーターとの間において、接着層がそれらを互いに接着している構造を有していてよい。
原理によって限定されるものではないが、本開示の燃料電池単位セルが、高い機械的な耐久性を有する原理は、以下のとおりである。
本開示の燃料電池単位セルは、第１の部分において上記のような構成を有しているため、支持フレーム、特にその膜電極接合体側の先端部分が、接着層によって第１のガス拡散層、第１のセパレーター、及び／又は第２のセパレーターに接着されており、かつ接着層によって第１のガス拡散層と膜電極接合体とが接着されている。
そのため、燃料電池単位セルを製造する際、燃料電池単位セルを積層して燃料電池積層体を製造する際に、燃料電池単位セルの面内方向において、膜電極接合体と支持フレームとに、互いに離れる方向又は接近する方向の応力が加えられた場合においても、支持フレームと膜電極接合体との相対的な位置関係の変化が抑制される。また、燃料電池を使用した際、すなわち発電した際において、温度変化によって支持フレームが膨張収縮した場合にも、同様に支持フレームと膜電極接合体との相対的な位置関係の変化が抑制される。
また、本開示の燃料電池単位セルは、第１の部分において上記のような構成を有していることにより、膜電極接合体の両面が第１及び第２のガス拡散層によって被覆されており、燃料電池単位セルの厚さ方向に関して露出していない。
そのため、カソード側及びアノード側のガスの圧力差による膜電極接合体の変形が抑制される。
また、本開示の燃料電池単位セルは、第１の部分において上記のような構成を有していることにより、支持フレーム、特にその膜電極接合体側の先端部分が、接着層によって第１のガス拡散層、第１のセパレーター、及び又は第２のセパレーターに接着されており、かつ接着層によって第１のガス拡散層と膜電極接合体とが接着されている。
そのため、例えば燃料電池単位セルの外部から応力が加えられることによって、燃料電池単位セルが面内方向のうち端部方向又は中心方向、すなわち燃料電池単位セルの端部方向又は中心方向に撓んだ場合においても、支持フレーム、特にその膜電極接合体側の先端部分と膜電極接合体との、燃料電池単位セルの面内方向における相対的な位置関係の変化が抑制される。これにより、膜電極接合体に加わる面内方向の応力が低減され、膜電極接合体の破断が抑制される。
更に、本開示の燃料電池単位セルは、第１の部分において上記のような構成を有していることにより、第１のガス拡散層の外周縁部分が膜電極接合体の第１の面から突出しているため、第１のガス拡散層の先端部分が膜電極接合体の面に接していない。
そのため、ガス拡散層の端部が粗い場合、例えば炭素繊維不織布のような、導電性を有する多孔質の材料が用いられるガス拡散層の端部において、炭素繊維が毛羽立っているような場合においても、第１のガス拡散層の粗い端部、例えば炭素繊維が毛羽立っている部分が膜電極接合体に刺さり、又は膜電極接合体を傷つけ、更には穴を空ける等して膜電極接合体が断裂及び／又は破損することを抑制することができる。
したがって、本開示の燃料電池単位セルは、高い機械的な耐久性を有する。
本開示の実施形態に従う燃料電池単位セル、及び本開示の実施形態とは異なる燃料電池単位セルを例に、原理をより具体的に説明する。
まず、本開示の燃料電池単位セルにおいて、燃料電池単位セルの厚さ方向に関して、支持フレームが、第１のガス拡散層の外周縁部分と第２のセパレーターとの間に配置されている場合の具体例について、図１～図４を用いて説明する。
図１は、燃料電池単位セル１００を、第１のセパレーター３０側から見た模式図である。なお、図１において、Ｌは燃料電池単位セルの長手方向を、Ｗは燃料電池単位セルの幅方向を意味している。
図１に示すように、燃料電池単位セル１００は、第１のセパレーター３０側に、第１のガス連通口１０ａ及び１０ｆ、冷却水連通口１０ｂ及び１０ｅ、並びに第２のガス連通口１０ｃ及び１０ｄを有している。
図２は、本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａの、図１のＩ－Ｉ’断面と同様の断面に沿った断面図である。なお、図２において、左側は燃料電池単位セルの面内方向のうち端部方向側であり、右側は燃料電池単位セルの面内方向のうち中心方向側である。以下、図３～７及び図１０～１５についても同様である。
図２に示すように、本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａは、電極積層体２０を有している。この電極積層体２０は、電解質層２１ｐの両側面上に電極触媒層２１ｑ及び２１ｒがそれぞれ積層されている、膜電極接合体２１、膜電極接合体２１の第１の面に、膜電極接合体２１の第１の面から外周縁部分２２ａが突出するようにして積層されている、第１のガス拡散層２２、及び膜電極接合体２１の第２の面に積層されている、第２のガス拡散層２３を有している。
また、本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａは、膜電極接合体２１の外周に、膜電極接合体２１から離れて配置されている、支持フレーム５０、電極積層体２０の第１のガス拡散層２２側に積層されており、支持フレーム５０に固定されており、かつ第１のガス拡散層２２に当接している、第１のセパレーター３０、並びに電極積層体２０の第２のガス拡散層２３側に積層されており、支持フレーム５０に固定されており、かつ第２のガス拡散層２３に当接している、第２のセパレーター４０を有している。
ここで、支持フレーム５０は、燃料電池単位セル１００ａの厚さ方向に関して、第１のガス拡散層２２の外周縁部分２２ａと第２のセパレーター４０との間に配置されている。
そして、本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａは、第１の部分において、接着層６０を有しており、それによって、第１のガス拡散層２２の外周縁部分よりも内側の部分２２ｂと膜電極接合体２１との間を互いに接着している。より具体的には、本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａでは、電極触媒層２１ｑは、電解質層２１ｐの外周の内側に配置されており、第１のガス拡散層２２の外周縁部分よりも内側の部分２２ｂと電解質層２１ｐとの間において、接着層６０がそれらを互いに接着している。また、支持フレーム５０と第２のセパレーター４０との間において、接着層６０がそれらを互いに接着している。なお、図示していないが、電極触媒層２１ｑの端部が電解質層２１ｐの端部まで存在する場合には、第１のガス拡散層２２の外周縁部分よりも内側の部分２２ｂと電極触媒層２１ｑとの間において、接着層６０がそれらを互いに接着していることができる。この場合において、電極触媒層２１ｑが多孔質であれば、接着剤６０は、例えば電極触媒層２１ｑの多孔質の部分に含侵していてもよい。
また、本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａにおいて、第１のセパレーター３０及び第２のセパレーター４０は、上記の接着層６０とは別個の接着層７０によって、それぞれ支持フレーム５０に固定されている。
本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａは、第１の部分において支持フレーム５０、特にその膜電極接合体２１側の先端部分が、接着層６０によって第２のセパレーター４０に接着されており、かつ接着層６０によって第１のガス拡散層２２と膜電極接合体２１とが接着されているため、燃料電池単位セル１００ａの面内方向に応力が加えられた場合、燃料電池単位セル１００ａの発熱等によって支持フレーム５０が膨張収縮した場合、及び燃料電池単位セル１００ａが面内方向のうち端部方向又は中心方向、すなわち燃料電池単位セル１００ａの端部方向又は中心方向に撓んだ場合においても、支持フレーム５０と膜電極接合体２１との相対的な位置関係の変化が抑制される。
また、本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａは、膜電極接合体２１の第１の面に、膜電極接合体２１の第１の面から外周縁部分２２ａが突出するようにして積層されているため、膜電極接合体２１の両面が第１のガス拡散層２２及び第２のガス拡散層２３によって被覆されており、燃料電池単位セル１００ａの厚さ方向に関して露出していないので、カソード側及びアノード側のガスの圧力差による膜電極接合体２１の変形が抑制される。また、このような構成によって、第１のガス拡散層２２の先端部分が膜電極接合体２１の面に接していないため、第１のガス拡散層２２の粗い端部、例えば炭素繊維が毛羽立っている部分が膜電極接合体２１に刺さり、又は膜電極接合体２１を傷つけ、更には穴を空ける等して膜電極接合体２１が断裂及び／又は破損することを抑制することができる。
したがって、本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａは、高い機械的な耐久性を有する。
図３は、本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｂの、図１のＩ－Ｉ’断面と同様の断面に沿った断面図である。
図３に示すように、本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｂは、支持フレーム５０と第２のセパレーター４０との間が接着層６０によって接着されておらず、かつ支持フレーム５０と第１のガス拡散層２２の外周縁部分２２ａとの間において、接着層６０がそれらを互いに接着していることを除いて、図２に示す本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａと同様の構成を有している。
本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｂは、第１の部分において支持フレーム５０、特にその膜電極接合体２１側の先端部分が、接着層６０によって第１のガス拡散層２２の外周縁部分２２ａに接着されており、かつ接着層６０によって第１のガス拡散層２２と膜電極接合体２１とが接着されているため、本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａにおけるのと同様に、支持フレーム５０と膜電極接合体２１との相対的な位置関係の変化が抑制される。
また、本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｂは、電極積層体の構成が本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａと同様であることから、膜電極接合体２１が断裂及び／又は破損することを抑制することができる。
したがって、本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｂは、高い機械的な耐久性を有する。
また、図４は、本開示の第３の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｃの、図１のＩ－Ｉ’断面と同様の断面に沿った断面図である。
図４に示すように、本開示の第３の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｃは、本開示の第１及び第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａ及びｂと異なり、支持フレーム５０が、接着層６０によって第１のセパレーター３０に固定されており、かつ別個の接着層７０によって第２のセパレーター４０に固定されている。その他の構成は、図３に示す本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｂと同様である。
本開示の第３の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｃは、図３に示す本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｂと同様の理由から、高い機械的な耐久性を有する。
次に、本開示の燃料電池単位セルにおいて、支持フレームが、第１のガス拡散層の外周に、第１のガス拡散層から離れて配置されている場合の具体例について、図５～図７を用いて説明する。
図５は、本開示の第４の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｄの、図１のＩ－Ｉ’断面と同様の断面に沿った断面図である。
図５に示すように、本開示の第４の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｄは、本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａと同様の構成を有する電極積層体２０を有している。
また、本開示の第４の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｄは、支持フレーム５０が、第１のガス拡散層２２の外周に、第１のガス拡散層２２から離れて配置されていることを除いて、本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａと同様に、第１のセパレーター３０及び第２のセパレーター４０を有している。
本開示の第４の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｄは、第１の部分において支持フレーム５０、特にその膜電極接合体２１側の先端部分が、接着層６０によって第２のセパレーター４０に接着されており、かつ接着層６０によって第１のガス拡散層２２と膜電極接合体２１とが接着されているため、燃料電池単位セル１００ｄの面内方向に応力が加えられた場合、燃料電池単位セル１００ｄの発熱等によって支持フレーム５０が膨張収縮した場合、及び燃料電池単位セルが面内方向のうち端部方向又は中心方向、すなわち燃料電池単位セルの端部方向又は中心方向に撓んだ場合においても、支持フレーム５０と膜電極接合体２１との相対的な位置関係の変化が抑制される。
また、本開示の第４の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｄは、電極積層体の構成が本開示の第１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ａと同様であることから、膜電極接合体２１が断裂及び／又は破損することを抑制することができる。
したがって、本開示の第４の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｄは、高い機械的な耐久性を有する。
図６は、本開示の第５の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｅの、図１のＩ－Ｉ’断面と同様の断面に沿った断面図である。
図６に示すように、本開示の第５の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｅは、本開示の第５の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｄと異なり、支持フレーム５０と第２のセパレーター４０とを固定している別個の接着層７０を有しておらず、代わりに、接着層６０が、燃料電池単位セルの面内方向のうち端部方向に更に延在していることによって、支持フレーム５０と第２のセパレーター４０とを固定している。その他の構成は、図５に示す本開示の第４の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｄと同様である。
本開示の第５の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｅは、図５に示す本開示の第４の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｄと同様の理由から、高い機械的な耐久性を有する。
図７は、本開示の第６の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｆの、図１のＩ－Ｉ’断面と同様の断面に沿った断面図である。
図７に示すように、本開示の第６の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｆは、支持フレーム５０と第２のセパレーター４０との間が接着層６０によって接着されておらず、かつ支持フレーム５０と第１のセパレーター３０との間において、接着層６０がそれらを互いに接着していることを除いて、図５に示す本開示の第４の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｄと同様の構成を有している。
本開示の第６の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｆは、第１の部分において支持フレーム５０、特にその膜電極接合体２１側の先端部分が、接着層６０によって第１のセパレーター３０に接着されており、かつ接着層６０によって第１のガス拡散層２２と膜電極接合体２１とが接着されているため、本開示の第４の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｄにおけるのと同様に、支持フレーム５０と膜電極接合体２１との相対的な位置関係の変化が抑制される。
また、本開示の第６の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｆは、電極積層体の構成が本開示の第４の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｄと同様であることから、膜電極接合体２１が断裂及び／又は破損することを抑制することができる。
したがって、本開示の第６の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｆは、高い機械的な耐久性を有する。
最後に、本開示の実施形態とは異なる燃料電池単位セルの具体例について、図８を用いて説明する。
図８に示すような、本開示の実施形態とは異なる燃料電池単位セル１００’では、支持フレーム５０と膜電極接合体２１とは接着層６０によって接着されているが、第１のセパレーター３０及び第１のガス拡散層２２が支持フレーム５０と接着されていない。
そのため、燃料電池単位セル１００’の面内方向、例えば幅方向Ｗにおいて、膜電極接合体２１と支持フレーム５０とに、互いに離れる方向又は接近する方向の応力が加えられた場合に、支持フレーム５０と膜電極接合体２１との相対的な位置関係が変化しやすく、膜電極接合体２１が破断しやすい。
また、支持フレーム５０の第１のガス拡散層２２側の端部が第１のセパレーターに接着されていないため、燃料電池単位セル１００’の使用時における発熱によって支持フレームのガス拡散層側の端部と、ガス拡散層に固定されている膜電極接合体との相対的な位置関係が変化しやすく、膜電極接合体２１が破断しやすい。
また、第１のセパレーター３０と膜電極接合体２１の外周縁部分２１ａとの間において、接着層６０が膜電極接合体２１の外周縁部分２１ａに接着層６０が接着していない部分を有するため、燃料電池単位セルの使用時におけるカソード側及びアノード側のガスの圧力差によって膜電極接合体２１が変形しやすい。
また、第１のセパレーター３０、第１のガス拡散層２２、及び支持フレーム５０が接着層６０によって互いに接着されていないため、例えば燃料電池単位セル１００’の外部から応力が加えられることによって、燃料電池単位セル１００’が面内方向、例えば幅方向Ｗのうち端部方向又は中心方向、すなわち燃料電池単位セル１００’の端部方向又は中心方向に撓んだ場合に、これらの相対的な位置関係が変化し、特に強度が低い膜電極接合体２１が破断しやすい。
また、第１のセパレーター３０と膜電極接合体２１の外周縁部分２１ａとの間において、接着層６０が膜電極接合体２１の外周縁部分２１ａに接着層６０が接着していない部分を有するため、当該部分は、燃料電池単位セルの使用時におけるカソード側及びアノード側のガスの圧力差によって膜電極接合体２１が変形しやすく、損傷しやすい。
更に、第１のガス拡散層２２の端部と膜電極接合体２１とが直接接しているため、第１のガス拡散層２２の端部と膜電極接合体２１とが接している部分において、第１のガス拡散層２２の粗い端部によって膜電極接合体２１が傷つき、更には穴が開いてしまう虞がある。
したがって、本開示の実施形態とは異なる燃料電池単位セル１００’は、本開示の実施形態に従う燃料電池単位セルと比較して、低い機械的な耐久性を有している。
《第２の部分》
本開示の燃料電池単位セルにおいて、第２の部分の位置は、特に限定されないが、例えば第２のセパレーターが反応ガス流路を有しており、かつ接着層が反応ガス流路に入り込みやすい位置、より具体的には、燃料電池単位セルの厚さ方向に関して、反応ガス流路が第２のガス拡散層の外周縁部分と重なる部分に配置されている構造を有する位置であってよい。
また、本開示の燃料電池単位セルにおいて、第２の部分の位置は、第２のセパレーターに加えて、更に第１のセパレーターも反応ガス流路を有しており、かつ接着層が反応ガス流路に入り込みやすい位置であってよい。
このような位置としては、図９のＩＩ－ＩＩ’断面がある位置のように、第１のガス連通口１０ａ及び１０ｆ、冷却水連通口１０ｂ及び１０ｅ、並びに第２のガス連通口１０ｃ及び１０ｄに隣接する領域に配置されていることができる。
本開示の燃料電池単位セルは、第２の部分において、第２のセパレーターが、反応ガス流路を有しており、第２のセパレーターと第２のガス拡散層との間、第２のセパレーターと第１のガス拡散層の外周縁部分との間、及び第２のセパレーターと支持フレームとの間にわたって、第２のカバープレートが配置されており、第１のガス拡散層の外周縁部分よりも内側の部分と膜電極接合体との間において、接着層がそれらを互いに接着しており、第１のガス拡散層の外周縁部分と第２のカバープレートとの間において、接着層が第２のカバープレートに接着しており、かつ支持フレームと第１のガス拡散層の外周縁部分との間、支持フレームと第１のセパレーターとの間、及び／又は支持フレームと第２のセパレーターとの間において、接着層がそれらを互いに接着しており、それによって、接着層が、第２のセパレーターの反応ガス流路から隔離されていることができる。
また、本開示の燃料電池単位セルは、第２の部分において、更に、第１のセパレーターが、反応ガス流路を有しており、第１のセパレーターと第１のガス拡散層との間、及び第１のセパレーターと支持フレームとの間にわたって、第１のカバープレートが配置されており、支持フレームと第１のカバープレートとの間において、接着層がそれらを互いに接着しており、それによって、接着層が、第１のセパレーター及び第２のセパレーターの反応ガス流路から隔離されていることができる。
本開示の燃料電池単位セルにおいて、支持フレームが、膜電極接合体の外周に、膜電極接合体から離れて配置されており、かつ燃料電池単位セルの厚さ方向に関して、支持フレームが、第１のガス拡散層の外周縁部分と第２のセパレーターとの間に配置されている構造を有する場合、本開示の燃料電池単位セルは、第２の部分において、第１のガス拡散層の外周縁部分よりも内側の部分と膜電極接合体との間において、接着層がそれらを互いに接着しており、第１のガス拡散層の外周縁部分と第２のカバープレートとの間において、接着層が第２のカバープレートに接着しており、かつ支持フレームと第１のガス拡散層の外周縁部分との間、及び／又は支持フレームと第２のセパレーターとの間において、接着層がそれらを互いに接着しており、それによって、接着層が、第２のセパレーターの反応ガス流路から隔離されていることができる。
また、支持フレームが同様の構成を有する場合、本開示の燃料電池単位セルは、第２の部分において、更に第１のセパレーターと第１のガス拡散層との間、及び第１のセパレーターと支持フレームとの間にわたって、第１のカバープレートが配置されており、支持フレームと第１のカバープレートとの間において、接着層がそれらを互いに接着しており、かつ支持フレームと第１のセパレーターとの間において、接着層が更にそれらを互いに接着しており、それによって、接着層が、第１のセパレーターの反応ガス流路から隔離されていることができる。
また、本開示の燃料電池単位セルにおいて、燃料電池単位セルの面内方向に関して、支持フレームが、第１のガス拡散層の外周に、第１のガス拡散層から離れて配置されている構造を有する場合、本開示の燃料電池単位セルは、第２の部分において、第１のガス拡散層の外周縁部分よりも内側の部分と膜電極接合体との間において、接着層がそれらを互いに接着しており、第１のガス拡散層の外周縁部分と第２のカバープレートとの間において、接着層が第２のカバープレートに接着しており、かつ支持フレームと第１のセパレーターとの間、及び／又は支持フレームと第２のカバープレートとの間において、接着層がそれらを互いに接着しており、それによって、接着層が、第２のセパレーターの反応ガス流路から隔離されていることができる。
また、支持フレームが同様の構成を有する場合、本開示の燃料電池単位セルは、第２の部分において、更に第１のセパレーターが、反応ガス流路を有しており、第１のセパレーターと第１のガス拡散層の外周縁部分との間、及び第１のセパレーターと支持フレームとの間にわたって、第１のカバープレートが配置されており、第２のカバープレートと第１のカバープレートとの間において、接着層がそれらを互いに接着しており、かつ支持フレームと第１のカバープレートとの間において、接着層がそれらを互いに接着しており、それによって、接着層が、第１のセパレーターの反応ガス流路から隔離されていることができる。
ここで、反応ガス流路は、燃料電池単位セルの外部から供給された反応ガスを、燃料電池単位セルのガス拡散層に供給し、又は電池反応において消費されなかった反応ガスを、燃料電池単位セルの外部に排出するために用いられる流路である。なお、反応ガスとしては、アノードガス、例えば水素ガス、又はカソードガス、例えば酸素ガスを挙げることができる。
本開示の燃料電池単位セルが、第２の部分において上記のような構成を有していることにより、第１及び第２のカバープレートによって接着層が反応ガス流路に入り込んで反応ガス流路を閉塞することを抑制することができると共に、第１の部分におけるのと同様の高い機械的強度を実現することができる。
本開示の燃料電池単位セルにおいて、支持フレームが、膜電極接合体の外周に、膜電極接合体から離れて配置されており、かつ燃料電池単位セルの厚さ方向に関して、支持フレームが、第１のガス拡散層の外周縁部分と第２のセパレーターとの間に配置されている構造を有する場合、本開示の燃料電池単位セルの第２の部分は、具体的には、例えば図１０～図１２に示すような構成を有していることができる。
図１０は、本開示の第７の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｇの、図９のＩＩ－ＩＩ’断面に沿った断面図である。なお、図９において、カバープレート８０は、第１のガス連通口１０ａ、冷却水連通口１０ｂ、並びに第２のガス連通口１０ｃに隣接する領域に配置されている。
図１０に示すように、本開示の第７の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｇは、第２の部分において、第２のセパレーター４０が、反応ガス流路４１を有しており、第２のセパレーター４０と第２のガス拡散層２３との間、第２のセパレーター４０と第１のガス拡散層２２の外周縁部分２２ａとの間、及び第２のセパレーター４０と支持フレーム５０との間にわたって、第２のカバープレート８１が配置されており、第１のガス拡散層２２の外周縁部分よりも内側の部分２２ｂと膜電極接合体２１との間において、接着層６０がそれらを互いに接着しており、第１のガス拡散層２２の外周縁部分２２ａと第２のカバープレート８１との間において、接着層６０が第２のカバープレート８１に接着しており、かつ支持フレーム５０と第２のセパレーター４０との間において、接着層６０がそれらを互いに接着しており、それによって、接着層６０が、第２のセパレーター４０の反応ガス流路４１から隔離されている。
また、図１１は、本開示の第８の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｈの、図９のＩＩ－ＩＩ’断面と同様の断面に沿った断面図である。
図１１に示すように、本開示の第８の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｈは、支持フレーム５０と第２のセパレーター４０との間に替えて、支持フレーム５０と第１のガス拡散層２２との間において、接着層６０がそれらを互いに接着していることを除いて、本開示の第７の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｇと同様の構造を有している。
更に、図１２は、本開示の第９の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｉの、図９のＩＩ－ＩＩ’断面と同様の断面に沿った断面図である。
図１２に示すように、本開示の第９の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｉは、第２の部分において、第１のセパレーター３０が、反応ガス流路３１を有しており、第１のセパレーター３０と第１のガス拡散層２２との間、及び第１のセパレーター３０と支持フレーム５０との間にわたって、第１のカバープレート８２が配置されており、支持フレーム５０と第１のカバープレート８２との間において、接着層６０がそれらを互いに接着しており、それによって、接着層６０が、第１のセパレーター３０の反応ガス流路から隔離されている構造を、有している。
本開示の燃料電池単位セルにおいて、燃料電池単位セルの面内方向に関して、支持フレームが、第１のガス拡散層の外周に、第１のガス拡散層から離れて配置されている構造を有する場合、本開示の燃料電池単位セルの第２の部分は、具体的には、例えば図１３～図１５に示すような構成を有していることができる。
図１３は、本開示の第１０の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｊの、図９のＩＩ－ＩＩ’断面と同様の断面に沿った断面図である。
図１３に示すように、本開示の第１０の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｊは、第２の部分において、第２のセパレーター４０が、反応ガス流路４１を有しており、第２のセパレーター４０と第２のガス拡散層２３との間、第２のセパレーター４０と第１のガス拡散層２２の外周縁部分２２ａとの間、及び第２のセパレーター４０と支持フレーム５０との間にわたって、第２のカバープレート８１が配置されており、第１のガス拡散層２２の外周縁部分よりも内側の部分２２ｂと膜電極接合体２１との間において、接着層６０がそれらを互いに接着しており、第１のガス拡散層２２の外周縁部分２２ａと第２のカバープレート８１との間において、接着層６０が第２のカバープレート８１に接着しており、かつ支持フレーム５０と第２のカバープレート８１との間において、接着層６０がそれらを互いに接着しており、それによって、接着層６０が、第２のセパレーター４０の反応ガス流路４１から隔離されている。
また、図１４は、本開示の第１１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｋの、図９のＩＩ－ＩＩ’断面と同様の断面に沿った断面図である。
図１４に示すように、本開示の第１１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｋは、第２の部分において、第１のセパレーター３０が、反応ガス流路３１を有しており、第１のセパレーター３０と第１のガス拡散層２２の外周縁部分２２ａとの間、及び第１のセパレーター３０と支持フレーム５０との間にわたって、第１のカバープレート８２が配置されており、第２のカバープレート８１と第１のカバープレート８２との間において、接着層６０がそれらを互いに接着しており、それによって、接着層６０が、第１のセパレーター３０の反応ガス流路３１から隔離されている。その余の構成は、本開示の第１０の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｊと同様である。
また、図１５は、本開示の第１２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｌの、図９のＩＩ－ＩＩ’断面と同様の断面に沿った断面図である。
図１５に示すように、本開示の第１３の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｌは、第２の部分において、本開示の第１１の実施形態に従う燃料電池単位セル１００ｋの構造に加えて、更に、支持フレーム５０と第１のカバープレート８２との間において、接着層６０がそれらを互いに接着している。
《電極積層体》
（Ｉ）下記を有している電極積層体：
（ａ）電解質層の両側面上に電極触媒層がそれぞれ積層されている、膜電極接合体、
（ｂ）膜電極接合体の第１の面に、膜電極接合体の第１の面から外周縁部分が突出するようにして積層されている、第１のガス拡散層、及び
（ｃ）膜電極接合体の第２の面に積層されている、第２のガス拡散層。
なお、支持フレームが「膜電極接合体の外周に、膜電極接合体から離れて配置されている」とは、燃料電池単位セルの面内方向に関して、支持フレームが、膜電極接合体の外周に配置されており、かつ膜電極接合体に接していない状態を意味している。
より具体的な構成としては、例えば、支持フレームが膜電極接合体の外周に、膜電極接合体から離れて配置されており、かつ燃料電池単位セルの厚さ方向に関して、支持フレームが、第１のガス拡散層の外周縁部分と第２のセパレーターとの間に配置されている構造であってよい。
また、例えば、燃料電池単位セルの面内方向に関して、支持フレームが、第１のガス拡散層の外周に、第１のガス拡散層から離れて配置されている構造であってよい。
〈膜電極接合体〉
膜電極接合体は、電解質層、及び電解質層の両側面上に積層されている電極触媒層を有している。
（電解質層）
電解質層の材料としては、燃料電池単位セルの電解質層に用いることができる任意の材料を用いることができる。このような材料としては、例えばフッ素系のイオン伝導性を有する高分子膜、より具体的には、パーフルオロスルホン酸を備えるプロトン導電性を有するイオン交換膜等を挙げることができる。
（電極触媒層）
電極触媒層としては、アノード触媒層及びカソード触媒層を挙げることができる。アノード触媒層及びカソード触媒層は、触媒金属が担体に担持されている触媒の層であってよい。
触媒金属としては、燃料電池用触媒に用いられる任意の触媒金属であってよい。このような触媒金属としては、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、又はこれらを含む合金等を挙げることができる。
担体としては、燃料電池用触媒に用いられる任意の担体であってよい。このような単体としては、例えば炭素担体、より具体的には、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、又は人造黒鉛等からなる炭素粒子を挙げることができる。
〈ガス拡散層〉
本開示において、第１のガス拡散層は、膜電極接合体の第１の面に、外周縁部分が残るようにして積層されており、第２のガス拡散層は、膜電極接合体の第２の面に積層されている。
第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層は、一方がアノードガス拡散層であり、他方がカソードガス拡散層である。
第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層の材料は、燃料電池用触媒のアノードガス拡散層及びカソードガス拡散層に用いることができる任意の材料であってよい。このような材料としては、例えば、導電性を有する多孔体を挙げることができる。このような多孔体としては、より具体的には、カーボンペーパー、カーボンクロス、及びガラス状カーボンのようなカーボン多孔体、又は金属メッシュ及び発泡金属のような金属多孔体を挙げることができる。
《支持フレーム》
支持フレームは、第１のガス拡散層の外周に配置されている。
支持フレームは、電気絶縁性及び気密性を有する任意の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。
《セパレーター》
セパレーターとしては、第１のセパレーター及び第２のセパレーターを挙げることができる。
第１のセパレーターは、電極積層体の第１のガス拡散層側に積層されており、支持フレームに固定されており、かつ第１のガス拡散層に当接している。
第１のセパレーターは、第１のガス拡散層と対向する面に、複数の溝を有していることができ、当該溝によって反応ガス流路が形成されていてよい。溝の形状は、反応ガスを第１のガス拡散層に供給することができる任意の形状であってよく、例えば、サーペンタイン型の溝であってよい。
また、第１のセパレーターは、第１のガス連通口、冷却水連通口、及び第２のガス連通口を有していることができる。
第１のセパレーターの材料としては、燃料電池単位セルのセパレーター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。
第２のセパレーターは、電極積層体の第２のガス拡散層側に積層されており、支持フレームに固定されており、かつ第２のガス拡散層に当接している。
第２のセパレーターの材料及び構造は、第１のセパレーターと同様であってよい。
《接着層》
接着層は、第１のセパレーター、第１のガス拡散層、膜電極接合体、支持フレーム、及び第２のセパレーターを互いに接着することができ、かつ燃料電池単位セルの使用条件においてもこれらの部材の接着を維持することができる任意の接着剤の層を用いることができる。
このような接着剤としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、及びＵＶ硬化性樹脂等の接着性樹脂を用いることができるが、これらに限定されない。なお、接着剤として熱可塑性樹脂を用いる場合には、軟化点が燃料電池単位セルの使用時における発熱温度よりも高いものを用いるのが好ましい。
《カバープレート》
第１及び第２のカバープレートの材料としては、第１又は第２のガス拡散層、膜電極接合体、及び支持フレームと接着層によって接着されることができるシート状の材料であれば特に限定されない。このような材料としては、例えばチタン、ステンレス鋼、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、及びポリプロピレン（ＰＰ）等を挙げることができる。
なお、本開示の説明に用いた全ての図は、本開示の燃料電池単位セルの構成及び構造等を限定する趣旨ではない。
１０ａ及び１０ｆ 第１のガス連通口
１０ｂ及び１０ｅ 冷却水連通口
１０ｃ及び１０ｄ 第２のガス連通口
２０ 電極積層体
２１ 膜電極接合体
２２ 第１のガス拡散層
２２ａ 第１のガス拡散層の外周縁部分
２２ｂ 第１のガス拡散層の外周縁部分より内側の部分
２３ 第２のガス拡散層
３０ 第１のセパレーター
３１ 反応ガス流路
４０ 第２のセパレーター
４１ 反応ガス流路
５０ 支持フレーム
６０ 接着層
７０ 別個の接着層
８１ 第２のカバープレート
８２ 第１のカバープレート
１００、１００ａ～ｌ、及び１００’ 燃料電池単位セル

Claims (5)

  1. （Ｉ）下記を有している電極積層体：
    （ａ）電解質層の両側面上に電極触媒層がそれぞれ積層されている、膜電極接合体、
    （ｂ）前記膜電極接合体の第１の面に、前記膜電極接合体の前記第１の面から外周縁部分が突出するようにして積層されている、第１のガス拡散層、及び
    （ｃ）前記膜電極接合体の第２の面に積層されている、第２のガス拡散層、
    （ＩＩ）前記膜電極接合体の外周に、前記膜電極接合体から離れて配置されている、支持フレーム、
    （ＩＩＩ）前記電極積層体の前記第１のガス拡散層側に積層されており、前記支持フレームに固定されており、かつ前記第１のガス拡散層に当接している、第１のセパレーター、並びに
    （ＩＶ）前記電極積層体の前記第２のガス拡散層側に積層されており、前記支持フレームに固定されており、かつ前記第２のガス拡散層に当接している、第２のセパレーター、
    を有している、燃料電池単位セルであって、
    前記燃料電池単位セルの第１の部分において、
    接着層を有しており、それによって、
    前記第１のガス拡散層の外周縁部分よりも内側の部分と前記膜電極接合体との間において、前記接着層がそれらを互いに接着しており、かつ
    前記支持フレームと前記第１のガス拡散層の外周縁部分との間、前記支持フレームと前記第１のセパレーターとの間、及び／又は前記支持フレームと前記第２のセパレーターとの間において、前記接着層がそれらを互いに接着している、
    燃料電池単位セル。
  2. 前記燃料電池単位セルの厚さ方向に関して、前記支持フレームが、前記第１のガス拡散層の外周縁部分と前記第２のセパレーターとの間に配置されている、
    請求項１に記載の燃料電池単位セル。
  3. 前記支持フレームが、前記第１のガス拡散層の外周に、前記第１のガス拡散層から離れて配置されている、
    請求項１に記載の燃料電池単位セル。
  4. 前記燃料電池単位セルの第２の部分において、
    前記第２のセパレーターが、反応ガス流路を有しており、
    前記第２のセパレーターと前記第２のガス拡散層との間、前記第２のセパレーターと前記第１のガス拡散層の外周縁部分との間、及び前記第２のセパレーターと前記支持フレームとの間にわたって、第２のカバープレートが配置されており、
    前記第１のガス拡散層の外周縁部分よりも内側の部分と前記膜電極接合体との間において、前記接着層がそれらを互いに接着しており、
    前記第１のガス拡散層の外周縁部分と前記第２のカバープレートとの間において、前記接着層が前記第２のカバープレートに接着しており、かつ
    前記支持フレームと前記第１のガス拡散層の外周縁部分との間、前記支持フレームと前記第１のセパレーターとの間、及び／又は前記支持フレームと前記第２のセパレーターとの間において、前記接着層がそれらを互いに接着しており、それによって、
    前記接着層が、前記第２のセパレーターの前記反応ガス流路から隔離されている、
    請求項２又は３に記載の燃料電池単位セル。
  5. 前記燃料電池単位セルの第２の部分において、
    更に、前記第１のセパレーターが、反応ガス流路を有しており、
    前記第１のセパレーターと前記第１のガス拡散層との間、及び前記第１のセパレーターと前記支持フレームとの間にわたって、第１のカバープレートが配置されており、
    前記支持フレームと前記第１のカバープレートとの間において、前記接着層がそれらを互いに接着しており、それによって、
    前記接着層が、前記第１のセパレーターの前記反応ガス流路から隔離されている、
    請求項４に記載の燃料電池単位セル。
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