本発明の燃料電池の単セルは、固体高分� ��電解質膜の一面側にアノード触媒層及びガ� ��拡散層を含むアノード電極を有し、他面側� ��カソード触媒層及びガス拡散層を含むカソ� ��ド電極を有する膜・電極接合体と、一対の� ��パレータとを有する燃料電池の単セルであ� ��て、前記固体高分子電解質膜のアノード側� ��びカソード側のうち少なくとも一面側にお� ��て、前記アノード又はカソード触媒層は、� ��記固体高分子電解質膜及び前記ガス拡散層� ��りも一回り小さい寸法及び形状を有し、且� ��、当該アノード又はカソード触媒層の外周� ��らはみ出した前記固体高分子電解質膜の外� ��縁部と、前記ガス拡散層の外周縁部とが対� ��しており、対峙しあう当該高分子電解質膜� ��外周縁部と当該ガス拡散層の外周縁部の間� ��介在する第一の部位、及び、前記アノード� ��はカソード触媒層の外周と重なる第二の部� ��を有する枠形状の保護層が設けられ、さら� ��単セル厚さ調整層を有し、且つ、当該単セ� ��厚さ調整層は、前記保護層の第二の部位が� ��在する領域における単セルの厚さが、当該� ��護層が存在しない中央部における当該単セ� ��の厚さ以下になるように、前記保護層の第� ��の部位が存在する領域において前記中央部� ��おける前記単セル厚さ調整層の厚さよりも� ��いか又は存在しないことを特徴とする。

 本発明の燃料電池の単セルの一形態とし� ��は、前記単セル厚さ調整層が、前記アノー� ��又はカソード触媒層と前記ガス拡散層との� ��に介在する撥水層であるという構成をとる� ��とができる。

 本発明の燃料電池の単セルの他の一形態� ��しては、前記単セル厚さ調整層が、前記膜� ��電極接合体をさらに挟持する多孔質層であ� ��、当該挟持物をさらにガス流路を有しない� ��対の平板セパレータで挟持するという構成� ��とることができる。

 本発明においては、設計及び製造の観点� ��ら、固体高分子電解質膜、アノード触媒層� ��びカソード触媒層、ガス拡散層、保護層並� ��にセパレータは、全面にわたって略均一な� ��さを有するものとし、単セル厚さ調整層の� ��単セルの領域による厚さの調節を行うもの� ��する。また、固体高分子電解質膜、アノー� ��触媒層及びカソード触媒層、ガス拡散層、� ��護層並びにセパレータは、全面にわたって� ��切れることなく連続であるものとする。

 本発明において、単セル厚さ調整層とは、� ��該調整層自体の厚さを単セルの部位によっ� ��変化させることにより、従来技術において� ��単セルの外縁部に保護層を設けることによ� ��て増加していた単セルの外縁部の厚さを、� ��セルの中央部の厚さ以下にすることができ� ��層のことである。このように単セルの厚さ� ��調整することにより、単セルをスタックし� ��際に、電解質膜にかかる力学的負荷を抑え� ��ことができ、且つ、単セルの中央部に十分� ��単位面積当たりの荷重がかかり、設計通り� ��十分な発電を行うことができる。
 単セル内の発電に直接的または間接的に寄� ��する層の他に、新たに単セル厚さ調整層を� ��えてもよいが、単セル内の発電に直接的ま� ��は間接的に寄与する層を単セル厚さ調整層� ��する方が好ましい。すなわち、単セル内の� ��電に直接的または間接的に寄与する層を、� ��電に影響を及ぼすことのない程度において� ��分的に削ったり、潰したり、面積を減らし� ��りすることによって、単セル全体の厚さを� ��整することが好ましい。
 単セル厚さ調整層としては、具体的には、� ��述する撥水層、多孔質層等が挙げられる。
 なお、一つの単セル内に一種類の単セル厚� ��調整層のみを設けることに必ずしも限定さ� ��るわけではなく、一つの単セル内に複数種� ��の単セル厚さ調整層が設けられていてもよ� ��。このように複数種類の単セル厚さ調整層� ��設けられる場合、各々の層が独立に本発明� ��効果を奏するように設置されていてもよい� ��、各々の層が協働して本発明の効果を奏す� ��ように設置されていてもよい。

 高分子電解質膜とは、燃料電池において� ��用される高分子電解質膜であり、ナフィオ� ��(商品名)に代表されるパーフルオロカーボ� �スルホン酸樹脂のようなフッ素系高分子電� �質を含むフッ素系高分子電解質膜の他、ポ� �エーテルエーテルケトン、ポリエーテルケ� �ン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレ� �スルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポ� �パラフェニレン等のエンジニアリングプラ� �チックや、ポリエチレン、ポリプロピレン� �ポリスチレン等の汎用プラスチック等の炭� �水素系高分子にスルホン酸基、カルボン酸� �、リン酸基、ボロン酸基等のプロトン酸基(� ��ロトン伝導性基)を導入した炭化水素系高分 子電解質を含む炭化水素系高分子電解質膜等 が挙げられる。

 触媒層は、触媒、導電性材料及び高分子電� ��質を含有する触媒インクを用いて形成する� ��とができる。
 触媒としては、通常、触媒成分を導電性粒� ��に担持させたものが用いられる。触媒成分� ��しては、燃料極の燃料の酸化反応又は酸化� ��極の酸化剤の還元反応に対して触媒活性を� ��しているものであれば、特に限定されず、� ��体高分子型燃料電池に一般的に用いられて� ��るものを使用することができる。例えば、� ��金、又はルテニウム、鉄、ニッケル、マン� ��ン、コバルト、銅等の金属と白金との合金� ��を用いることができる。
 触媒担体である導電性粒子としては、カー� ��ンブラック等の炭素粒子や炭素繊維のよう� ��導電性炭素材料、金属粒子や金属繊維等の� ��属材料も用いることができる。導電性材料� ��、触媒層に導電性を付与するための導電性� ��料としての役割も担っている。

 触媒層の形成方法は特に限定されず、例� ��ば、触媒インクをガス拡散層シートの表面� ��塗布、乾燥することによって、ガス拡散層� ��ート表面に触媒層を形成してもよいし、或� ��は、電解質膜表面に触媒インクを塗布、乾� ��することによって、電解質膜表面に触媒層� ��形成してもよい。或いは、転写用基材表面� ��触媒インクを塗布、乾燥することによって� ��転写シートを作製し、該転写シートを、電� ��質膜又はガス拡散シートと熱圧着等により� ��合した後、転写シートの基材フィルムを剥� ��する方法で、電解質膜表面上に触媒層を形� ��するか、ガス拡散層シート表面に触媒層を� ��成してもよい。

 触媒インクは上記のような触媒と電極用� ��解質とを、溶媒に溶解又は分散させて得ら� ��る。触媒インクの溶媒は、適宜選択すれば� ��く、例えば、メタノール、エタノール、プ� ��パノール等のアルコール類、N-メチル-2-ピ� �リドン(NMP)、ジメチルスルホキシド(DMSO)等の 有機溶媒、又はこれら有機溶媒の混合物やこ れら有機溶媒と水との混合物を用いることが できる。触媒インクには、触媒及び電解質以 外にも、必要に応じて結着剤や撥水性樹脂等 のその他の成分を含有させてもよい。

 触媒インクの塗布方法、乾燥方法等は適宜� ��択することができる。例えば、塗布方法と� ��ては、スプレー法、スクリーン印刷法、ド� ��ターブレード法、グラビア印刷法、ダイコ� ��ト法などが挙げられる。また、乾燥方法と� ��ては、例えば、減圧乾燥、加熱乾燥、減圧� ��熱乾燥などが挙げられる。減圧乾燥、加熱� ��燥における具体的な条件に制限はなく、適� ��設定すればよい。
 触媒インクの塗布量は、触媒インクの組成� ��、電極触媒に用いられる触媒金属の触媒性� ��等によって異なるが、単位面積当りの触媒� ��分量が、0.01~2.0mg/cm ² 程度となるようにすればよい。また、触媒層 の膜厚は、特に限定されないが、1~50μm程度� �すればよい。

 触媒層の電解質膜への形成前、形成途中又� ��形成後に、枠形状の保護層を形成すること� ��できる。
 保護層は、厚さが5~100μmの膜であり、材料� �しては、シリコンゴム、EPDM、SBRゴム、フッ� ��ゴム等のゴム類や、ナフィオン(商品名)膜� �に代表されるパーフルオロカーボンスルホ� �酸樹脂のようなフッ素系高分子電解質を含� �フッ素系高分子電解質膜、その他にもPENフ� �ルム、PTFE、PET、ポリイミドフィルム、ポリ� ��ロピレンフィルム等を用いることができる� ��
 図1は、電解質膜、触媒層及び保護層の位置 関係の例を示す断面模式図である。なお、こ の図においては位置関係を明確に示すために 、触媒層22、保護層23は断続して示されてい� �が、同じ模様で示されている層は実際には� �続した層をなしているものである。また、� �の右側と左側に分かれて示されている保護� �23は、実際には触媒層22の外周を取り巻く枠� ��状を有しており、したがってこれらも1つの 連続した層をなしているものである。保護層 23は、高分子電解質膜21の外周縁部が存在す� �領域のみに設けることは技術的に困難であ� �ことから、実際には前記保護層23の内周端部 は触媒層22の外周とも重なって設けられてい� ��。
 図1(a)~(b)は、電解質膜21の片面に触媒層22及� ��保護層23を設けた例を示す図である。触媒� �及び保護層を設ける順序は、(a)電解質膜21の 片面に触媒層22を設けた後、保護層23を形成� �る、(b)電解質膜21の片面に保護層23を設けた� ��、触媒層22を形成する、の2通りがある。ど� ��らの場合も、前記触媒層22と前記保護層23と が重なる部位を設けることになる。
 図1(c)~(e)は、電解質膜21の両面に触媒層22及� ��保護層23を設けた例を示す図である。触媒� �及び保護層を設ける順序は、(c)電解質膜21の 両面に触媒層22を設けた後、両面に保護層23� �形成する、(d)電解質膜21の両面に保護層23を� ��けた後、両面に触媒層22を形成する、(e)電� �質膜21の片面は(a)の順序で、もう一方の面は (b)の順序で触媒層22及び保護層23を形成する� �の3通りがある。
 なお、保護層23は絶縁性を有し、発電には� �与しないという理由から、図1(f)~(h)に示すよ うに、両面が連続した構造を取っていてもよ い。すなわち、(f)電解質膜21の両面に触媒層2 2を設けた後、両面に連続した保護層23を形成 する、(g)電解質膜21の両面に連続した保護層2 3を設けた後、両面に触媒層22を形成する、(h) 電解質膜21の片面に触媒層22を設けた後、両� �に連続した保護層23を形成し、もう一方の面 に触媒層22を設ける、の3通りである。
 また、上述した触媒層の形成方法に記され� ��いる通り、ガス拡散層シート表面に触媒層� ��形成する手法等もあり、それらの手法を用� ��た際には、結果的に電解質膜、触媒層及び� ��護層の位置関係が図1(a)~(h)のいずれかであ� �ばよい。

 ガス拡散層を形成するガス拡散層シート� ��しては、触媒層に効率良くガスを供給する� ��とができるガス拡散性、導電性、及びガス� ��散層を構成する材料として要求される強度� ��有するもの、例えば、カーボンペーパー、� ��ーボンクロス、カーボンフェルト等の炭素� ��多孔質体や、チタン、アルミニウム、銅、� ��ッケル、ニッケル-クロム合金、銅及びその 合金、銀、アルミ合金、亜鉛合金、鉛合金、 チタン、ニオブ、タンタル、鉄、ステンレス 、金、白金等の金属から構成される金属メッ シュ又は金属多孔質体等の導電性多孔質体か らなるものが挙げられる。導電性多孔質体の 厚さは、50~500μm程度であることが好ましい。

 ガス拡散層シートは、上記したような導電� ��多孔質体の単層からなるものであってもよ� ��が、触媒層に面する側に撥水層を設けるこ� ��もできる。撥水層は、通常、炭素粒子や炭� ��繊維等の導電性粉粒体、ポリテトラフルオ� ��エチレン(PTFE)等の撥水性樹脂等を含む多孔� ��構造を有するものである。撥水層は、触媒� ��及び電解質膜内の水分量を適度に保持しつ� ��、ガス拡散層の排水性を高めることができ� ��上に、触媒層とガス拡散層間の電気的接触� ��改善することができるという利点がある。
 撥水層を導電性多孔質体上に形成する方法� ��特に限定されない。例えば、炭素粒子等の� ��電性粉粒体と撥水性樹脂、及び必要に応じ� ��その他の成分を、エタノール、プロパノー� ��、プロピレングリコール等の有機溶剤、水� ��はこれらの混合物等の溶剤と混合した撥水� ��インクを、導電性多孔質体の少なくとも触� ��層に面する側に塗布し、その後、乾燥及び/ 又は焼成すればよい。撥水層の厚さは、通常 、1~50μm程度でよい。撥水層インクを導電性� �孔質体に塗布する方法としては、例えば、� �クリーン印刷法、スプレー法、ドクターブ� �ード法、グラビア印刷法、ダイコート法等� �挙げられる。
 また、導電性多孔質体は、触媒層と面する� ��に、ポリテトラフルオロエチレン等の撥水� ��樹脂をバーコーター等によって含浸塗布す� ��ことによって、触媒層内の水分がガス拡散� ��の外へ効率良く排出されるように加工され� ��いてもよい。
 上記したような方法によって触媒層を形成� ��た電解質膜及びガス拡散層シートは、適宜� ��重ね併せて熱圧着等し、互いに接合するこ� ��で、膜・電極接合体が得られる。

 作製された膜・電極接合体は、さらにセ� ��レータで挟持され、単セルを形成する。セ� ��レータとしては、導電性及びガスシール性� ��有し、集電体及びガスシール体として機能� ��うるもの、例えば、炭素繊維を高濃度に含� ��し、樹脂との複合材からなるカーボンセパ� ��ータや、金属材料を用いた金属セパレータ� ��を用いることができる。金属セパレータと� ��ては、耐腐食性に優れた金属材料からなる� ��のや、表面をカーボンや耐腐食性に優れた� ��属材料等で被覆し、耐腐食性を高めるコー� ��ィングが施されたもの等が挙げられる。

 なお、上述した膜・電極接合体は、さらに� ��対の多孔質層で挟持し、当該挟持物をさら� ��ガス流路を有しない一対の平板セパレータ� ��挟持して、単セルを形成するのが好ましい� ��
 この時、多孔質層としては、発電時にガス� ��散、電子導電及び吸排水の役割を果たすこ� ��から、チタンやニッケルからなる発泡焼結� ��等を用いることができる。これらは剛性が� ��く、高い面圧下でもガス拡散性を維持でき� ��ガス流路を有するセパレータと比較して面� ��均一に荷重をかけられる利点を有する。な� ��、この時用いる多孔質層としては、多孔度� ��60%以上であり、空孔径が10~1000nm、及び厚さ� ��50~500μmである、チタンの発泡焼結体を用い� ��のが好ましい。これは、前記多孔質層が十� ��な多孔度及び空孔径を有しているため、発� ��時に十分な量の燃料ガス及び酸化剤ガスを� ��給することができるからである。なお、前� ��多孔度が70%以上であり、空孔径が20~100nmで� �るのがより好ましく、さらに、前記多孔度� �80%以上であり、空孔径が40~80nmであるのが最� ��好ましい。
 また、平板セパレータとしては、発電時に� ��子導電の役割を果たすことから、SUS、チタ� ��材、カーボン等を用いることができる。特� ��チタン材等は耐食性が高く、燃料電池の性� ��低下を引き起こすイオン溶出が少ない。な� ��、この時用いる平板セパレータとしては、� ��さが50~800μmのチタン薄板を用いるのが好ま� ��い。

 図2は、単セル厚さ調整層が撥水層である場 合における、片面の電極のみ積層した本発明 に係る膜・電極接合体の典型例の断面模式図 である。具体的には、図1(a)に示した状態か� �、さらに、撥水層24を触媒層22側に設けたガ� ��拡散層25を、前記触媒層22側が面する側に積 層した様子を示した図である。なお、膜・電 極接合体の右側半分は省略して描いているた め、図2において右端は膜・電極接合体の中� �部、左端は膜・電極接合体の面方向外側と� �る。
 図2に示すように、対峙しあう高分子電解質 膜21の外周縁部とガス拡散層25の外周縁部の� �に介在する第一の部位23a、及び、触媒層22の 外周と重なる第二の部位23bを有する枠形状の 保護層が設けられている。
 また、保護層23が存在しない中央部におい� �前記触媒層22と前記ガス拡散層25との間に介� ��する撥水層24が設けられ、且つ、前記保護� �の第二の部位23bが存在する領域における膜� �電極接合体の厚さ26bが、当該保護層23が存在 しない中央部における膜・電極接合体の厚さ 26c以下になるように、前記保護層の第二の部 位が存在する領域における撥水層24の厚さ24b� ��、前記中央部における撥水層の厚さ24cより� ��薄く形成されている。なお、厚さ24bが0であ る場合、すなわち、前記保護層の第二の部位 が存在する領域における撥水層24が存在しな� ��場合があってもよい。この場合、前記保護� ��の第二の部位23bが存在する領域だけでなく� ��第一の部位23aが存在する領域においても撥� ��層24は存在しない。
 このような構成をとることにより、もう片� ��の面に同様に電極を設け、さらにセパレー� ��を有した単セル完成時において、単セルを� ��タックした際に、電解質膜にかかる力学的� ��荷を抑えることができ、且つ、単セルの中� ��部に十分な単位面積当たりの荷重がかかり� ��設計通りの十分な発電を行うことができる� ��
 なお、保護層の第二の部位23bが存在する領� ��においては、前記触媒層22と前記ガス拡散� �25とはもともと前記保護層の第二の部位23bで 分離されていることから、供給されるガスが 前記触媒層22まで届くことはなく、それゆえ� ��極反応の生成物である水が発生することは� ��い。したがって、上述した様に前記領域に� ��いて撥水層の厚さを調節しても、完成した� ��セル全体における撥水性に関して悪影響を� ��ぼすことはない。

 図3は、単セル厚さ調整層が撥水層である場 合における、片面の電極のみ積層した本発明 に係る膜・電極接合体の第2の典型例の断面� �式図である。高分子電解質膜21、触媒層22、� ��護層23及びガス拡散層25の構成は図2に示す� �・電極接合体と同様である。
 図3に示すように、前記撥水層は、前記保護 層の第一の部位23a及び第二の部位23bが存在す る領域における膜・電極接合体の厚さ26a及び 26bが、当該保護層が存在しない中央部におけ る膜・電極接合体の厚さ26c以下になるように 、前記保護層の第一の部位23a及び第二の部位 23bが存在する領域における厚さ24a及び24bが、 それぞれ前記中央部における撥水層の厚さ24c よりも薄いことが好ましい。
 なお、触媒層22の厚さが保護層23の厚さより も厚いか又は厚さが略等しい時は、前記厚さ 24aと前記厚さ24cは略等しくても構わない。そ れは、触媒層22の厚さが保護層23の厚さより� �厚いか又は厚さが略等しい時は、前記厚さ26 aは自然と前記厚さ26c以下になり、したがっ� �本発明の効果が得られるからである。また� �前記厚さ24aと前記厚さ24b、及び前記厚さ26a� �前記厚さ26bとは、それぞれ互いに独立した� �である。
 さらに、厚さ24aが0である場合、すなわち、 前記保護層の第一の部位が存在する領域にお ける撥水層24が存在しない場合があってもよ� ��。
 なお、保護層の第一の部位23aが存在する領� ��においては、触媒層が存在しないため電極� ��応に関与しないことから、生成物である水� ��発生することはない。それ故前記領域にお� ��て、特に単セルの中央部よりも撥水層を厚� ��設ける必要はないことから、上述のように� ��水層の厚さを調節しても、完成した単セル� ��体における撥水性に関して悪影響を及ぼす� ��とはない。

 図4は、単セル厚さ調整層が撥水層である場 合における、片面の電極のみ積層した、本発 明に係る膜・電極接合体の第3の典型例の断� �模式図である。高分子電解質膜21、触媒層22� ��保護層23及びガス拡散層25の構成は図2に示� �膜・電極接合体と同様である。
 図4に示すように、撥水層24は、前記保護層� ��第一の部位23a及び第二の部位23bが存在する� ��域において、存在しないことがより好まし� ��。このような構成をとることによって、前� ��保護層の第一の部位23a及び第二の部位23bが� ��在する領域における膜・電極接合体の厚さ2 6a及び26bが、当該保護層が存在しない中央部� ��おける膜・電極接合体の厚さ26c以下にする� ��とができる。
 なお上述したように、保護層の第一の部位2 3a及び第二の部位23bが存在する領域において� ��、撥水層を設ける必要はないことから、前� ��領域において撥水層を除去しても、完成し� ��単セル全体における撥水性に関して悪影響� ��及ぼすことはない。

 図5は、単セル厚さ調整層が多孔質層である 場合における、電解質膜の片面のみに電極及 び多孔質層を積層した典型例を示す断面模式 図である。具体的には、図1(a)に示した状態� �ら、さらに、ガス拡散層25及び多孔質層27を� ��に、触媒層22側が面する側に積層した様子� �示した図である。なお、積層体の右側半分� �省略して描いているため、図5において右端� ��積層体の中央部、左端は積層体の面方向外� ��となる。また、図5においては、撥水層はガ ス拡散層の一部であるか、又は撥水層が設け られていないかのいずれかであるとし、特に 撥水層を図示しない。
 図5に示すように、対峙しあう高分子電解質 膜21の外周縁部とガス拡散層25の外周縁部の� �に介在する第一の部位23a、及び、触媒層22の 外周と重なる第二の部位23bを有する枠形状の 保護層が設けられている。
 また、前記多孔質層27は、前記保護層の第� �の部位23bが存在する領域における積層体の� �さ28bが、当該保護層23が存在しない中央部に おける積層体の厚さ28c以下になるように、前 記保護層の第二の部位23bが存在する領域にお いて、前記中央部における前記多孔質層の厚 さ28cよりも薄く形成されている。すなわち、 28b≦28cとなるように、27b<27cに設定されて� �る。
 このような構成をとることにより、もう片� ��の面に同様に電極を設け、さらにセパレー� ��を有した単セル完成時において、単セルを� ��タックした際に、電解質膜にかかる力学的� ��荷を抑えることができ、且つ、単セルの中� ��部に十分な単位面積当たりの荷重がかかり� ��設計通りの十分な発電を行うことができる� ��
 なお、保護層の第二の部位23bが存在する領� ��においては、前記触媒層22と前記ガス拡散� �25とはもともと前記保護層の第二の部位23bで 分離されていることから、供給されるガスが 前記触媒層22まで届くことはなく、それ故、� ��護層の第二の部位23bが存在する領域におい� ��は、特に単セルの中央部よりも多孔質層を� ��く設ける必要はない。したがって、上述し� ��ように多孔質層の厚さを調節しても、完成� ��た単セル全体におけるガス供給性に関して� ��影響を及ぼすことはない。

 図6は、単セル厚さ調整層が多孔質層である 場合における、電解質膜の片面のみに電極及 び多孔質層を積層した第2の典型例を示す断� �模式図である。高分子電解質膜21、触媒層22� ��保護層23及びガス拡散層25の構成は図5に示� �積層体と同様である。また、図6においても� ��上記図5と同様の理由から、特に撥水層を図 示しない。
 図6に示すように、前記保護層の第一の部位 23a及び第二の部位23bが存在する領域における 積層体の厚さ28a及び28bが、それぞれ当該保護 層が存在しない中央部における積層体の厚さ 28c以下になるように、前記保護層の第一の部 位23a及び第二の部位23bが存在する領域におけ る多孔質層の厚さ27a及び27bが、それぞれ前記 中央部における多孔質層の厚さ27cよりも薄い ことが好ましい。すなわち、28a≦28c且つ28b≦ 28cとなるように、27a<27c且つ27b<27cに設定� ��れているのが好ましい。
 なお、触媒層22の厚さが保護層23の厚さより も厚いか又は厚さが略等しい時は、前記厚さ 27aと前記厚さ27cは略等しくても構わない。そ れは、触媒層22の厚さが保護層23の厚さより� �厚いか又は厚さが略等しい時は、前記厚さ28 aは自然と前記厚さ28c以下になり、したがっ� �本発明の効果が得られるからである。また� �前記厚さ27aと前記厚さ27b、及び前記厚さ28a� �前記厚さ28bとは、それぞれ互いに独立した� �である。
 なお、保護層の第一の部位が存在する領域� ��おいては、触媒層が存在しないため電極反� ��に関与しない。それ故前記領域において、� ��に単セルの中央部よりも多孔質層を厚く設� ��る必要はないことから、上述したように多� ��質層の厚さを調節しても、完成した単セル� ��体におけるガス供給性に関して悪影響を及� ��すことはない。

 図2、図3及び図4に示した撥水層の厚さの調� ��、及び図5及び図6に示した多孔質層の厚さ� �調節は、図1に示した全ての例において応用� ��ることができる。
 図7及び図8は、図2に示した撥水層の厚さの� ��節を、図1に示した例について応用した膜・ 電極接合体を示す断面模式図である。なお、 これらの図においては図1同様、同じ模様で� �されている層は実際には連続した層をなし� �いるものである。
 図7(a)~(b)は、電解質膜21の片面に電極を設け た例を示す断面模式図である。図7(a)は図1(a)� ��、図7(b)は図1(b)に、それぞれ図2に示した厚� ��の調節を行った撥水層24と、ガス拡散層25と を設けたものであり、図7(a)と図2は、同一の� ��について示したものである。図7(c)~(e)及び� �8(a)~(c)は、電解質膜21の両面に電極を設けた� ��を示す断面模式図である。図7(c)は図1(c)に� �図7(d)は図1(d)に、図7(e)は図1(e)に、図8(a)は図 1(f)に、図8(b)は図1(g)に、図8(c)は図1(h)に、そ� ��ぞれ図2に示した厚さの調節を行った撥水層 24と、ガス拡散層25とを設けたものである。
 図7(a)~(e)及び図8(a)~(c)のいずれの場合も、前 記保護層の第二の部位23bが存在する領域にお ける膜・電極接合体の厚さ26bが、当該保護層 23が存在しない中央部における膜・電極接合� ��の厚さ26c以下になっていることから、これ� ��の膜・電極接合体を用いた単セルは、前記� ��護層23の第二の部位23bが存在する領域にお� �る単セルの厚さが、当該保護層23が存在しな い中央部における当該単セルの厚さ以下にな るという構成をとることができる。したがっ て、単セルをスタックした際に、電解質膜に かかる力学的負荷を抑えることができ、且つ 、単セルの中央部に十分な単位面積当たりの 荷重がかかり、設計通りの十分な発電を行う ことができる。
 なお、図7(a)~(b)の場合は、電解質膜21のもう 一方の面に保護層を有しない電極を設けるこ ともできる。その場合は、もう一方の面の撥 水層の厚さを調節する必要なく、保護層を有 する面における撥水層の厚さのみを上述の様 に調節するだけで、本発明の効果が得られる 。

 図9及び図10は、図3に示した撥水層の厚さの 調節を、図1に示した例について応用した膜� �電極接合体を示す断面模式図である。なお� �これらの図においては図1同様、同じ模様で� ��されている層は実際には連続した層をなし� ��いるものである。
 図9(a)~(b)は、電解質膜21の片面に電極を設け た例を示す断面模式図である。図9(a)は図1(a)� ��、図9(b)は図1(b)に、それぞれ図3に示した厚� ��の調節を行った撥水層24と、ガス拡散層25と を設けたものであり、図9(a)と図3は、同一の� ��について示したものである。図9(c)~(e)及び� �10(a)~(c)は、電解質膜21の両面に電極を設けた 例を示す断面模式図である。図9(c)は図1(c)に� ��図9(d)は図1(d)に、図9(e)は図1(e)に、図10(a)は� ��1(f)に、図10(b)は図1(g)に、図10(c)は図1(h)に、 それぞれ図3に示した厚さの調節を行った撥� �層24と、ガス拡散層25とを設けたものである� ��
 図9(a)~(e)及び図10(a)~(c)のいずれの場合も、� �記保護層の第一の部位23a及び第二の部位23b� �存在する領域における膜・電極接合体の厚� �26a及び26bが、当該保護層が存在しない中央� �における膜・電極接合体の厚さ26c以下にな� �ていることから、これらの膜・電極接合体� �用いた単セルは、前記保護層23の第一の部位 23a及び第二の部位23bが存在する領域における 単セルの厚さが、当該保護層23が存在しない� ��央部における当該単セルの厚さ以下になる� ��いう構成をとることができる。したがって� ��単セルをスタックした際に、電解質膜にか� ��る力学的負荷を抑えることができ、且つ、� ��セルの中央部に十分な単位面積当たりの荷� ��がかかり、設計通りの十分な発電を行うこ� ��ができる。
 なお、図9(a)~(b)の場合は、電解質膜21のもう 一方の面に保護層を有しない電極を設けるこ ともできる。その場合は、もう一方の面の撥 水層の厚さを調節する必要なく、保護層を有 する面における撥水層の厚さのみを上述の様 に調節するだけで、本発明の効果が得られる 。

 図11及び図12は、図4に示した撥水層の厚さ� �調節を、図1に示した例について応用した膜� ��電極接合体を示す断面模式図である。なお� ��これらの図においては図1同様、同じ模様で 示されている層は実際には連続した層をなし ているものである。
 図11(a)~(b)は、電解質膜21の片面に電極を設� �た例を示す断面模式図である。図11(a)は図1(a )に、図11(b)は図1(b)に、それぞれ図4に示した� ��さの調節を行った撥水層24と、ガス拡散層25 とを設けたものであり、図11(a)と図4は、同一 の例について示したものである。図11(c)~(e)及 び図12(a)~(c)は、電解質膜21の両面に電極を設� ��た例を示す断面模式図である。図11(c)は図1( c)に、図11(d)は図1(d)に、図11(e)は図1(e)に、図1 2(a)は図1(f)に、図12(b)は図1(g)に、図12(c)は図1( h)に、それぞれ図4に示した厚さの調節を行っ た撥水層24と、ガス拡散層25とを設けたもの� �ある。
 図11(a)~(e)及び図12(a)~(c)のいずれの場合も、� ��記保護層の第一の部位23a及び第二の部位23b� ��存在する領域における膜・電極接合体の厚� ��26a及び26bが、当該保護層が存在しない中央� ��における膜・電極接合体の厚さ26c以下にな� ��ていることから、これらの膜・電極接合体� ��用いた単セルは、前記保護層23の第一の部� �23a及び第二の部位23bが存在する領域におけ� �単セルの厚さが、当該保護層23が存在しない 中央部における当該単セルの厚さ以下になる という構成をとることができる。したがって 、単セルをスタックした際に、電解質膜にか かる力学的負荷を抑えることができ、且つ、 単セルの中央部に十分な単位面積当たりの荷 重がかかり、設計通りの十分な発電を行うこ とができる。
 なお、図11(a)~(b)の場合は、電解質膜21のも� �一方の面に保護層を有しない電極を設ける� �ともできる。その場合は、もう一方の面の� �水層の厚さを調節する必要なく、保護層を� �する面における撥水層の厚さのみを上述の� �に調節するだけで、本発明の効果が得られ� �。

 図13及び図14は、図5に示した多孔質層の厚� �の調節を、図1に示した例について応用した� ��層体を示す断面模式図である。なお、これ� ��の図においては図1同様、同じ模様で示され ている層は実際には連続した層をなしている ものである。
 図13(a)~(b)は、電解質膜21の片面に電極及び� �孔質層を設けた例を示す断面模式図である� �図13(a)は図1(a)に、図13(b)は図1(b)に、それぞ� �図5に示した厚さの調節を行ったガス拡散層2 5と、多孔質層27とを設けたものであり、図13( a)と図5は、同一の例について示したものであ る。図13(c)~(e)及び図14(a)~(c)は、電解質膜21の� ��面に電極及び多孔質層を設けた例を示す断� ��模式図である。図13(c)は図1(c)に、図13(d)は� �1(d)に、図13(e)は図1(e)に、図14(a)は図1(f)に、� ��14(b)は図1(g)に、図14(c)は図1(h)に、それぞれ� ��5に示した厚さの調節を行ったガス拡散層25� ��、多孔質層27とを設けたものである。
 図13(a)~(e)及び図14(a)~(c)のいずれの場合も、� ��記保護層の第二の部位23bが存在する領域に� ��ける積層体の厚さ28bが、当該保護層23が存� �しない中央部における積層体の厚さ28c以下� �なっていることから、これらの積層体を用� �た単セルは、前記保護層23の第二の部位23bが 存在する領域における単セルの厚さが、当該 保護層23が存在しない中央部における当該単� ��ルの厚さ以下になるという構成をとること� ��できる。したがって、単セルをスタックし� ��際に、電解質膜にかかる力学的負荷を抑え� ��ことができ、且つ、単セルの中央部に十分� ��単位面積当たりの荷重がかかり、設計通り� ��十分な発電を行うことができる。
 なお、図13(a)~(b)の場合は、電解質膜21のも� �一方の面に保護層を有しない電極を設ける� �ともできる。その場合は、もう一方の面の� �孔質層の厚さを調節する必要なく、保護層� �有する面における多孔質層の厚さのみを上� �の様に調節するだけで、本発明の効果が得� �れる。

 図15及び図16は、図6に示した多孔質層の厚� �の調節を、図1に示した例について応用した� ��層体を示す断面模式図である。なお、これ� ��の図においては図1同様、同じ模様で示され ている層は実際には連続した層をなしている ものである。
 図15(a)~(b)は、電解質膜21の片面に電極及び� �孔質層を設けた例を示す断面模式図である� �図15(a)は図1(a)に、図15(b)は図1(b)に、それぞ� �図6に示した厚さの調節を行ったガス拡散層2 5と、多孔質層27とを設けたものであり、図15( a)と図6は、同一の例について示したものであ る。図15(c)~(e)及び図16(a)~(c)は、電解質膜21の� ��面に電極及び多孔質層を設けた例を示す断� ��模式図である。図15(c)は図1(c)に、図15(d)は� �1(d)に、図15(e)は図1(e)に、図16(a)は図1(f)に、� ��16(b)は図1(g)に、図16(c)は図1(h)に、それぞれ� ��6に示した厚さの調節を行ったガス拡散層25� ��、多孔質層26とを設けたものである。
 図15(a)~(e)及び図16(a)~(c)のいずれの場合も、� ��記保護層の第一の部位23a及び第二の部位23b� ��存在する領域における積層体の厚さ28a及び2 8bが、それぞれ当該保護層が存在しない中央� ��における積層体の厚さ28c以下になっている� ��とから、これらの積層体を用いた単セルは� ��前記保護層23の第一の部位23a及び第二の部� �23bが存在する領域における単セルの厚さが� �それぞれ当該保護層23が存在しない中央部に おける当該単セルの厚さ以下になるという構 成をとることができる。したがって、単セル をスタックした際に、電解質膜にかかる力学 的負荷を抑えることができ、且つ、単セルの 中央部に十分な単位面積当たりの荷重がかか り、設計通りの十分な発電を行うことができ る。
 なお、図15(a)~(b)の場合は、電解質膜21のも� �一方の面に保護層を有しない電極を設ける� �ともできる。その場合は、もう一方の面の� �孔質層の厚さを調節する必要なく、保護層� �有する面における多孔質層の厚さのみを上� �の様に調節するだけで、本発明の効果が得� �れる。

 片面のみに保護層を有し、当該面の単セ� ��厚さ調整層の厚さを調節したものより、図7 (c)~(e)、図8(a)~(c)、図9(c)~(e)、図10(a)~(c)、図11(c )~(e)、図12(a)~(c)、図13(c)~(e)、図14(a)~(c)、図15(c )~(e)、図16(a)~(c)に示すように、両面の電極が� ��に保護層及び単セル厚さ調整層(この場合は 、撥水層又は多孔質層)を有し、前記単セル� �さ調整層は、前記保護層の第二の部位が存� �する領域における、膜・電極接合体の厚さ� �は膜・電極接合体と多孔質層を有する積層� �の厚さが、当該保護層が存在しない中央部� �おける当該膜・電極接合体の厚さ又は当該� �層体の厚さ以下になるように、前記保護層� �第二の部位が存在する領域において前記中� �部における単セル厚さ調整層の厚さよりも� �いか又は存在しないことが好ましい。これ� �、アノード電極側及びカソード電極側のい� �れにおいても、完成した単セルにおいて電� �質膜にかかる力学的負荷を抑えることがで� �、且つ、当該単セルの中央部に十分な単位� �積当たりの荷重をかけることができること� �よって本発明の効果が得られるからである� �

 前記単セル厚さ調整層が、前記撥水層で� ��る場合において、前記保護層の第一及び第� ��の部位が存在する領域における前記撥水層� ��厚さが、前記保護層の厚さ以下であること� ��好ましい。これは、前記保護層の第一及び� ��二の部位が存在する領域における適切な前� ��撥水層の厚さを選択することにより、電解� ��膜にかかる力学的負荷を抑えることができ� ��且つ、単セルの中央部に十分な単位面積当� ��りの荷重をかけることができるからである� ��

 前記単セル厚さ調整層が、前記撥水層で� ��る場合において、前記保護層の第一及び第� ��の部位が存在する領域において前記撥水層� ��存在しないことが好ましい。これは、前記� ��ノード触媒層又は前記カソード触媒層の外� ��部において本来不要な撥水層を設けないこ� ��により、電解質膜にかかる力学的負荷を抑� ��ることができ、且つ、単セルの中央部に十� ��な単位面積当たりの荷重をかけることがで� ��るからである。

 前記保護層の第一及び第二の部位が存在す� ��領域における前記多孔質層の厚さが、200~600 μmであることが好ましい。
 特に、前記保護層の厚さを考慮すると、前� ��保護層の第二の部位が存在する領域におい� ��は、前記多孔質層の厚さが、200~500μmである のがより好ましい。これは、前記多孔質層の 厚さが、500μmを超えると、前記保護層の第二 の部位が存在する領域における単セルの厚さ が、単セル中央部の厚さを超えるからであり 、また、前記多孔質層の厚さが、200μm未満で あると、単セル内部の膜・電極接合体にかか る圧力を一定にするのに十分な弾性を有する 多孔質層の厚さを保持することができないか らである。さらに、前記保護層の第二の部位 が存在する領域において前記多孔質層の厚さ が、200~400μmであるのが最も好ましい。
 また特に、前記保護層の厚さを考慮すると� ��前記保護層の第一の部位が存在する領域に� ��いては、前記多孔質層の厚さが、200~500μmで あるのがより好ましい。これは、前記多孔質 層の厚さが、500μmを超えると、前記保護層の 第一の部位が存在する領域における単セルの 厚さが、単セル中央部の厚さを超えるからで あり、また、前記多孔質層の厚さが、200μm未 満であると、単セル内部の膜・電極接合体に かかる圧力を一定にするのに十分な弾性を有 する多孔質層の厚さを保持することができな いからである。さらに、前記保護層の第一の 部位が存在する領域において前記多孔質層の 厚さが、200~500μmであるのが最も好ましい。
 なお、前記保護層が存在しない中央部にお� ��る前記多孔質層の厚さは、300~600μmであるこ とが好ましい。これは、単セル内部の膜・電 極接合体にかかる圧力を一定にするのに十分 な弾性を有する厚さであるからである。

 図17は本発明の単セルの典型例を示した図� �ある。なお図17においては、単セルの部位に よる厚みの違いを強調するため、平板セパレ ータのたわみを誇張して描いている。
 本典型例の単セルは、図11(c)に示した膜・� �極接合体を一対の多孔質層27で挟持し、当該 挟持物をさらにガス流路を有しない一対の平 板セパレータ29で挟持して形成したものであ� ��。前記多孔質層27及び前記平板セパレータ29 の厚さは単セルの部位に依らずそれぞれ略均 一であることから、前記平板セパレータ29は� ��持の際に、膜・電極接合体の部位による厚� ��の違いによってたわむことになる。このと� ��、前記保護層の第一の部位23a及び第二の部� ��23bが存在する領域において前記撥水層24が� �在しない膜・電極接合体を採用しているこ� �により、前記保護層の第一の部位23a及び第� �の部位23bが存在する領域における単セルの� �さ30a及び30bが、それぞれ当該保護層が存在� �ない中央部における当該単セルの厚さ30c以� �である構成をとることができる。したがっ� �、単セルをスタックした際に、電解質膜に� �かる力学的負荷を抑えることができ、且つ� �単セルの中央部に十分な単位面積当たりの� �重がかかり、設計通りの十分な発電を行う� �とができる。

 図18は本発明の単セルの第2の典型例を示し� ��図である。なお図18においても図17同様に、 単セルの部位による厚みの違いを誇張して描 いている。
 本第2の典型例の単セルは、図8(a)に示した� �・電極接合体を一対の多孔質層27で挟持し、 当該挟持物をさらにガス流路を有しない一対 の平板セパレータ29で挟持して形成したもの� ��ある。この場合、前記撥水層24の厚さが、� �記保護層の第二の部位23bが存在する領域に� �いて前記中央部における前記撥水層24の厚さ よりも薄い膜・電極接合体を採用しているこ とにより、前記保護層の第二の部位23bが存在 する領域における単セルの厚さ30bが、当該保 護層が存在しない中央部における当該単セル の厚さ30c以下である構成をとることができる 。したがって、単セルをスタックした際に、 電解質膜にかかる力学的負荷を抑えることが でき、且つ、単セルの中央部に十分な単位面 積当たりの荷重がかかり、設計通りの十分な 発電を行うことができる。

 図19は本発明の単セルの第3の典型例を示し� ��図である。なお図19においても図17同様に、 単セルの部位による厚みの違いを強調するた め、平板セパレータのたわみを誇張して描い ている。
 本第3の典型例の単セルは、図13(c)に示した� ��層体を、ガス流路を有しない一対の平板セ� ��レータ29で挟持して形成したものである。� �お、単セルの外縁部における多孔質層27は、 削ることによって当該多孔質層27の厚さを薄� ��した。平板セパレータ29の厚さは単セルの� �位に依らずそれぞれ略均一であり、前記平� �セパレータ29は挟持の際に、積層体の部位に よる厚みの違いによってたわむ。この際、前 記多孔質層27の厚さが、前記保護層の第二の� ��位23bが存在する領域において前記中央部に� ��ける前記多孔質層27の厚さよりも薄い積層� �を採用していることにより、前記保護層の� �二の部位23bが存在する領域における単セル� �厚さ30bが、当該保護層が存在しない中央部� �おける当該単セルの厚さ30c以下である構成� �とることができる。したがって、単セルを� �タックした際に、電解質膜にかかる力学的� �荷を抑えることができ、且つ、単セルの中� �部に十分な単位面積当たりの荷重がかかり� �設計通りの十分な発電を行うことができる� �

 図20は本発明の単セルの第4の典型例を示し� ��図である。なお図20においても図17同様に、 平板セパレータのたわみを強調して描いてい る。
 本第4の典型例の単セルは、図16(a)に示した� ��層体を、ガス流路を有しない一対の平板セ� ��レータ29で挟持して形成したものである。� �お、単セルの外縁部における多孔質層27は、 潰すことによって当該多孔質層27の厚さを薄� ��した。前記平板セパレータ29の厚さは単セ� �の部位に依らずそれぞれ略均一であり、前� �平板セパレータ29は挟持の際に、膜・電極接 合体の部位による厚みの違いによってたわむ 。この際、前記多孔質層27の厚さが、前記保� ��層の第一の部位23a及び第二の部位23bが存在� ��る領域において前記中央部における前記多� ��質層27の厚さよりもそれぞれ薄い積層体を� �用していることにより、前記保護層の第一� �部位23a及び第二の部位23bが存在する領域に� �ける単セルの厚さ30a及び30bが、それぞれ当� �保護層が存在しない中央部における当該単� �ルの厚さ30c以下である構成をとることがで� �る。したがって、単セルをスタックした際� �、電解質膜にかかる力学的負荷を抑えるこ� �ができ、且つ、単セルの中央部に十分な単� �面積当たりの荷重がかかり、設計通りの十� �な発電を行うことができる。

 本発明によれば、保護層を設けることに� ��って生じていた、保護層の第二の部位が存� ��する領域における単セルの厚さを、当該保� ��層が存在しない中央部における単セルの厚� ��以下にするために、第二の部位が存在する� ��域における単セル厚さ調整層の厚さを、中� ��部における単セル厚さ調整層の厚さよりも� ��くするか又は設置しないことによって、単� ��ルをスタックした際に、電解質膜にかかる� ��学的負荷を抑えることができ、且つ、単セ� ��の中央部に十分な単位面積当たりの荷重が� ��かり、設計通りの十分な発電を行うことが� ��きる。

 本発明の燃料電池の単セルの製造方法は� ��上記本発明の燃料電池の単セルの製造方法� ��あって、アノード側及びカソード側のうち� ��なくとも一方に設けられる多孔質層の、前� ��保護層の第一及び第二の部位が存在する領� ��を削るか、又は潰すかすることによって、� ��記多孔質層の厚さを位置選択的に薄くする� ��程を有することを特徴とする。

 多孔質層以外の単セルの構成要素である� ��固体高分子電解質膜、触媒層、保護層、ガ� ��拡散層、撥水層及び平板セパレータに用い� ��れる材料及び形成方法は上述した通りであ� ��。また、前記多孔質層に用いられる材料に� ��しても上述の通りである。

 前記多孔質層を位置選択的に削る方法とし� ��は、一般的なカッター等による切削により� ��工するという方法が挙げられる。
 前記多孔質層を位置選択的に潰す方法とし� ��は、所定の荷重をかけたプレスにより加工� ��るという方法が挙げられる。

 このような構成の燃料電池の単セルの製� ��方法を用いることによって、本発明に係る� ��料電池の単セルを得ることができる。また� ��保護層の第一及び第二の部位が存在する領� ��における多孔質層を削るか、又は潰すとい� ��簡便な手法により、保護層の第一及び第二� ��部位が存在する領域における多孔質層の厚� ��を薄くすることができる。