(57)【要約】【課題】簡単且つ経済的な構成で、段差ＭＥＡと樹脂製枠部材とを容易且つ正確に組み付けることを可能にする。【解決手段】樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、固体高分子電解質膜１８を挟持するカソード電極２０及びアノード電極２２を有する電解質膜・電極構造体１０ａと、前記電解質膜・電極構造体１０ａを周回して接合される樹脂製枠部材２４とを備える。アノード電極２２の第２ガス拡散層２２ｂの外周端面２２ｂｅと内周突部２４ａの内側端面２４ａｅとの第１間隔は、カソード電極２０の第１ガス拡散層２０ｂの外周端面２０ｂｅと内側壁面２４ｂとの第２間隔とは異なる寸法に設定される。【選択図】図２
2014011125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の一方の面に、第１触媒層及び第１ガス拡散層を有する第１電極が配設され、且つ前記固体高分子電解質膜の他方の面に、第２触媒層及び第２ガス拡散層を有する第２電極が配設されるとともに、前記第１ガス拡散層の平面寸法は、前記第２ガス拡散層の平面寸法よりも大きな寸法に設定される電解質膜・電極構造体と、
前記固体高分子電解質膜の外周を周回する枠形状を有しており、段部を介し外周部よりも薄肉状に形成されて前記第２ガス拡散層側に突出する内周突部、及び前記段部を構成し前記第１ガス拡散層の外周端面に対向する内側壁面が設けられる樹脂製枠部材と、
を備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体であって、
前記第２ガス拡散層の外周端面と前記内周突部の内側端面との隙間である第１間隔は、前記第１ガス拡散層の外周端面と前記内側壁面との隙間である第２間隔とは異なる寸法に設定されることを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体において、前記第１間隔は、前記第２間隔よりも大きな寸法に設定されることを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体において、前記段部の厚さは、前記固体高分子電解質膜の厚さ及び前記第１電極の厚さの合計厚さと同一寸法に設定されることを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、段差ＭＥＡと樹脂製枠部材とを備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ触媒層（電極触媒層）とガス拡散層（多孔質カーボン）とからなるアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、所定の数だけ積層して燃料電池スタックを構成するとともに、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の電解質膜・電極構造体では、一方のガス拡散層が固体高分子電解質膜よりも小さな表面積に設定されるとともに、他方のガス拡散層が前記固体高分子電解質膜と同一の表面積に設定される、所謂、段差ＭＥＡを構成する場合がある。その際、比較的高価な固体高分子電解質膜の使用量を削減させるとともに、薄膜状で強度が低い前記固体高分子電解質膜を保護するために、樹脂製枠部材を組み込んだ枠付きＭＥＡが採用されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されている電解質膜−電極接合体が知られている。この電解質膜−電極接合体では、図７に示すように、膜１の一方の側には、アノード触媒層２ａとアノード拡散層２ｂとが配置されるとともに、前記膜１の他方の側には、カソード触媒層３ａとカソード拡散層３ｂとが配置されて段差ＭＥＡ４が構成されている。
【０００５】
アノード拡散層２ｂは、カソード拡散層３ｂよりも大きな面積に設定されており、前記カソード拡散層３ｂ側の膜１の外周部とガスケット構造体５とは、接着層６を介して接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−６６７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記の特許文献１では、ガスケット構造体５は、段部内面５ａを介して薄肉部５ｂが設けられている。そして、段部内面５ａには、アノード拡散層２ｂの外周面が対向配置されるとともに、薄肉部５ｂの内側端面５ｂｂには、カソード拡散層３ｂの外周面が対向配置されている。
【０００８】
従って、段差ＭＥＡ４とガスケット構造体５とを互いに配置する際、段部内面５ａにアノード拡散層２ｂの外周面を挿入する一方、薄肉部５ｂの内側端面５ｂｂにカソード拡散層３ｂの外周面を挿入する必要がある。しかしながら、上記両者の挿入作業を正確且つ迅速に行うことは困難である。例えば、カソード拡散層３ｂの外周面が、ガスケット構造体５の薄肉部５ｂに乗り上げた状態で、接合されてしまうおそれがある。
【０００９】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、段差ＭＥＡと樹脂製枠部材とを容易且つ正確に組み付けることが可能な燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、固体高分子電解質膜の一方の面に、第１触媒層及び第１ガス拡散層を有する第１電極が配設され、且つ前記固体高分子電解質膜の他方の面に、第２触媒層及び第２ガス拡散層を有する第２電極が配設されるとともに、前記第１ガス拡散層の平面寸法は、前記第２ガス拡散層の平面寸法よりも大きな寸法に設定される電解質膜・電極構造体と、前記固体高分子電解質膜の外周を周回する枠形状を有しており、段部を介し外周部よりも薄肉状に形成されて前記第２ガス拡散層側に突出する内周突部、及び前記段部を構成し前記第１ガス拡散層の外周端面に対向する内側壁面が設けられる樹脂製枠部材と、を備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体に関するものである。
【００１１】
この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、第２ガス拡散層の外周端面と内周突部の内側端面との隙間である第１間隔は、第１ガス拡散層の外周端面と内側壁面との隙間である第２間隔とは異なる寸法に設定されている。
【００１２】
また、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、第１間隔は、第２間隔よりも大きな寸法に設定されることが好ましい。
【００１３】
さらに、燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、段部の厚さは、固体高分子電解質膜の厚さ及び第１電極の厚さの合計厚さと同一寸法に設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第２ガス拡散層の外周端面と内周突部の内側端面との隙間を基準にして位置決め、又は、第１ガス拡散層の外周端面と内側壁面との隙間を基準にして位置決めすることにより、電解質膜・電極構造体（段差ＭＥＡ）と樹脂製枠部材との取り付け作業を行うことができる。すなわち、隙間の小さな一方の位置決めを行うだけで、隙間の大きな他方は、前記一方の位置決めに追随して位置決めすることが可能になる。
【００１５】
これにより、それぞれの隙間である第１間隔と第２間隔とを異なる寸法に設定するだけでよく、簡単且つ経済的な構成で、電解質膜・電極構造体（段差ＭＥＡ）と樹脂製枠部材とを容易且つ正確に組み付けることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体が組み込まれる固体高分子型燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。
【図３】前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体のアノード電極側の正面説明図である。
【図４】前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体のカソード電極側の正面説明図である。
【図５】前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。
【図６】前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。
【図７】特許文献１に開示された電解質膜−電極接合体の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、固体高分子型燃料電池１２に組み込まれる。燃料電池１２は、矢印Ａ方向（例えば、水平方向）に複数積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックが構成される。
【００１８】
燃料電池１２は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６で挟持する。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成されている。
【００１９】
図２に示すように、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、電解質膜・電極構造体１０ａを備える。電解質膜・電極構造体１０ａは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜１８と、前記固体高分子電解質膜１８を挟持するカソード電極（第１電極）２０及びアノード電極（第２電極）２２とを有する。固体高分子電解質膜１８は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用される。
【００２０】
アノード電極２２は、固体高分子電解質膜１８及びカソード電極２０よりも小さな平面寸法（表面積）を有する。なお、カソード電極２０は、アノード電極２２よりも小さな平面寸法（表面積）を有していてもよい。
【００２１】
カソード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の一方の面１８ａに配置されるとともに、アノード電極２２は、前記固体高分子電解質膜１８の他方の面１８ｂに配置される。
【００２２】
カソード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の面１８ａに接合される第１電極触媒層（第１触媒層）２０ａと、前記第１電極触媒層２０ａに積層される第１ガス拡散層２０ｂとを有する。第１電極触媒層２０ａと第１ガス拡散層２０ｂとは、同一の平面寸法に設定される。
【００２３】
アノード電極２２は、固体高分子電解質膜１８の面１８ｂに接合される第２電極触媒層（第２触媒層）２２ａと、前記第２電極触媒層２２ａに積層される第２ガス拡散層２２ｂとを有する。第２電極触媒層２２ａと第２ガス拡散層２２ｂとは、同一の平面寸法に設定される。第１電極触媒層２０ａは、第２電極触媒層２２ａよりも大きな平面寸法を有しているが、前記第１電極触媒層２０ａと前記第２電極触媒層２２ａとは、同一の平面寸法に設定されてもよい。
【００２４】
第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、カーボンブラックに白金粒子を担持した触媒粒子を形成し、イオン導伝性バインダーとして高分子電解質を使用し、この高分子電解質の溶液中に前記触媒粒子を均一に混合して作製された触媒ペーストを、固体高分子電解質膜１８の両方の面１８ａ、１８ｂに印刷、塗布又は転写することによって構成される。
【００２５】
第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂは、カーボンブラック及びＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子を含む下地層をカーボンペーパに塗布して形成される。下地層は、カーボンペーパと同じ平面寸法に設定されている。なお、下地層は、必要に応じて設ければよい。第１ガス拡散層２０ｂの平面寸法は、第２ガス拡散層２２ｂの平面寸法よりも大きな寸法に設定される。
【００２６】
図１及び図２に示すように、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、固体高分子電解質膜１８の外周を周回するとともに、アノード電極２２及びカソード電極２０に接合される樹脂製枠部材２４を備える。樹脂製枠部材２４は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーンゴム、フッ素ゴム又はＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等、あるいは、これらの複合材で構成される。
【００２７】
樹脂製枠部材２４は、枠形状を有しており、段部を介し外周部よりも薄肉状に形成されて、アノード電極２２の外周側に突出し、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅに当接する内周突部２４ａを有する。内周突部２４ａの基端部には、段部を構成し第１ガス拡散層２０ｂの外周端面２０ｂｅに対向する内側壁面２４ｂが設けられる。
【００２８】
内周突部２４ａの肉厚（厚さ）Ｌ１は、アノード電極２２の肉厚Ｌ３と同等以下の寸法を有する（Ｌ１≦Ｌ３）。なお、アノード電極２２の肉厚Ｌ３には、図示しないが、中間層等の多層構造が含まれる場合がある。固体高分子電解質膜１８及びカソード電極２０の合計の肉厚Ｌ４は、樹脂製枠部材２４の段部の肉厚（樹脂製枠部材２４全体の厚さから内周突部２４ａの肉厚Ｌ１を引いた寸法）Ｌ２以上の厚さに設定される（Ｌ２≦Ｌ４）。なお、肉厚Ｌ４には、図示しないが、中間層等の多層構造が含まれる場合がある。
【００２９】
樹脂製枠部材２４の内周突部２４ａと固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅとは、接着層２６により接着される。接着層２６は、例えば、シリコーン系樹脂やホットメルト接着剤が使用される。樹脂製枠部材２４とカソード電極２０の第１ガス拡散層２０ｂとは、樹脂含浸部２８により一体化される。
【００３０】
樹脂含浸部２８は、樹脂製枠部材２４に一体成形される樹脂突起部２８ａにより構成される。樹脂含浸部２８は、カソード電極２０を構成する第１ガス拡散層２０ｂの全周に亘って額縁状に形成される。
【００３１】
図３に示すように、第２ガス拡散層２２ｂの外周端面２２ｂｅと内周突部２４ａの内側端面２４ａｅとの間には、全周に亘って隙間である第１間隔Ｃａが設けられる。外周端面２２ｂｅの長尺方向の寸法と内側端面２４ａｅの長尺方向の寸法との差は、第１間隔Ｃａである。外周端面２２ｂｅの短尺方向の寸法と内側端面２４ａｅの短尺方向の寸法との差は、第１間隔Ｃａである。図３では、外周端面２２ｂｅの各辺が内側端面２４ａｅの各辺から均等に、第１間隔Ｃａ／２ずつ離間して配置された状態が示される。
【００３２】
図４に示すように、第１ガス拡散層２０ｂの外周端面２０ｂｅと内側壁面２４ｂとの間には、全周に亘って隙間である第２間隔Ｃｂが設けられる。外周端面２０ｂｅの長尺方向の寸法と内側壁面２４ｂの長尺方向の寸法との差は、第２間隔Ｃｂである。外周端面２０ｂｅの短尺方向の寸法と内側壁面２４ｂの短尺方向の寸法との差は、第２間隔Ｃｂである。図４では、外周端面２０ｂｅの各辺は、内側壁面２４ｂの各辺から均等に第２間隔Ｃｂ／２ずつ離間して配置された状態が示される。
【００３３】
第１間隔Ｃａと第２間隔Ｃｂとは、異なる寸法を有する。本実施形態では、第１間隔Ｃａは、第２間隔Ｃｂよりも大きな寸法に設定される（第１間隔Ｃａ＞第２間隔Ｃｂ）。
【００３４】
図１に示すように、燃料電池１２の矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３２ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００３５】
燃料電池１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００３６】
第２セパレータ１６の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０に向かう面１６ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路３６が設けられる。
【００３７】
第１セパレータ１４の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０に向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路３８が形成される。第１セパレータ１４の面１４ｂと第２セパレータ１６の面１６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４０が形成される。
【００３８】
図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材４２が一体化される。第２セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材４４が一体化される。
【００３９】
図２に示すように、第１シール部材４２は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を構成する樹脂製枠部材２４の内周突部２４ａに当接する第１凸状シール４２ａと、第２セパレータ１６の第２シール部材４４に当接する第２凸状シール４２ｂとを有する。第２シール部材４４は、第２凸状シール４２ｂに当接する面が平面を有する平面シールを構成する。なお、第２凸状シール４２ｂに代えて、第２シール部材４４に凸状シール（図示せず）を設けてもよい。
【００４０】
第１シール部材４２及び第２シール部材４４には、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００４１】
図１に示すように、第１セパレータ１４には、燃料ガス入口連通孔３４ａを燃料ガス流路３８に連通する供給孔部４６と、前記燃料ガス流路３８を燃料ガス出口連通孔３４ｂに連通する排出孔部４８とが形成される。
【００４２】
次いで、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を製造する方法について、以下に説明する。
【００４３】
先ず、図５に示すように、段差ＭＥＡである電解質膜・電極構造体１０ａが作製される。具体的には、触媒と溶媒との混合物にバインダー溶液を投入し、所定のインク粘度まで混合した電極インクを、ＰＥＴフィルムからなるＰＥＴシートにスクリーン印刷により塗工した電極シートを用意し、一対の前記電極シート間に固体高分子電解質膜１８を挟持してホットプレスを行う。その後、ＰＥＴシートを剥がすことにより、固体高分子電解質膜１８の面１８ａ及び面１８ｂには、第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａが形成される。
【００４４】
さらに、第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂの製造工程では、カーボンブラック及びＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子を含む混合物をエチレングリコールに均一に分散させたスラリーが形成される。このスラリーは、カーボンペーパに塗布して乾燥されることにより、前記カーボンペーパと下地層とからなる第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂが作製される。
【００４５】
そこで、固体高分子電解質膜１８の面１８ａ側に、すなわち、第１電極触媒層２０ａに第１ガス拡散層２０ｂが配置されるとともに、前記固体高分子電解質膜１８の面１８ｂに、すなわち、第２電極触媒層２２ａに第２ガス拡散層２２ｂが配置される。これらが一体に積層されてホットプレス処理されることにより、電解質膜・電極構造体１０ａが作製される。
【００４６】
一方、樹脂製枠部材２４は、金型（図示せず）を用いて射出成形することにより、予め成形される。樹脂製枠部材２４は、肉薄形状の内周突部２４ａを有するとともに、前記内周突部２４ａとは反対側の面には、厚さ方向に突出して樹脂含浸部２８を形成するための樹脂突起部２８ａが一体成形される。樹脂製枠部材２４は、樹脂突起部２８ａを上方に向けた姿勢で、作業台（図示せず）に載置される。
【００４７】
次に、樹脂製枠部材２４の内周突部２４ａには、接着層２６が塗布された後、電解質膜・電極構造体１０ａが前記樹脂製枠部材２４に位置決め配置される。具体的には、電解質膜・電極構造体１０ａを構成する第１ガス拡散層２０ｂの外周端面２０ｂｅが、樹脂製枠部材２４の内側壁面２４ｂに対向して配置されるとともに、前記電解質膜・電極構造体１０ａを構成する第２ガス拡散層２２ｂの外周端面２２ｂｅが、前記樹脂製枠部材２４を構成する内周突部２４ａの内側端面２４ａｅに対向して配置される。
【００４８】
この場合、本実施形態では、第２ガス拡散層２２ｂの外周端面２２ｂｅと内周突部２４ａの内側端面２４ａｅとの間には、片側で最大の第１間隔Ｃａが設けられる一方、第１ガス拡散層２０ｂの外周端面２０ｂｅと内側壁面２４ｂとの間には、片側で最大の第２間隔Ｃｂが設けられている。そして、第１間隔Ｃａは、第２間隔Ｃｂよりも大きな寸法に設定されている（第１間隔Ｃａ＞第２間隔Ｃｂ）。
【００４９】
このため、図５に示すように、樹脂製枠部材２４に対して電解質膜・電極構造体１０ａを取り付ける際、隙間の小さい一方である第１ガス拡散層２０ｂの外周端面２０ｂｅと内側壁面２４ｂとを相対的に位置決めする作業を行えばよい。その際、第１ガス拡散層２０ｂの端部が、樹脂製枠部材２４の内側壁面２４ｂの縁にかかっても、第２ガス拡散層２２ｂが内周突部２４ａに乗り上げることがない。
【００５０】
従って、作業者は、第１ガス拡散層２０ｂの外周端面２０ｂｅを内側壁面２４ｂ内に挿入させる作業を、容易に継続させることが可能になる。さらに、第１ガス拡散層２０ｂの外周端面２０ｂｅが、内側壁面２４ｂ内に挿入された際には、第２ガス拡散層２２ｂの外周端面２２ｂｅは、内周突部２４ａの内側端面２４ａｅ内に挿入されている。
【００５１】
これにより、本実施形態では、それぞれの隙間である第１間隔Ｃａと第２間隔Ｃｂとを異なる寸法に設定するだけでよい。このため、簡単且つ経済的な構成で、電解質膜・電極構造体１０ａと樹脂製枠部材２４とを容易且つ正確に組み付けることが可能になるという効果が得られる。
【００５２】
なお、樹脂製枠部材２４の段部の肉厚Ｌ２が、カソード電極２０の肉厚Ｌ４に比べて薄肉に構成される際には、第１間隔Ｃａは、第２間隔Ｃｂよりも小さな寸法に設定することができる（第１間隔Ｃａ＜第２間隔Ｃｂ）。第１ガス拡散層２０ｂの外周端面２０ｂｅが内側壁面２４ｂ内に挿入される前に、第２ガス拡散層２２ｂの外周端面２２ｂｅが内周突部２４ａの内側端面２４ａｅ内に挿入されるからである。
【００５３】
次いで、電解質膜・電極構造体１０ａが樹脂製枠部材２４に取り付けられた後、接着層２６が加熱されるとともに、荷重（プレス等）が付与される。これにより、樹脂製枠部材２４の内周突部２４ａと固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅとは、接着層２６を介して接着される。
【００５４】
さらに、図６に示すように、電解質膜・電極構造体１０ａと樹脂製枠部材２４とが位置合わせされた状態で、荷重が付与されるとともに、前記樹脂製枠部材２４の樹脂突起部２８ａが加熱される。加熱方式としては、レーザ溶着、赤外線溶着やインパルス溶着等が採用される。
【００５５】
従って、樹脂突起部２８ａは、加熱溶融され、前記樹脂突起部２８ａがカソード電極２０を構成する第１ガス拡散層２０ｂに含浸される。これにより、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０が製造される。
【００５６】
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、図２に示すように、第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６により挟持される。第１セパレータ１４は、樹脂製枠部材２４の内周突部２４ａに当接し、第２セパレータ１６と共に樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０に荷重を付与する。さらに、燃料電池１２は、所定数だけ積層されて燃料電池スタックが構成されるとともに、図示しないエンドプレート間に締め付け荷重が付与される。
【００５７】
このように構成される燃料電池１２の動作について、以下に説明する。
【００５８】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００５９】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１６の酸化剤ガス流路３６に導入され、矢印Ｂ方向に移動して電解質膜・電極構造体１０ａのカソード電極２０に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３４ａから供給孔部４６を通って第１セパレータ１４の燃料ガス流路３８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体１０ａのアノード電極２２に供給される。
【００６０】
従って、各電解質膜・電極構造体１０ａでは、カソード電極２０に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２２に供給される燃料ガスとが、第１電極触媒層２０ａ内及び第２電極触媒層２２ａ内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００６１】
次いで、カソード電極２０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極２２に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部４８を通り燃料ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００６２】
また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間の冷却媒体流路４０に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１０ａを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。
【００６３】
なお、本実施形態では、樹脂含浸部２８が樹脂製枠部材２４に一体成形される樹脂突起部２８ａにより構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、樹脂製枠部材２４とは別体の樹脂部材を用意し、この樹脂部材を前記樹脂製枠部材２４と第１ガス拡散層２０ｂとに跨って溶融させることにより、樹脂含浸部２８を形成してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体    １０ａ…電解質膜・電極構造体
１２…燃料電池                          １４、１６…セパレータ
１８…固体高分子電解質膜                ２０…カソード電極
２０ａ、２２ａ…電極触媒層              ２０ｂ、２２ｂ…ガス拡散層
２０ｂｅ、２２ｂｅ…外周端面            ２２…アノード電極
２４…樹脂製枠部材                      ２４ａ…内周突部
２４ａｅ…内側端面                      ２４ｂ…内側壁面
２６…接着層                            ２８…樹脂含浸部
２８ａ…樹脂突起部                      ３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔            ３２ａ…冷却媒体入口連通孔
３２ｂ…冷却媒体出口連通孔              ３４ａ…燃料ガス入口連通孔
３４ｂ…燃料ガス出口連通孔              ３６…酸化剤ガス流路
３８…燃料ガス流路                      ４０…冷却媒体流路
４２、４４…シール部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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