(57)【要約】      （修正有）【課題】単純な構造で、シール機能を発揮するとともにセパレータ間の間隔を規定する燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池１００は、膜電極ガス拡散層接合体２０と、膜電極ガス拡散層接合体の外周部に配置されたシール部材４０と、膜電極ガス拡散層接合体およびシール部材を挟持する一対のセパレータ３０と、を備える。シール部材は、熱可塑性樹脂で構成されるコア層４１と、コア層の一対のセパレータに接する両側の表層に形成され、一対のセパレータとコア層とを接着する一対のスキン層４２と、を備える。一対のセパレータで狭持される前のシール部材の厚さは、一対のセパレータで狭持される前の膜電極ガス拡散層接合体の厚さよりも大きい。一対のセパレータで挟持される前のシール部材の一対のスキン層の合計の厚さは、膜電極ガス拡散層接合体が一対のセパレータで挟持されたときに発生する膜電極ガス拡散層接合体の厚さの減少量よりも大きい。【選択図】図２
2014120248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
膜電極ガス拡散層接合体と、
前記膜電極ガス拡散層接合体の外周部に配置されたシール部材と、
前記膜電極ガス拡散層接合体および前記シール部材を挟持する一対のセパレータと、
を備え、
前記シール部材は、熱可塑性樹脂で構成されるコア層と、前記コア層の前記一対のセパレータに接する両側の表層に形成され、前記一対のセパレータと前記コア層とを接着する一対のスキン層と、を備え、
前記一対のセパレータで狭持される前の前記シール部材の厚さは、前記一対のセパレータで狭持される前の前記膜電極ガス拡散層接合体の厚さよりも大きく、
前記一対のセパレータで挟持される前の前記シール部材の前記一対のスキン層の合計の厚さは、前記膜電極ガス拡散層接合体が前記一対のセパレータで挟持されたときに発生する前記膜電極ガス拡散層接合体の厚さの減少量よりも大きい
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記一対のセパレータで挟持される前の前記シール部材の少なくとも一方のスキン層の体積が、前記一対のセパレータで挟持されたときの前記膜電極ガス拡散層接合体と前記シール部材との間の空間の体積よりも大きいことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
燃料電池の製造方法であって、
（ａ）膜電極ガス拡散層接合体と、前記膜電極ガス拡散層接合体の外周部に配置されるシール部材と、前記膜電極ガス拡散層接合体および前記シール部材を挟持する一対のセパレータと、を用意する工程と、
（ｂ）前記膜電極ガス拡散層接合体および前記シール部材の両側に前記一対のセパレータを配置し、あらかじめ定めた温度で前記一対のセパレータを介して前記膜電極ガス拡散層接合体および前記シール部材に荷重を掛けることにより、前記一対のセパレータと前記膜電極ガス拡散層接合体とを接合させるとともに、前記一対のセパレータと前記シール部材を接着させる工程と、
を備え、
前記シール部材は、熱可塑性樹脂で構成されるコア層と、前記コア層の前記一対のセパレータに接する両側の表層に形成され、前記一対のセパレータと前記コア層とを接着する一対のスキン層と、を備え、
前記一対のセパレータで狭持される前の前記シール部材の厚さは、前記一対のセパレータで狭持される前の前記膜電極ガス拡散層接合体の厚さよりも大きく、
前記一対のセパレータで挟持される前の前記シール部材の前記一対のスキン層の合計の厚さは、前記膜電極ガス拡散層接合体が前記一対のセパレータで挟持されたときに発生する前記膜電極ガス拡散層接合体の厚さの減少量よりも大きい
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、前記温度で軟化した前記シール部材の前記スキン層を前記スキン層に掛けられた荷重によって流動させて、前記一対のセパレータで挟持されるときの前記膜電極ガス拡散層接合体と前記シール部材との間の空間を埋める工程を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池および燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般的に、電解質膜の両面に、燃料電池反応を促進するための触媒を担持させた電極（触媒電極）が配置された発電体である膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ、以下、ＭＥＡ）を備える。ＭＥＡの両面には、反応ガスを拡散させて触媒電極全体に行き渡らせるためのガス拡散層が配置される。ガス拡散層が配置されたＭＥＡ（膜電極ガス拡散層接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ、以下、ＭＥＧＡ））は、一対のセパレータにより狭持される。一対のセパレータ間のＭＥＧＡの外周には、反応ガスの漏洩（いわゆるクロスリーク）、および、電極同士の電気的短絡、を抑制するためのシール部が形成される。
【０００３】
特許文献１には、ＭＥＡと、ガス拡散層と、ＭＥＡの端面に沿って形成された第１のシール部と、ガス拡散層の端面に沿って形成された第２のシール部と、を備える燃料電池が記載されている。この燃料電池は、ＭＥＡとガス拡散層とセパレータとが、ＭＥＡの両面にガス拡散層が配置されると共に、ガス拡散層のＭＥＡに対向する側とは反対側の面にセパレータが配置されるように積層された構成を有している。第１のシール部は、セパレータとの間で外部へのガスの漏洩を抑制する有効シール部（リップ部）を有している。第２のシール部は、積層前に、積層後にＭＥＡの積層面とセパレータの積層面とに密着するように、拡散層と一体として形成されている。また、第２のシール部の積層前の形状は、燃料電池の積層方向に沿った厚さがガス拡散層の厚さよりも大きい形状であり、積層時に第２のシール部がＭＥＡとセパレータとの間に挟まれて変形し、ＭＥＡおよびセパレータに密接することにより、ガス拡散層からのガスの漏洩を抑制する。また、第１のシール部の積層前の形状も、積層方向に沿った厚さがＭＥＡとガス拡散層とを積層した厚さよりも大きい形状であり、積層時にセパレータの間に挟まれて変形し、セパレータに密接することにより、セパレータとの間で外部へのガスの漏洩を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２９０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された燃料電池等の従来の燃料電池では、セパレータをガス拡散層に密接させ、かつ、ガス拡散層をＭＥＡに密接させるために、あらかじめ規定した一定荷重を掛けて、ＭＥＡおよびガス拡散層を一対のセパレータで挟持させた構造が一般的であった。このような構造の場合、ガス拡散層が配置されたＭＥＡ（ＭＥＧＡ）の厚さに関わらずＭＥＧＡには一定荷重が加わるため、各部材の寸法公差等のばらつきを吸収して、燃料電池の積層方向の厚さ、すなわち、セパレータ間の間隔を一定に規定することが困難となる。また、特許文献１では、２つのシール部を有する構造であり、コスト、量産性の点では十分ではなかった。このため、より単純な構造で、シール機能を発揮するとともにセパレータ間の間隔を規定することが可能な技術が望まれていた。また、低コスト化や量産性の向上等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、膜電極ガス拡散層接合体と；前記膜電極ガス拡散層接合体の外周部に配置されたシール部材と；前記膜電極ガス拡散層接合体および前記シール部材を挟持する一対のセパレータと；を備える。前記シール部材は、熱可塑性樹脂で構成されるコア層と；前記コア層の前記一対のセパレータに接する両側の表層に形成され、前記一対のセパレータと前記コア層とを接着する一対のスキン層と；を備える。前記一対のセパレータで狭持される前の前記シール部材の厚さは、前記一対のセパレータで狭持される前の前記膜電極ガス拡散層接合体の厚さよりも大きく、前記一対のセパレータで挟持される前の前記シール部材の前記一対のスキン層の合計の厚さは、前記膜電極ガス拡散層接合体が前記一対のセパレータで挟持されたときに発生する前記膜電極ガス拡散層接合体の厚さの減少量よりも大きい。この形態の燃料電池によれば、膜電極ガス拡散層接合体およびシール部材を一対のセパレータで挟持して一体化形成する際に、一対のセパレータを介して掛けられる荷重に応じて変化する膜電極ガス拡散層接合体の厚さの変化に応じてシール部材のスキン層の厚さが変化して吸収することができる。また、膜電極ガス拡散層接合体の寸法公差、膜電極ガス拡散層接合体を構成する部材の寸法公差等の寸法公差もシール部材のスキン層の厚さが変化して吸収することができる。これにより、セパレータ間の間隔がコア層の厚さ（厳密には、コア層およびセパレータとコア層との接着に要するスキン層の厚さ）で規定される寸法となるまで、荷重の大きさを規定せずに荷重を掛けることができる。この結果、一対のセパレータ間の間隔が一定となるように規定した燃料電池を容易に一体化形成することが可能となる。また、膜電極ガス拡散層接合体およびシール部材を一対のセパレータで挟持して一体化形成する際に、膜電極ガス拡散層接合体が一対のセパレータに接触し、かつ、膜電極ガス拡散層接合体に一対のセパレータを介して確実に荷重がかかる状態となるので、膜電極ガス拡散層接合体と一対のセパレータとの接合性を高めることができる。これにより、膜電極ガス拡散層接合体と一対のセパレータとの接合性を要因とする発電特性の低下を抑制し、発電特性の改善を図ることが可能である。
【０００８】
（２）上記形態の燃料電池において、前記一対のセパレータで挟持される前の前記シール部材の少なくとも一方のスキン層の体積が、前記一対のセパレータで挟持されるときの前記膜電極ガス拡散層接合体と前記シール部材との間の空間の体積よりも大きくなるようにしてもよい。この形態の燃料電池によれば、膜電極ガス拡散層接合体とシール部材との間の隙間が無くなるので、膜電極ガス拡散層接合体の膨潤・収縮を抑制し、膨潤・収縮によって発生する膜電極ガス拡散層接合体の劣化を抑制し、クロスリーク等の特性劣化を抑制することが可能となる。
【０００９】
本発明は、燃料電池以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池の製造方法や燃料電池を備える燃料電池システム、燃料電池を備える車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態として燃料電池を構成する燃料電池セルの概略構成を示す断面模式図である。
【図２】燃料電池セルの製造方法について示す説明図である。
【図３】図２に示した燃料電池セルの製造方法による燃料電池セルの作製過程の概略を示す説明図である。
【図４】ＭＥＧＡに対して圧縮方向に加圧した場合の荷重と膜厚との関係を示すグラフである。
【図５】第２実施形態として燃料電池セルの概略構成の一部を示す断面模式図である。
【図６】図５に示した燃料電池セルの製造上の特徴を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態として燃料電池を構成する燃料電池セルの概略構成を示す断面模式図である。この燃料電池セル１００は、反応ガスとしての燃料ガス（例えば水素）および酸化剤ガス（例えば酸素）の供給を受けて発電する固体高分子形の燃料電池である。なお、燃料電池は、通常、複数の燃料電池セル１００を積層したスタック構造とされる。
【００１２】
燃料電池セル１００は、ＭＥＡ（膜電極接合体）１０の一方の面にアノード側ガス拡散層２２ａが配置され、他方の面にカソード側ガス拡散層２２ｃが配置されたＭＥＧＡ（膜電極ガス拡散層接合体）２０と、ＭＥＧＡ２０の外周部に配置されたシール部材４０と、ＭＥＧＡ２０およびシール部材４０を狭持するアノード側セパレータ３０ａおよびカソード側セパレータ３０ｃと、を備える。なお、アノード側セパレータ３０ａとカソード側セパレータ３０ｃを、特に区別しない場合には、単に「セパレータ３０」ともいう。
【００１３】
ＭＥＡ１０は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜である電解質膜１１の両面に、燃料電池反応を促進するための触媒を担持させたアノード側触媒層１２ａおよびカソード側触媒層１２ｃが設けられた発電体である。電解質膜１１は、例えば、ナフィオン（登録商標）などのフッ素系のイオン交換膜によって構成することができる。アノード側触媒層１２ａおよびカソード側触媒層１２ｃは、例えば、白金（Ｐｔ）などを担持したカーボン担体と、プロトン伝導性を有するアイオノマーとを含む触媒インクを、電解質膜１１に塗布することにより形成することができる。
【００１４】
ＭＥＧＡ２０は、ＭＥＡ１０のアノード側触媒層１２ａが設けられている面側にアノード側ガス拡散層２２ａを備え、カソード側触媒層１２ｃが設けられている面側にカソード側ガス拡散層２２ｃを備えている。アノード側ガス拡散層２２ａおよびカソード側ガス拡散層２２ｃは、ガス透過性を有するとともに導電性を有し、また、バネ性を有する材料で形成されている。ガス拡散層の材料としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス、ステンレス繊維製ペーパ等が利用される。
【００１５】
一対のセパレータ３０は、ＭＥＧＡ２０およびシール部材４０を狭持している。セパレータ３０は、ガス遮断性および電子伝導性を有する部材、本実施形態では、プレス成形されたステンレス鋼によって形成されている。なお、セパレータ３０は、チタンやチタン合金といった金属によって形成される薄板状部材や、緻密質カーボン等のカーボン製部材によって形成することもできる。
【００１６】
シール部材４０は、クロスリークおよび電極同士の電気的短絡を防ぐための部材である。シール部材４０は、コア層４１のセパレータ３０側の両面に少なくとも一対のスキン層４２を備えた３層構造を有している。ただし、図の例では、コア層４１の表面をスキン層４２が覆った構造とされている。なお、この点については後述する。コア層４１は熱可塑性樹脂で構成され、後述するようにして燃料電池セル１００を形成する際の温度条件においても構造が変化しない性質を有する。スキン層４２は、コア層４１とセパレータ３０とを接着してシール性を確保するために、他の物質との接着性が高く、燃料電位セル１００を形成する際の温度条件において軟化する、例えば、粘度・融点が低い性質を有する。スキン層４２としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー等の種々の材料を用いて構成することができる。本実施形態では、コア層４１としてポリプロピレンを用いている。また、スキン層４２として、変性ポリオレフィンであるアドマー（登録商標）を用いている。
【００１７】
なお、図示は省略されているが、燃料ガス流路はアノード側ガス拡散層２２ａとアノード側セパレータ３０ａの間に、酸化剤ガス流路はカソード側ガス拡散層２２ｃとカソード側セパレータ３０ｃとの間にそれぞれ形成されている。燃料ガス流路は水素ガスの流路であり、酸化剤ガス流路は酸素ガスの流路である。
【００１８】
図２は、燃料電池セルの製造方法について示す説明図である。前提として、まず、ＭＥＧＡ２０と、シール部材４０と、アノード側セパレータ３０ａおよびカソード側セパレータ３０ｃと、を用意する。ＭＥＧＡ２０は、例えば、ＭＥＡ１０のカソード側触媒層１２ｃの面にカソード側拡散層２２ｃを配置し、アノード側触媒層１２ａの面にアノード側ガス拡散層２２ａを配置して、例えば１００℃から１６０℃の温度で熱圧着することにより作製される。ＭＥＡ１０は、例えば、白金を担持したカーボン担体とアイオノマーとを溶媒に混合して生成した触媒インクを、電解質膜１１の両側の面に塗布して、カソード側触媒層１２ｃおよびアノード側触媒層１２ａを形成することにより、作製される。なお、シール部材４０としては、燃料電池セル作製前（以下、「セル化前」という）の厚さＹａｒが、セル化前のＭＥＧＡ２０の厚さＸｒよりも大きい部材が用いられる。また、シール部材４０としては、コア層４１の厚さＹｃがセル化前のＭＥＧＡ２０の厚さＸｒよりも小さく、スキン層４２の厚さＹｓｒが、ＭＥＧＡ２０のセル化前の厚さＸｒに対するセル化後の厚さＸｓの減少量Ｘｄ（＝Ｘｒ−Ｘｓ）に対して、２・Ｙｓｒ＞Ｘｄの関係を満たす部材が用いられる。なお、スキン層４２の厚さＹｓｒの条件についてはさらに後述する。
【００１９】
そして、図２に示すように、ＭＥＧＡ２０の外周にシール部材４０を配置し、ＭＥＧＡ２０およびシール部材４０を、アノード側セパレータ３０ａおよびカソード側セパレータ３０ｃで挟んで熱圧着することにより、図１に示した燃料電池セル１００が作製される。
【００２０】
図３は、図２に示した燃料電池セルの製造方法による燃料電池セルの作製過程の概略を示す説明図である。図２に示すように、アノード側セパレータ３０ａおよびカソード側セパレータ３０ｃの間に配置したＭＥＧＡ２０およびシール部材４０に対して、あらかじめ設定したセル化温度環境下で、アノード側セパレータ３０ａおよびカソード側セパレータ３０ｃを介して荷重を掛けていく。セル化温度は、シール部材４０のコア層４１の軟化温度（融点）よりも低い温度で、かつ、スキン層４２の軟化温度（融点）よりも高い温度に設定される。コア層４１の軟化温度よりも低い温度とするのは、後述するように、セル化後のＭＥＧＡの厚さＸｓ、すなわち、一対のセパレータ３０間の間隔を規定するための構造体としてシール部材４０のコア層４１を機能させるために、熱圧着時においてコア層４１の構造が変化しない状態とするためである。また、スキン層４２の軟化温度よりも高い温度とするのは、スキン層４２とセパレータ３０との接触性を高めて、接着性およびシール性を高めるとともに、軟化による流動性を高めるためである。例えば、上記したコア層４１のポリプロピレンの融点が１６０℃で、上記したスキン層４２のアドマーの融点が４０℃の場合、セル化温度は１４５℃〜１５５℃に設定される。
【００２１】
なお、セル化後のＭＥＧＡ２０の厚さＸｓ（シール部材４０の厚さＹａ）は、例えば、以下のように設定される。図４は、ＭＥＧＡに対して圧縮方向に加圧した場合の荷重と膜厚との関係を示すグラフである。図４に示すように、ＭＥＧＡの膜厚は荷重に応じたひずみ量の分だけ圧縮された厚さに変化する弾性特性を有している。したがって、例えば、熱圧着時においてＭＥＧＡ２０に掛かかる荷重をＦｓに設定したとすると、あらかじめ実測することにより取得したＭＥＧＡ２０の応力―歪み曲線から、設定した荷重Ｆｓに対応するひずみ量（上記減少量に相当する）Ｘｄが求められる。そして、セル化後のＭＥＧＡ２０の膜厚（セル化後膜厚）Ｘｓは、セル化前のＭＥＧＡ２０の膜厚（セル化前膜厚）Ｘｒから求められたひずみ量Ｘｄを減算することにより設定される。また、逆に、セル化後のＭＥＧＡ２０の膜厚Ｘｓを決定すれば、対応する荷重Ｆｓおよび減少量Ｘｄが決定される。
【００２２】
燃料電池セルの作製の初期段階では、図３（Ａ）に示すように、ＭＥＧＡ２０の厚さＸｒはシール部材４０の厚さＹａｒよりも小さいため、ＭＥＧＡ２０には荷重は掛からずシール部材４０にのみ荷重が掛かかり、一対のセパレータ３０間の間隔が狭まって、シール部材４０のみが圧縮されていく。このとき、セル化温度がスキン層４２の融点よりも高いため、シール部材４０のスキン層４２はセル化温度下において軟化し、スキン層４２を構成する部材が圧縮の荷重を受けて流動して横方向の空間へ溢れ出し、スキン層４２の厚さが荷重に応じて小さくなっていく。
【００２３】
そして、図３（Ｂ）に示すように、シール部材４０の厚さがＭＥＧＡ２０の厚さＸｒに等しくなるまで圧縮されると、一対のセパレータ３０はＭＥＧＡ２０に接し、ＭＥＧＡ２０にも荷重が掛かかる。ＭＥＧＡ２０は加わる荷重に応じた歪み量で圧縮され、シール部材４０は、ＭＥＧＡ２０の圧縮の歪み量を吸収するようにスキン層４２が流動して圧縮されていく。
【００２４】
ここで、シール部材４０のコア層４１によって、一対のセパレータ３０を介して、ＭＥＧＡ２０およびシール部材４０に加える荷重を増やしても、一対のセパレータ３０間の間隔の減少量が急激に減少してほほ変動しない状態、いわゆる、「ドンつき」の状態が発生する。したがって、一対のセパレータ３０間には、間隔がほぼ変動しないドンつきの状態となるまで、荷重の大きさを管理することなく、単純に荷重を掛けることが可能となる。なお、この場合、図３（Ｃ）に示すように、シール部材４０の厚さＹａは、コア層４１の厚さＹｃと、セパレータ３０とコア層４１との間の接着に要する一対のスキン層４２の厚さＹｓの合計（２・Ｙｓ）と、の和で表される。ただし、接着に要するスキン層４２の厚さＹｓは、コア層４１の厚さＹｃに比べれば非常に小さいので、シール部材４０の厚さＹａは、ほぼコア層４１の厚さＹｃと考えても実質的には差し支えない。
【００２５】
そして、図３（Ｃ）に示すように、「ドンつき」状態とした荷重を維持したまま、セル化温度を下げる。このとき、荷重を解放したとしてもセパレータ３０間の間隔が変化せず、スキン層４２による接着が担保できる温度まで低下したら、荷重を解放する。これにより、一対のセパレータ３０間の間隔、すなわち、ＭＥＧＡ２０の厚さＸｓが、シール部材４０の厚さＹａによって規定された燃料電池セル１００を得ることが可能となる。なお、スキン層４２の荷重により流動して空間に溢れ出した部分は、コア層４１の面を覆うようにして硬化する。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態の燃料電池セル１００は、ＭＥＧＡ２０の厚さＸｒよりも大きい厚さＹａｒのシール部材４０を、ＭＥＧＡ２０の外周に配置し、一対のセパレータ３０で両側から熱圧着することにより、厚さＸｓのＭＥＧＡ２０および厚さＹａ（＝Ｘｓ）のシール部材４０が一対のセパレータ３０で挟持された構造を有している（図１および図３（Ｃ）参照）。そして、シール部材４０は、シール部材の構造を規定するコア層４１と、セパレータ３０との接着性を確保し、接着後におけるセル内部のシール性を確保するスキン層４２と、で構成される。また、セル化前のシール部材４０のスキン層４２の厚さＹｓｒは、セル化によるＭＥＧＡ２０の厚さの減少量Ｘｄ（＝Ｘｒ−Ｘｓ）に対して、２・Ｙｓｒ＞Ｘｄの関係を満たすように設定されている（図２および図３（Ａ）参照）。これにより、熱圧着によって圧縮されたＭＥＧＡの厚さの変化を、スキン層の厚さを変化させることにより吸収し、熱圧着後のＭＥＧＡの厚さ、すなわち、熱圧着後のセパレータ間の間隔を、単純な構造のシール部材によって規定することが可能となる。また、ＭＥＧＡを構成する部材の寸法公差等の寸法公差をシール部材のスキン層の厚さを変化させることにより吸収して、熱圧着後のセパレータ間の間隔を、単純な構造のシール部材によって規定することが可能となる。
【００２７】
また、熱圧着時において、ドンつき状態となるまでセパレータ間に荷重を掛けることができるので、荷重の大きさを規定せずに荷重を掛けることができる。この結果、熱圧着後のセパレータ間の間隔を規定した燃料電池セルを、一定荷重で熱圧着する場合に比べて短時間で作製することが可能となる。この結果、燃料電池セルの量産性および低コスト化が可能となる。
【００２８】
Ｂ．第２実施形態：
図５は、第２実施形態として燃料電池セルの概略構成の一部を示す断面模式図である。この燃料電池セル１００Ｂは、図１に示した燃料電池セル１００のＭＥＧＡ２０とシール部材４０との間の空間に対応する空間ＡＰがシール部材４０のスキン層４２を構成する部材で埋め尽くされている点が異なっている。この構造の燃料電池セル１００Ｂも、以下で説明する点を除いて、図２および図３を用いて説明した第１実施形態の燃料電池セル１００と同様に作製される。
【００２９】
図６は、図５に示した燃料電池セルの製造上の特徴を示す説明図である。この燃料電池セル１００Ｂを作製する場合には、図６に示すように、用意するシール部材４０のスキン層４２の厚さＹｓｒが、第１実施形態における２・Ｙｓｒ＞Ｘｄ（＝Ｘｒ−Ｘｓ）の関係を満たす第１の条件に加えて、以下の第２の条件に基づいて設定される。すなわち、第２の条件は、スキン層４２の厚さＹｓｒが、接着に要するスキン層４２の厚さＹｓの部分を除く厚さ（Ｙｓｒ−Ｙｓ）の部分のうち、セル化時における荷重に応じて流動して、両側のスキン層４２からＭＥＧＡ２０とシール部材４０との間の空間Ａｐに溢れ出した部材の体積が、空間Ａｐを埋め尽くす（図５参照）ことが可能となるよう厚さであること、が条件とされる。なお、接着に要するスキン層４２の厚さＹｓは第１の条件から要求される厚さＹｓｒ（＞Ｘｄ／２）に比べて非常に小さいため、第２の条件は、スキン層４２の厚さＹｓｒが、両側のスキン層４２から空間Ａｐに溢れ出した部材の体積が空間Ａｐを埋め尽くすことが可能となるような厚さであること、としても差し支えない。本例では、用意するシール部材４０の両側のスキン層４２の体積が空間Ａｐの体積よりも大きくなるような厚さに設定されている。なお、いずれか一方のスキン層４２の体積が空間ＡＰの体積よりも大きくなるような厚さに設定されるようにしてもよい。また、スキン層４２からの部材の溢れ出しを空間ＡＰのみに規制可能な場合、例えば、外側の側面を遮蔽する手段を設けた場合には、両側のスキン層４２の体積（厳密には、両側のスキン層４２の接着に要する厚さＹｓ分の体積を除いた体積）が空間ＡＰの体積に等しくなるような厚さに設定することも可能である。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態の燃料電池セル１００Ｂは、第１実施形態の燃料電池セル１００と同様に、これにより、熱圧着によって圧縮されたＭＥＧＡの厚さの変化を、スキン層の厚さを変化させることにより吸収し、熱圧着後のＭＥＧＡの厚さ、すなわち、熱圧着後のセパレータ間の間隔を、単純な構造のシール部材によって規定することが可能となる。また、ＭＥＧＡを構成する部材の寸法公差等の寸法公差をシール部材のスキン層の厚さを変化させることにより吸収して、熱圧着後のセパレータ間の間隔を、単純な構造のシール部材によって規定することが可能となる。
【００３１】
また、熱圧着時において、ドンつき状態となるまでセパレータ間に荷重を掛けていくことができるので、荷重の大きさを規定せずに荷重を掛けることができる。この結果、熱圧着後のセパレータ間の間隔を規定した燃料電池セルを、一定荷重で熱圧着する場合に比べて短時間で作製することが可能となる。この結果、燃料電池セルの量産性および低コスト化が可能となる。
【００３２】
また、ＭＥＧＡ２０とシール部材４０との間の空間をスキン層４２の部材で埋めることができるので、ＭＥＧＡ２０の電解質膜１０が発電により膨潤・収縮を繰り返すことを規制することができる。この結果、膨潤・収縮による電解質膜１０の劣化等のＭＥＧＡ２０の劣化を抑制し、クロスリーク等の特性の劣化を抑制することが可能となる。
【００３３】
Ｃ．変形例：
【００３４】
上記実施形態では、シール部材４０のコア層４１を構成する熱可塑性樹脂４１としてポリエチレンを用いている。これに対して、ポリエチレンテレフタラート、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂等の種々の熱可塑性樹脂を用いてもよい。また、上記実施形態では、スキン層４２を構成する酸変性熱可塑性樹脂として、アドマーを用いている。これに対して、モディック（登録商標）、ニュクレル（登録商標）、ハイミラン（登録商標）等の酸変性熱可塑性樹脂を用いてもよい。また、酸変性熱可塑性樹脂ではなく、コア層４１の熱硬化性樹脂よりも融点が低く、接着性を有する熱可塑性樹脂を用いてもよい。また、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂等のコア層４１の熱硬化性樹脂よりも融点が低く、接着性を有する熱可塑性樹脂種々の熱硬化性樹脂を用いてもよい。また、熱可塑性あるいは熱硬化性の種々のエラストマー樹脂を用いてもよい。
【００３５】
上記実施形態では、燃料電池は、固体高分子形燃料電池である。これに対し燃料電池は、固体高分子形燃料電池に限らず、他の種々のタイプの燃料電池であってもよい。
【００３６】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…ＭＥＡ
１１…電解質膜
１２ａ…アノード側触媒層
１２ｃ…カソード側触媒層
２０…ＭＥＧＡ
２２…ガス拡散層
２２ａ…アノード側ガス拡散層
２２ｃ…カソード側ガス拡散層
３３…セパレータ
３３ａ…アノード側セパレータ
３３ｃ…カソード側セパレータ
４０…シール部材
４１…コア層
４２…スキン層
１００…燃料電池セル
１００Ｂ…燃料電池セル
Ａｐ…空間
【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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