(57)【要約】【課題】電解質膜の強度低下を抑制。【解決手段】電解質膜１２の一面上にカソード触媒層１４ｃとカソードガス拡散層１６ｃを間に挟みカソードガス拡散層に接する接触部４０と接しない非接触部４２が第１方向に繰り返されたカソード側セパレータ１８ｃを配置し、電解質膜の他面上に平坦面を有する平板部材５０を配置する工程と、カソード側セパレータと平板部材で電解質膜とカソード触媒層とカソードガス拡散層を圧縮接合する工程と、電解質膜の他面上にアノード触媒層１４ａとアノードガス拡散層１６ａを間に挟みアノードガス拡散層に接する接触部４４と接しない非接触部４６が第１方向に繰り返され、第１方向での非接触部４６の長さが非接触部４２より短いアノード側セパレータ１８ａを配置する工程と、カソード側セパレータとアノード側セパレータで電解質膜とアノード触媒層とアノードガス拡散層を圧縮接合する工程と、を備える燃料電池の製造方法。【選択図】図２
2018078003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の一方の主面上に、第１触媒層と第１ガス拡散層とを間に挟んで、前記第１ガス拡散層に供給されるガスが流通する第１ガス流路を形成する第１ガス流路形成部材又は前記第１ガス流路形成部材を模した模擬部材のいずれかであって前記第１ガス拡散層に接する第１接触部と接しない第１非接触部とが第１方向に繰り返された第１部材を配置し、前記電解質膜の他方の主面上に、前記電解質膜側に平坦面を有する平板部材を配置する、第１配置工程と、
前記第１部材と前記平板部材とで前記電解質膜と前記第１触媒層と前記第１ガス拡散層とを圧縮して接合する、第１接合工程と、
前記第１接合工程の後、前記電解質膜の前記他方の主面上に、第２触媒層と第２ガス拡散層とを間に挟んで、前記第２ガス拡散層に供給されるガスが流通する第２ガス流路を形成する第２ガス流路形成部材又は前記第２ガス流路形成部材を模した模擬部材のいずれかであって前記第２ガス拡散層に接する第２接触部と接しない第２非接触部とが前記第１方向に繰り返され、前記第１方向における前記第２非接触部の長さが前記第１非接触部の長さよりも短い第２部材を配置する、第２配置工程と、
前記第１部材と前記第２部材とで前記電解質膜と前記第２触媒層と前記第２ガス拡散層とを圧縮して接合する、第２接合工程と、を備え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、燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
乾燥と湿潤とを繰り返す環境下において、電解質膜に寸法変化が生じる。これにより、電解質膜の耐久性が低下してしまう。そこで、乾燥と湿潤とを繰り返す環境下においても優れた耐久性を有する燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３００３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、電解質膜と触媒層とガス拡散層とからなる膜電極ガス拡散層接合体の両側から１対のセパレータを押し当てることで燃料電池を製造している。この場合、セパレータの凹凸によって電解質膜に曲げ変形が生じることがある。電解質膜に曲げ変形が生じると、電解質膜の一部に応力が集中し易くなり、電解質膜の強度が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電解質膜の強度の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電解質膜の一方の主面上に、第１触媒層と第１ガス拡散層とを間に挟んで、前記第１ガス拡散層に供給されるガスが流通する第１ガス流路を形成する第１ガス流路形成部材又は前記第１ガス流路形成部材を模した模擬部材のいずれかであって前記第１ガス拡散層に接する第１接触部と接しない第１非接触部とが第１方向に繰り返された第１部材を配置し、前記電解質膜の他方の主面上に、前記電解質膜側に平坦面を有する平板部材を配置する、第１配置工程と、前記第１部材と前記平板部材とで前記電解質膜と前記第１触媒層と前記第１ガス拡散層とを圧縮して接合する、第１接合工程と、前記第１接合工程の後、前記電解質膜の前記他方の主面上に、第２触媒層と第２ガス拡散層とを間に挟んで、前記第２ガス拡散層に供給されるガスが流通する第２ガス流路を形成する第２ガス流路形成部材又は前記第２ガス流路形成部材を模した模擬部材のいずれかであって前記第２ガス拡散層に接する第２接触部と接しない第２非接触部とが前記第１方向に繰り返され、前記第１方向における前記第２非接触部の長さが前記第１非接触部の長さよりも短い第２部材を配置する、第２配置工程と、前記第１部材と前記第２部材とで前記電解質膜と前記第２触媒層と前記第２ガス拡散層とを圧縮して接合する、第２接合工程と、を備える燃料電池の製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電解質膜の強度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（ａ）から図１（ｄ）は、比較例に係る燃料電池の製造方法を示す断面図である。
【図２】図２は、実施例１に係る燃料電池の断面図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る燃料電池の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、実施例１に係る燃料電池の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図５】図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１に係る燃料電池の他の製造方法を示す断面図である。
【図６】図６は、エキスパンドメタルからなるガス流路形成部材を備えた燃料電池の分解斜視図である。
【図７】図７は、エキスパンドメタルからなるガス流路形成部材を備えた燃料電池の一部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、比較例について説明する。図１（ａ）から図１（ｄ）は、比較例に係る燃料電池の製造方法を示す断面図である。図１（ａ）のように、電解質膜１２の一方の主面にアノード触媒層１４ａを形成し、他方の主面にカソード触媒層１４ｃを形成して、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１０を形成する。
【００１１】
図１（ｂ）のように、アノード触媒層１４ａの電解質膜１２側とは反対側の主面上にアノードガス拡散層１６ａを配置する。そして、１対の平板部材５０によってＭＥＡ１０とアノードガス拡散層１６ａとを圧縮して接合する。平板部材５０を用いて圧縮することで、ＭＥＡ１０とアノードガス拡散層１６ａとの接合体はほぼ平坦形状となる。
【００１２】
図１（ｃ）のように、カソード触媒層１４ｃの電解質膜１２側とは反対側の主面上にカソードガス拡散層１６ｃを配置する。そして、１対の平板部材５０によってＭＥＡ１０とカソードガス拡散層１６ｃとを圧縮して接合する。これにより、アノードガス拡散層１６ａとＭＥＡ１０とカソードガス拡散層１６ｃとからなる膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）３０が形成される。平板部材５０を用いて圧縮することで、ＭＥＧＡ３０はほぼ平坦形状となる。
【００１３】
図１（ｄ）のように、アノードガス拡散層１６ａのＭＥＡ１０側とは反対側の主面上にアノード側セパレータ１８ａを配置する。カソードガス拡散層１６ｃのＭＥＡ１０側とは反対側の主面上にカソード側セパレータ１８ｃを配置する。そして、アノード側セパレータ１８ａをアノードガス拡散層１６ａ側に押圧し、カソード側セパレータ１８ｃをカソードガス拡散層１６ｃ側に押圧して、アノード側セパレータ１８ａ及びカソード側セパレータ１８ｃをアノードガス拡散層１６ａ及びカソードガス拡散層１６ｃに接合する。カソード側セパレータ１８ｃは、第１方向で交互に繰り返された、カソードガス拡散層１６ｃに接する接触部４０と接しない非接触部４２とを有する。同様に、アノード側セパレータ１８ａは、第１方向で交互に繰り返された、アノードガス拡散層１６ａに接する接触部４４と接しない非接触部４６とを有する。カソード側セパレータ１８ｃの接触部４０及び非接触部４２の第１方向における長さは、アノード側セパレータ１８ａの接触部４４及び非接触部４６の第１方向における長さよりも長くなっている。すなわち、カソード側セパレータ１８ｃの凹凸の幅はアノード側セパレータ１８ａの凹凸の幅よりも大きくなっている。このように、カソード側セパレータ１８ｃの非接触部４２の長さを長くする理由は、カソード側セパレータ１８ｃによって形成されるカソードガス流路を大きくして、酸化剤ガスの流通量を多くするためである。
【００１４】
比較例の燃料電池の製造方法では、平坦形状のＭＥＧＡ３０に対して、アノード側セパレータ１８ａをアノードガス拡散層１６ａ側に押圧し、カソード側セパレータ１８ｃをカソードガス拡散層１６ｃ側に押圧している。アノード側セパレータ１８ａの凹凸の幅は狭いことから、ＭＥＧＡ３０はアノード側セパレータ１８ａの凹凸による曲げ変形は生じ難い。しかしながら、カソード側セパレータ１８ｃの凹凸の幅が広いことから、図１（ｄ）のように、ＭＥＧＡ３０はカソード側セパレータ１８ｃの凹凸によって曲げ変形が生じることがある。ＭＥＡ１０に曲げ変形が生じると、電解質膜１２の一部に応力が集中し易くなる。例えば、乾燥と湿潤とを繰り返す環境下などにおける電解質膜１２の寸法変化による応力が電解質膜１２の一部に集中し易くなる。このため、電解質膜１２の強度が低下してしまう。
【００１５】
そこで、ＭＥＡ１０の曲げ変形を抑えて、電解質膜１２の強度の低下を抑制することが可能な実施例について以下に説明する。
【００１６】
図２は、実施例１に係る燃料電池の断面図である。実施例１に係る燃料電池は、反応ガスとして燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気）との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造を有する。実施例１の燃料電池は、例えば燃料電池自動車や電気自動車などに搭載される。
【００１７】
図２のように、実施例１の燃料電池１００は、電解質膜１２の一方の主面にアノード触媒層１４ａが接合され、他方の主面にカソード触媒層１４ｃが接合された膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１０を備える。ＭＥＡ１０は、ほぼ平坦形状をしている。電解質膜１２は、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂材料又は炭化水素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。アノード触媒層１４ａ及びカソード触媒層１４ｃは、電気化学反応を進行させる触媒（例えば白金や、白金−コバルト合金）を担持したカーボン粒子（例えばカーボンブラック）と、スルホン酸基を有する固体高分子であり湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含む。
【００１８】
アノード触媒層１４ａの電解質膜１２側とは反対側の主面にアノードガス拡散層１６ａが接合されている。カソード触媒層１４ｃの電解質膜１２側とは反対側の主面にカソードガス拡散層１６ｃが接合されている。ＭＥＡ１０と１対のガス拡散層（アノードガス拡散層１６ａとカソードガス拡散層１６ｃ）とによって膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）３０が形成されている。アノードガス拡散層１６ａ及びカソードガス拡散層１６ｃは、ガス透過性及び電子伝導性を有する部材によって形成されていて、例えばカーボンクロスやカーボンペーパなどの多孔質カーボン製部材によって形成されている。なお、アノードガス拡散層１６ａ及びカソードガス拡散層１６ｃは、触媒層との密着性を良好にするための密着層及び／又はＭＥＡ１０内の水分量を適正に保つための撥水層（ＭＰＬ：Micro Porous Layer）を含んでいてもよい。密着層及び撥水層は、ガス拡散層と同じ材料で形成されていてもよい。
【００１９】
ＭＥＧＡ３０の両側には、ＭＥＧＡ３０を挟持する１対のセパレータ（アノード側セパレータ１８ａとカソード側セパレータ１８ｃ）が設けられている。アノード側セパレータ１８ａ及びカソード側セパレータ１８ｃは、ガス遮断性及び電子伝導性を有する部材によって形成されていて、例えばカーボンを圧縮してガス不透過とした緻密性カーボンなどのカーボン部材やプレス成型したステンレス鋼などの金属部材によって形成されている。アノード側セパレータ１８ａ及びカソード側セパレータ１８ｃは、アノードガス拡散層１６ａ及びカソードガス拡散層１６ｃに供給されるガスが流通するガス流路を形成するための凹凸を有する。アノード側セパレータ１８ａは、アノードガス拡散層１６ａとの間に、燃料ガスが流通するアノードガス流路２０ａを形成する。カソード側セパレータ１８ｃは、カソードガス拡散層１６ｃとの間に、酸化剤ガスが流通するカソードガス流路２０ｃを形成する。
【００２０】
カソード側セパレータ１８ｃは、第１方向で交互に繰り返された、カソードガス拡散層１６ｃに接する接触部４０と接しない非接触部４２とを有する。同様に、アノード側セパレータ１８ａは、第１方向で交互に繰り返された、アノードガス拡散層１６ａに接する接触部４４と接しない非接触部４６とを有する。カソード側セパレータ１８ｃの接触部４０及び非接触部４２の第１方向における長さは、アノード側セパレータ１８ａの接触部４４及び非接触部４６の第１方向における長さよりも長くなっている。つまり、カソード側セパレータ１８ｃの非接触部４２の第１方向における長さＸ１は、アノード側セパレータ１８ａの非接触部４６の第１方向における長さＸ２よりも長くなっている。このように、カソード側セパレータ１８ｃの非接触部４２の長さをアノード側セパレータ１８ａの非接触部４６の長さよりも長くするのは、上述したように、カソードガス流路２０ｃを大きくして酸化剤ガスの流通量を多くするためである。
【００２１】
カソードガス拡散層１６ｃのカソード側セパレータ１８ｃ側の主面は、カソード側セパレータ１８ｃの凹凸に対応した凹凸形状をしている。一方、アノードガス拡散層１６ａのアノード側セパレータ１８ａ側の主面は、ほぼ平坦となっている。また、アノードガス拡散層１６ａ及びカソードガス拡散層１６ｃのＭＥＡ１０側の主面も、ほぼ平坦となっている。
【００２２】
次に、実施例１の燃料電池の製造方法について説明する。図３（ａ）から図４（ｂ）は、実施例１に係る燃料電池の製造方法を示す断面図である。図３（ａ）のように、電解質膜１２の両主面に、例えば触媒インクをスプレー塗工して乾燥させることで、アノード触媒層１４ａ及びカソード触媒層１４ｃを形成する。これにより、ＭＥＡ１０が形成される。なお、アノード触媒層１４ａ及びカソード触媒層１４ｃは、スプレー塗工によって形成する場合に限られず、転写法やダイコータ法などの一般的に用いられるその他の方法によって形成してよい。
【００２３】
図３（ｂ）のように、カソード触媒層１４ｃの電解質膜１２側とは反対側の主面上にカソードガス拡散層１６ｃを配置する。カソードガス拡散層１６ｃのＭＥＡ１０側とは反対側の主面上に、カソードガス拡散層１６ｃに供給される酸化剤ガスが流通するカソードガス流路２０ｃを形成するカソード側セパレータ１８ｃを配置する。カソード側セパレータ１８ｃは、第１方向で交互に繰り返された、カソードガス拡散層１６ｃに接する接触部４０と接しない非接触部４２とを有する。カソードガス流路２０ｃを大きくして酸化剤ガスの流通量を多くすることから、第１方向における非接触部４２の長さは長くなっている。例えば、第１方向における接触部４０の長さは０．５ｍｍであり、非接触部４２の長さは１．０ｍｍである。アノード触媒層１４ａの電解質膜１２側とは反対側の主面上に、テフロン（登録商標）シートなどの保護シート（不図示）を介して、平坦面がＭＥＡ１０に対向した平板部材５０を配置する。平板部材５０は、例えば金属によって形成されているが、その他の材料で形成されていてもよい。
【００２４】
図３（ｃ）のように、カソード側セパレータ１８ｃと平板部材５０とを用いたプレス加工によって、ＭＥＡ１０とカソードガス拡散層１６ｃとを圧縮して接合する。圧縮の条件は、例えば温度：常温〜１５０℃、圧力：０．１ＭＰａ〜３ＭＰａである。このときに、カソード側セパレータ１８ｃの凹凸の幅が大きく、カソード側セパレータ１８ｃの非接触部４２の第１方向における長さＸ１が長いことから、カソードガス拡散層１６ｃのカソード側セパレータ１８ｃ側の主面は、カソード側セパレータ１８ｃの凹凸によって変形して凹凸形状となる。一方、ＭＥＡ１０は平板部材５０で押圧されているために変形が抑制されて平坦形状のままとなる。カソード側セパレータ１８ｃは、カソードガス拡散層１６ｃのＭＥＡ１０側とは反対側の主面に接合されて、カソードガス流路２０ｃを形成する。
【００２５】
図４（ａ）のように、保護シート及び平板部材５０を取り除き、アノード触媒層１４ａの電解質膜１２側とは反対側の主面上に、アノードガス拡散層１６ａを配置する。アノードガス拡散層１６ａのＭＥＡ１０側とは反対側の主面上に、アノードガス拡散層１６ａに供給される燃料ガスが流通するアノードガス流路２０ａを形成するアノード側セパレータ１８ａを配置する。アノード側セパレータ１８ａは、第１方向で交互に繰り返された、アノードガス拡散層１６ａに接する接触部４４と接しない非接触部４６とを有する。第１方向における接触部４４及び非接触部４６の長さは、第１方向における接触部４０及び非接触部４２の長さよりも短くなっている。例えば、第１方向における接触部４４の長さは０．２５ｍｍであり、非接触部４６の長さは０．５ｍｍである。
【００２６】
図４（ｂ）のように、アノード側セパレータ１８ａとカソード側セパレータ１８ｃとを用いたプレス加工によって、ＭＥＡ１０とアノードガス拡散層１６ａとを圧縮して接合する。圧縮の条件は、例えば温度：常温〜１５０℃、圧力：０．１ＭＰａ〜３ＭＰａである。このときに、アノード側セパレータ１８ａの凹凸の幅が小さく、アノード側セパレータ１８ａの非接触部４６の第１方向における長さＸ２が短いことから、アノードガス拡散層１６ａは、アノード側セパレータ１８ａの凹凸による変形が起こり難い。また、図４（ｂ）における圧縮の条件を図３（ｃ）における圧縮の条件と略同じにすることで、カソード側セパレータ１８ｃの非接触部４２の第１方向における長さＸ１が長くても、カソードガス拡散層１６ｃに更なる曲げ変形が生じることが抑制される。これらのことから、ＭＥＡ１０は変形が抑制されて平坦形状のままとなる。なお、圧縮の条件が略同じとは、カソードガス拡散層１６ｃに更なる曲げ変形が生じない程度に温度や圧力の条件が同じであることをいう。アノード側セパレータ１８ａは、アノードガス拡散層１６ａのＭＥＡ１０側とは反対側の主面に接合されて、アノードガス流路２０ａを形成する。
【００２７】
以上のように、実施例１によれば、図３（ｂ）のように、電解質膜１２の一方の主面上に、カソード触媒層１４ｃ（第１触媒層）とカソードガス拡散層１６ｃ（第１ガス拡散層）とを間に挟んで、カソードガス流路２０ｃを形成するカソード側セパレータ１８ｃ（第１流路形成部材）を配置する。電解質膜１２の他方の主面上に、電解質膜１２側に平坦面を有する平板部材５０を配置する。図３（ｃ）のように、カソード側セパレータ１８ｃと平板部材５０とで電解質膜１２とカソード触媒層１４ｃとカソードガス拡散層１６ｃとを圧縮して接合する。図４（ａ）のように、電解質膜１２の他方の主面上に、アノード触媒層１４ａ（第２触媒層）とアノードガス拡散層１６ａ（第２ガス拡散層）とを間に挟んで、アノードガス流路２０ａを形成するアノード側セパレータ１８ａ（第２流路形成部材）を配置する。アノード側セパレータ１８ａのアノードガス拡散層１６ａに接しない非接触部４６の第１方向における長さＸ２は、カソード側セパレータ１８ｃのカソードガス拡散層１６ｃに接しない非接触部４２の第１方向における長さＸ１よりも短くなっている。図４（ｂ）のように、アノード側セパレータ１８ａとカソード側セパレータ１８ｃとで電解質膜１２とアノード触媒層１４ａとアノードガス拡散層１６ａとを圧縮して接合する。これにより、上述したように、ＭＥＡ１０が変形することを抑制できる。その結果、電解質膜１２の一部に応力が集中することが抑制され、電解質膜１２の強度の低下を抑制できる。また、ＭＥＡ１０の変形が抑制されることから、ＭＥＡ１０とアノードガス拡散層１６ａ及びカソードガス拡散層１６ｃとの間の接合強度を面内で均一にすることができる。
【００２８】
図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施例１に係る燃料電池の他の製造方法を示す断面図である。図５（ａ）のように、電解質膜１２の両主面にアノード触媒層１４ａ及びカソード触媒層１４ｃを形成して、ＭＥＡ１０を形成する。カソード触媒層１４ｃの電解質膜１２側とは反対側の主面上にカソードガス拡散層１６ｃを配置する。カソードガス拡散層１６ｃのＭＥＡ１０側とは反対側の主面上に、カソード側セパレータ１８ｃの凹凸を模した模擬部材６０を配置する。すなわち、模擬部材６０は、カソード側セパレータ１８ｃの凹凸に対応した大きな幅の凹凸を有する。また、模擬部材６０には、凹凸面の外周部に突起６６が設けられている。模擬部材６０は、例えば金属で形成されているが、その他の材料で形成されていてもよい。
【００２９】
アノード触媒層１４ａの電解質膜１２側とは反対側の主面上に、テフロン（登録商標）シートなどの保護シート（不図示）を介して、平坦面がＭＥＡ１０に対向した平板部材５０を配置する。模擬部材６０と平板部材５０とを用いたプレス加工によって、ＭＥＡ１０とカソードガス拡散層１６ｃとを圧縮して接合する。このときに、模擬部材６０の凹凸の幅が大きいことから、カソードガス拡散層１６ｃの模擬部材６０側の主面は、模擬部材６０の凹凸によって変形して凹凸形状となる。一方、ＭＥＡ１０は平板部材５０で押圧されていることから変形が抑制されて平坦形状のままとなる。また、カソードガス拡散層１６ｃには、模擬部材６０の突起６６によって、窪み２２ｃが形成される。
【００３０】
図５（ｂ）のように、保護シート及び平板部材５０を取り除き、アノード触媒層１４ａの電解質膜１２側とは反対側の主面上にアノードガス拡散層１６ａを配置する。アノードガス拡散層１６ａのＭＥＡ１０側とは反対側の主面上に、アノード側セパレータ１８ａの凹凸を模した模擬部材７０を配置する。すなわち、模擬部材７０は、アノード側セパレータ１８ａの凹凸に対応した小さな幅の凹凸を有する。また、模擬部材７０には、凹凸面の外周部に突起７６が設けられている。模擬部材７０は、例えば金属で形成されているが、その他の材料で形成されていてもよい。
【００３１】
模擬部材６０と模擬部材７０とを用いたプレス加工によって、ＭＥＡ１０とアノードガス拡散層１６ａとを圧縮して接合する。このときに、模擬部材７０の凹凸の幅は小さいことから、アノードガス拡散層１６ａの模擬部材７０側の主面は、模擬部材７０の凹凸による曲げ変形が起こり難い。また、図５（ｂ）における圧縮の条件を図５（ａ）における圧縮の条件と略同じにすることで、カソードガス拡散層１６ｃに更なる曲げ変形が生じることが抑制される。これらのことから、ＭＥＡ１０の変形が抑制されて平坦形状のままとなる。また、アノードガス拡散層１６ａには、模擬部材７０の突起７６によって、窪み２２ａが形成される。
【００３２】
図５（ｃ）のように、アノードガス拡散層１６ａ及びカソードガス拡散層１６ｃのＭＥＡ１０とは反対側の主面に、アノード側セパレータ１８ａ及びカソード側セパレータ１８ｃを接合又は配置する。このとき、アノード側セパレータ１８ａに設けた突起２４ａを、アノードガス拡散層１６ａに形成された窪み２２ａに合わせることで、アノード側セパレータ１８ａの位置合わせを行う。同様に、カソード側セパレータ１８ｃに設けた突起２４ｃを、カソードガス拡散層１６ｃに形成された窪み２２ｃに合わせることで、カソード側セパレータ１８ｃの位置合わせ（例えば、模擬部材６０で形成されたカソードガス拡散層１６ｃの凹凸とカソード側セパレータ１８ｃの凹凸との位置合わせ）を行う。なお、セパレータの接合は、ＭＥＧＡ３０への加熱は行わずに、図５（ａ）及び図５（ｂ）で説明したガス拡散層を圧縮で接合する際の圧力と略同じ圧力を加えることで行う。これにより、セパレータをガス拡散層に接合する工程によってガス拡散層に曲げ変形が生じることが抑制される。
【００３３】
実施例１のように、ガス流路形成部材であるセパレータを用いてＭＥＡとガス拡散層との接合を行ってもよいし、実施例１の変形例１のように、セパレータを模した模擬部材を用いてＭＥＡとガス拡散層との接合を行ってもよい。また、セパレータ以外の他のガス流路形成部材（例えば、ガス拡散層とセパレータとの間に配置されるエキスパンドメタルや発泡焼結体などからなるガス流路形成部材）やこの模擬部材を用いてＭＥＡとガス拡散層との接合を行ってもよい。
【００３４】
図６は、エキスパンドメタルからなるガス流路形成部材を備えた燃料電池の分解斜視図である。図７は、エキスパンドメタルからなるガス流路形成部材を備えた燃料電池の一部を拡大した断面図である。図６及び図７のように、燃料電池２００は、枠状のシール部材３２で囲まれたＭＥＧＡ３０のアノード側にアノード側ガス流路形成部材２６ａが配置され、カソード側にカソード側ガス流路形成部材２６ｃが配置されている。アノード側ガス流路形成部材２６ａは、ＭＥＧＡ３０とアノード側セパレータ８０ａとの間にアノードガス拡散層１６ａに接して配置されている。カソード側ガス流路形成部材２６ｃは、ＭＥＧＡ３０とカソード側セパレータ８０ｃとの間にカソードガス拡散層１６ｃに接して配置されている。アノード側ガス流路形成部材２６ａとカソード側ガス流路形成部材２６ｃは、板厚が０．１ｍｍ程度のステンレス鋼により形成されたエキスパンドメタルであり、千鳥配置の菱形貫通口を備え、接する拡散層よりも高い撥水性を備えている。なお、エキスパンドメタルは、ステンレス鋼以外に、例えばチタンやチタン合金などの導電性の金属薄板で形成されていてもよい。
【００３５】
隣接するセルのアノード側セパレータ８０ａとカソード側セパレータ８０ｃとの間には中間セパレータ８２が配置されている。アノード側セパレータ８０ａ、カソード側セパレータ８０ｃ、及び中間セパレータ８２は、ステンレス鋼やチタン、アルミニウムなどの金属製の平坦形状をした薄板であって貫通孔が形成されている。燃料ガスは、アノード側ガス流路形成部材２６ａが備える空隙内を流通してアノードガス拡散層１６ａに供給される。酸化剤ガスは、カソード側ガス流路形成部材２６ｃが備える空隙内を流通してカソードガス拡散層１６ｃに供給される。
【００３６】
カソード側ガス流路形成部材２６ｃがカソードガス拡散層１６ｃに接する接触部９０の間のカソードガス拡散層１６ｃに接しない非接触部９２の長さＸ１は、アノード側ガス流路形成部材２６ａがアノードガス拡散層１６ａに接する接触部９４の間のアノードガス拡散層１６ａに接しない非接触部９６の長さＸ２よりも長くなっている。
【００３７】
図３（ａ）から図４（ｂ）で説明した製造方法におけるセパレータの代わりに、このようなエキスパンドメタルからなるガス流路形成部材を用いてＭＥＡとガス拡散層とを接合させてもよい。また、図示は省略するが、発泡焼結体からなるガス流路形成部材を用いてＭＥＡとガス拡散層とを接合させてもよい。
【００３８】
なお、実施例１では、カソード側セパレータ１８ｃの凹凸の幅がアノード側セパレータ１８ａの凹凸の幅よりも大きい場合を例に示したがこれに限られない。アノード側セパレータ１８ａの凹凸の幅をカソード側セパレータ１８ｃの凹凸の幅よりも大きくする場合があり、この場合でもよい。これは、アノード側セパレータ１８ａを流れる燃料ガス（水素ガス）は分子が小さくてセパレータのリブ下に位置する拡散層にも侵入し易いことや、ガス拡散を向上させるためにカソードのピッチを狭くすることによるものである。アノード側セパレータ１８ａの凹凸の幅がカソード側セパレータ１８ｃの凹凸の幅よりも大きい場合、アノードガス拡散層１６ａを先に接合させ、その後にカソードガス拡散層１６ｃを接合させる工程順となる。
【００３９】
また、実施例１では、電解質膜１２の両主面に触媒インクを塗布してアノード触媒層１４ａ及びカソード触媒層１４ｃを形成した後に、カソードガス拡散層１６ｃの接合及びアノードガス拡散層１６ａの接合を行う場合を例に示したが、その他の手順で行ってもよい。例えば、電解質膜１２の一方の主面にカソード触媒層１４ｃを形成し、カソード触媒層１４ｃにカソードガス拡散層１６ｃを接合した後に、電解質膜１２の他方の主面にアノード触媒層１４ａを形成し、アノード触媒層１４ａにアノードガス拡散層１６ａを接合してもよい。
【００４０】
また、実施例１では、電解質膜１２に触媒インクを塗布してアノード触媒層１４ａ及びカソード触媒層１４ｃを形成する場合を例に示したが、アノードガス拡散層１６ａ及びカソードガス拡散層１６ｃに触媒インクを塗布してアノード触媒層１４ａ及びカソード触媒層１４ｃを形成してもよい。
【００４１】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  膜電極接合体
１２  電解質膜
１４ａ  アノード触媒層
１４ｃ  カソード触媒層
１６ａ  アノードガス拡散層
１６ｃ  カソードガス拡散層
１８ａ  アノード側セパレータ
１８ｃ  カソード側セパレータ
２０ａ  アノードガス流路
２０ｃ  カソードガス流路
２２ａ、２２ｃ  窪み
２４ａ、２４ｃ  突起
２６ａ  アノード側ガス流路形成部材
２６ｃ  カソード側ガス流路形成部材
３０  膜電極ガス接合体
３２  シール部材
４０、４４  接触部
４２、４６  非接触部
５０  平板部材
６０、７０  模擬部材
６６、７６  突起
８０ａ  アノード側セパレータ
８０ｃ  カソード側セパレータ
８２  中間セパレータ
９０、９４  接触部
９２、９６  非接触部
１００、２００  燃料電池
【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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