(57)【要約】【課題】枠部材の反りの発生が抑制された燃料電池を提供することを課題とする。【解決手段】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一方側に配置されたセパレータと、前記膜電極ガス拡散層接合体を支持し、前記セパレータに接合された枠部材と、を備え、前記枠部材は、基材層と、熱可塑性を有し、前記基材層よりも線膨張係数が大きく、前記基材層と前記セパレータとを接着した接着層と、前記接着層とは反対側の前記基材層上に設けられ、前記基材層よりも線膨張係数が大きく、接着成分を含有しない被膜層と、を有している、燃料電池。【選択図】図４
2019071264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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一方側に配置されたセパレータと、
前記膜電極ガス拡散層接合体を支持し、前記セパレータに接合された枠部材と、を備え、
前記枠部材は、
基材層と、
熱可塑性を有し、前記基材層よりも線膨張係数が大きく、前記基材層と前記セパレータとを接着した接着層と、
前記接着層とは反対側の前記基材層上に設けられ、前記基材層よりも線膨張係数が大きく、接着成分を含有しない被膜層と、を有している、燃料電池。
【請求項２】
前記被膜層は、前記接着層よりも線膨張係数が小さく、
前記被膜層は、前記接着層よりも厚い、請求項１の燃料電池。
【請求項３】
前記被膜層は、前記接着層よりも線膨張係数が大きく、
前記被膜層は、前記接着層よりも薄い、請求項１の燃料電池。
【請求項４】
前記被膜層上にガスケットが設けられている、請求項１乃至３の何れかの燃料電池。
【請求項５】
前記セパレータに接合された他のセパレータを備えた、請求項１乃至４の何れかの燃料電池。
【請求項６】
前記接着層は、ポリオレフィンの少なくとも一つに官能基を有した変性ポリオレフィンである、請求項１乃至５の何れかの燃料電池。
【請求項７】
前記接着層は、無水マレイン酸を含む酸無水物、アクリル酸、メタクリル酸を含むカルボン酸、ビニルアルコール、エチルヘキシルアクリレートを含むアルコール類、シランカップリング剤、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂に含まれる群のうちいずれかまたはこれらの組み合わせを配合することにより、前記ポリオレフィンの少なくとも一つに官能基を有した前記変性ポリオレフィンである、請求項６の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の単セルは、膜電極ガス拡散層接合体を支持した枠部材と、この枠部材を挟持した一対のセパレータとを備えたものがある。枠部材と一対のセパレータとの接合は、枠部材の基材層の両面に熱可塑性の接着層を設け、枠部材が一対のセパレータにより挟持された状態でこれらが加熱及び加圧されることにより行われる。（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２５３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
単セルの構成によっては、枠部材の一方の面にのみ一方のセパレータが接合される場合があり、この場合には枠部材の基材層の一方の面にのみ熱可塑性の接着層が設けられる。枠部材とセパレータとの接合時にこれらが加熱されると、基材層と接着層との線膨張係数の差に起因して、枠部材に反りが発生する可能性がある。これにより、枠部材とセパレータとの間のシール性に影響を与える可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、枠部材の反りが抑制された燃料電池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】
【０００６】
上記目的は、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一方側に配置されたセパレータと、前記膜電極ガス拡散層接合体を支持し、前記セパレータに接合された枠部材と、を備え、前記枠部材は、基材層と、熱可塑性を有し、前記基材層よりも線膨張係数が大きく、前記基材層と前記セパレータとを接着した接着層と、前記接着層とは反対側の前記基材層上に設けられ、前記基材層よりも線膨張係数が大きく、接着成分を含有しない被膜層と、を有している、燃料電池によって達成できる。
【０００７】
接着層及び被膜層の各線膨張係数は基材層よりも大きいため、枠部材とセパレータとの接合の際の加熱時においては、接着層及び被膜層の各膨張率は基材層よりも大きくなるように膨張しようとする。ここで、接着層及び被膜層は基材層に対して互いに反対側に設けられているため、枠部材に反りが発生することが抑制される。尚、「接着成分を含有しない被膜層」とは、接着成分が完全に除去された被膜層のみを意味するものではなく、他の部材との接着に寄与しない程度の微量な接着成分を含有している被膜層を含む。
【０００８】
前記被膜層は、前記接着層よりも線膨張係数が小さく、前記被膜層は、前記接着層よりも厚くてもよい。
【０００９】
前記被膜層は、前記接着層よりも線膨張係数が大きく、前記被膜層は、前記接着層よりも薄くてもよい。
【００１０】
前記被膜層上にガスケットが設けられていてもよい。
【００１１】
前記セパレータに接合された他のセパレータを備えていてもよい。
【００１２】
前記接着層は、ポリオレフィンの少なくとも一つに官能基を有した変性ポリオレフィンであってもよい。
【００１３】
前記接着層は、無水マレイン酸を含む酸無水物、アクリル酸、メタクリル酸を含むカルボン酸、ビニルアルコール、エチルヘキシルアクリレートを含むアルコール類、シランカップリング剤、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂に含まれる群のうちいずれかまたはこれらの組み合わせを配合することにより、前記ポリオレフィンの少なくとも一つに官能基を有した前記変性ポリオレフィンであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
枠部材の反りが抑制された燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、燃料電池の単セルの分解斜視図である。
【図２】図２は、燃料電池の単セルの部分断面図である。
【図３】図３は、単セルの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】図４Ａ〜図４Ｄは、単セルの製造方法の説明図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、比較例の枠部材の説明図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、変形例の単セルの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、燃料電池セルである単セル６０の分解斜視図である。燃料電池は、単セル６０が複数積層されることで構成される。この燃料電池は、反応ガスとして燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば酸素）の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。単セル６０は、膜電極ガス拡散層接合体２０（以下、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）と称する）と、アノード側セパレータ３３ａ及びカソード側セパレータ３３ｃ（以下、セパレータと称する）とを含む。ＭＥＧＡ２０は、アノード側ガス拡散層２２ａ及びカソード側ガス拡散層２２ｃ（以下、拡散層と称する）を有している。
【００１７】
枠部材４０は、樹脂製であって絶縁性を有し、略枠状に形成されている。枠部材４０の外周縁はＭＥＧＡ２０よりも大きく形成されており、内周縁はＭＥＧＡ２０の電解質膜１１よりも小さく拡散層２２ｃよりも大きく形成されている。枠部材４０の内周縁側にＭＥＧＡ２０が接合されている。枠部材４０の２つの短辺の一方側には孔ｓ１〜ｓ３が形成され、他方側には孔ｓ４〜ｓ６が形成されている。同様に、セパレータ３３ａの２つの短辺の一方側には孔ａ１〜ａ３が形成され、他方側には孔ａ４〜ａ６が形成されている。セパレータ３３ｃの２つの短辺の一方側には孔ｃ１〜ｃ３が形成され、他方側には孔ｃ４〜ｃ６が形成されている。孔ｓ１、ａ１、及びｃ１は連通してカソード入口マニホールドを画定する。同様に、孔ｓ２、ａ２、及びｃ２は、冷媒出口マニホールドを、孔ｓ３、ａ３、及びｃ３はアノード出口マニホールドを、孔ｓ４、ａ４、及びｃ４はアノード入口マニホールドを、孔ｓ５、ａ５、及びｃ５は冷媒入口マニホールドを、孔ｓ６、ａ６、及びｃ６はカソード出口マニホールドを画定する。
【００１８】
ＭＥＧＡ２０に対向するセパレータ３３ａの面には、アノード入口マニホールドとアノード出口マニホールドとを連通して燃料ガスが流れるアノード流路３４ａが形成されている。セパレータ３３ａのアノード流路３４ａとは反対側の面、及びセパレータ３３ａに対向するセパレータ３３ｃの面には、冷媒入口マニホールドと冷媒出口マニホールドとを連通し冷媒が流れる冷媒流路３５ａ及び３５ｃがそれぞれ形成されている。セパレータ３３ｃの冷媒流路３５ｃとは反対側の面には、カソード入口マニホールドとカソード出口マニホールドとを連通して酸化剤ガスが流れるカソード流路３４ｃが形成されている。尚、セパレータ３３ａ及び３３ｃは、ガス遮断性及び導電性を有する材料によって形成され、プレス成形されたステンレス鋼や、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、又は緻密質カーボン等のカーボン製部材によって形成してもよい。
【００１９】
枠部材４０上には、ガスケット４６〜４８が形成されている。ガスケット４６は、枠部材４０の外周縁に沿った枠状である。ガスケット４７は、孔ｓ１〜ｓ６のそれぞれの周辺に形成され、孔ｓ１〜ｓ６のそれぞれを包囲した枠状である。ガスケット４８は、ＭＥＧＡ２０を包囲した枠状である。ガスケット４６〜４８は、それぞれ弾性を有したゴム製である。尚、ガスケットの構成は上記に限定されない。例えば、カソード入口マニホールド及びカソード出口マニホールドをそれぞれ形成する孔ｓ３及びｓ４にはガスケット４７が形成されず、ガスケット４８を備えない構成としてもよい。また、別の構成では、カソード入口マニホールド及びカソード出口マニホールドを形成する孔ｓ３及びｓ４とＭＥＧＡ２０の全体を包囲するガスケット４９を備え、ガスケット４６及び４８を備えない構成としてもよい。これらの構成によっても、ガスケット４７により、アノード入口マニホールド、アノード出口マニホールド、冷媒入口マニホールド、冷媒出口マニホールドをそれぞれ包囲してシールし、かつガスケット４６及び４７、又はガスケット４９により、アノード入口マニホールド、アノード出口マニホールド、冷媒入口マニホールド、冷媒出口マニホールドとは隔離して、カソード入口マニホールド、カソード出口マニホールド、カソード流路を包囲してシールすることができる。ガスケット４６〜４８は、枠部材４０と別体に形成されて枠部材４０上に接合されているが、これに限定されず、枠部材４０とガスケット４６〜４８の少なくとも一つとが、同一又は異なる材料により一体形成されていてもよい。
【００２０】
図２は、単セル６０の部分断面図である。詳細には、図２は単セル６０の長手方向に直交する断面の一部を示している。ＭＥＧＡ２０は、上述した拡散層２２ｃ及び２２ａと、膜電極接合体（以下、ＭＥＡと称する）１０とを含む。ＭＥＡ１０は、略矩形状の電解質膜１１と、図２において電解質膜１１の上側の面及び下側の面にそれぞれ形成されたカソード側触媒層１２ｃ及びアノード側触媒層１２ａ（以下、触媒層と称する）とを含む。電解質膜１１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り、例えばフッ素系のイオン交換膜である。電解質膜１１は、周縁領域１１ｅと、周縁領域１１ｅに囲まれた中央領域１１ｃとを有している。
【００２１】
触媒層１２ｃは、電解質膜１１の上側の面の中央領域１１ｃに形成され、周縁領域１１ｅには形成されていない。触媒層１２ａは、電解質膜１１の端部との位置が略揃うように形成されている。即ち、触媒層１２ａは、電解質膜１１の周縁領域１１ｅ及び中央領域１１ｃを含む、電解質膜１１の下側の面の略全面にわたって形成されている。触媒層１２ｃ及び１２ａ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とを、電解質膜１１に塗布することにより形成される。
【００２２】
拡散層２２ｃ及び２２ａはそれぞれ、触媒層１２ｃ及び１２ａに接合されている。拡散層２２ｃ及び２２ａは、ガス透過性及び導電性を有する材料、例えば炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。拡散層２２ｃは、その端部が触媒層１２ｃの端部よりもやや内側に位置するか又は略揃う位置に設けられている。従って、拡散層２２ｃは、触媒層１２ｃを介して電解質膜１１の中央領域１１ｃに重なるが周縁領域１１ｅには重ならないように設けられている。これにより、拡散層２２ｃは、周縁領域１１ｅを露出するように設けられている。
【００２３】
拡散層２２ａも同様に、その端部が、触媒層１２ａの端部に略揃う位置に設けられるが、上述したように触媒層１２ａは電解質膜１１の下側の面に略全面にわたって形成されている。このため、拡散層２２ａは、触媒層１２ａを介して中央領域１１ｃのみならず周縁領域１１ｅにも重なるように設けられている。このように周縁領域１１ｅにも重なるように拡散層２２ａが設けられているため、ＭＥＡ１０は安定して支持されている。
【００２４】
枠部材４０は、クロスリークや触媒電極同士の電気的短絡を防ぐための部材である。枠部材４０は、枠状であり樹脂製の基材層４１と、図２において基材層４１の下側の面に設けられた接着層４２と、図２において基材層４１の上側の面に設けられた被膜層４３とを備えている。基材層４１の下側の面には、接着層４２によりセパレータ３３ａが接着されている。接着層４２及び被膜層４３は、共に熱可塑性樹脂であるが、接着層４２には接着成分が含有され、被膜層４３には接着成分は含有されていない。尚、基材層４１にも接着成分は含有されていない。接着層４２及び被膜層４３も、基材層４１と同様に枠状に設けられている。接着層４２及び被膜層４３は、面積がほぼ同じであり、厚みもほぼ同じである。ガスケット４６〜４８は、被膜層４３上に設けられている。
【００２５】
セパレータ３３ｃは、セパレータ３３ａの基材層４１が接着された側とは反対側でセパレータ３３ａに接合されている。また、基材層４１の内周縁４１ｅ側の下側の面は、接着層５０及び４２により電解質膜１１の周縁領域１１ｅに接着されている。基材層４１の下側の面の、周縁領域１１ｅに接着されている領域では、接着層５０と接着層４２とが混在している。接着層５０は紫外線硬化性樹脂である。このようにして、枠部材４０は、ＭＥＧＡ２０を支持し、セパレータ３３ａに接合されている。セパレータ３３ａは、ＭＥＧＡ２０の一方側に配置されている。
【００２６】
このような単セル６０が複数積層されて、燃料電池が構成される。このため、燃料電池では、図２に示したＭＥＧＡ２０及び枠部材４０は、図示されているセパレータ３３ａと、図２の単セル６０の上方側に隣接する不図示の他の単セルのカソードセパレータとにより挟持される。また、図２の単セル６０の下方側に隣接する不図示の他の単セルのＭＥＧＡ及び枠部材は、図２のセパレータ３３ｃと、この不図示の他の単セルのアノードセパレータとにより挟持される。尚、ガスケット４６〜４８は、単セル６０の上方側に隣接する不図示の他の単セルのカソードセパレータにより圧縮される。
【００２７】
次に、単セル６０の製造方法について説明する。図３は、単セル６０の製造方法を示すフローチャートである。図４Ａ〜図４Ｄは、単セル６０の製造方法の説明図である。まず、ＭＥＧＡ２０と枠部材４０とセパレータ３３ａ及び３３ｃとを準備する（ステップＳ１０）。
【００２８】
次に、ＭＥＧＡ２０の電解質膜１１の周縁領域１１ｅと基材層４１の内周縁４１ｅ側の下側の面とを接着層５０により接合する（ステップＳ２０）。具体的には、ディスペンサー等により周縁領域１１ｅ上に塗布された接着層５０に対して、枠部材４０の基材層４１の内周縁４１ｅ側の下側の面を接触させて、図４Ｂに示すように枠部材４０の上方から周縁領域１１ｅ側に紫外線を照射することにより接着層５０を硬化させて、枠部材４０をＭＥＧＡ２０に接合する。ここで、枠部材４０は紫外線透過性を有する材料により形成されている。また、基材層４１の内周縁４１ｅ側では、接着層４２と接着層５０とが混入した状態で接着層５０が硬化される。
【００２９】
次に、セパレータ３３ｃ及び３３ａを、接着又は溶接により接合する（ステップＳ３０）。次に、枠部材４０とセパレータ３３ａとを、接着層４２により接合する（ステップＳ４０）。具体的には、枠部材４０の基材層４１とセパレータ３３ａとを接着層４２を介して接触させた状態で、図４Ｃに示すように、枠部材４０とセパレータ３３ａ及び３３ｃとを加熱プレス型により加熱及び加圧される。これにより、接着層４２が融解し、その後に加熱が解除されて接着層４２が冷却されることにより接着層４２が硬化した後に、加圧が解除されて図４Ｄに示すように枠部材４０とセパレータ３３ａとは接合される。また、上述したように被膜層４３は接着成分を含有しないため、加熱及び加圧時に加熱プレス型に被膜層４３が付着することが防止される。また、基材層４１の下側の面の内周縁４１ｅ側では、接着層４２と接着層５０とにより電解質膜１１の周縁領域１１ｅと接合される。尚、ステップＳ３０及びＳ４０の工程の順序は逆であってもよい。ステップＳ３０をステップＳ４０の後に実施する場合には、ステップＳ３０でセパレータ３３ｃ及び３３ａを、接着又は溶接により接合する際に、接着層４２の溶解温度以下で接合を実施する。
【００３０】
尚、枠部材４０の基材層４１は、上述した加熱工程での熱膨張を抑制するために、比較的線膨張係数の小さい材料により形成されている。例えば枠部材４０の基材層４１の材料は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）等である。これに対して接着層４２の材料は、枠部材４０の材料よりも線膨張係数が大きい。具体的には、接着層４２は、ポリオレフィンの少なくとも一つに官能基を有した変性ポリオレフィンである。さらに具体的には、シランカップリング剤、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、無水マレイン酸を含む酸無水物、アクリル酸、メタクリル酸を含むカルボン酸、ビニルアルコール、エチルヘキシルアクリレートを含むアルコール類に含まれる群のうちいずれかまたはこれらの組み合わせを配合することにより、ポリオレフィンの少なくとも一つに官能基を有することができ、例えば、マレイン酸変性ポリプロピレンを使用できる。通常ポリオレフィンは非極性であり、金属との接着性が困難であるが、上述の添加剤を配合することにより、極性を持たせることができ、金属との接着性が向上する。被膜層４３の材料は、枠部材４０の線膨張係数よりも大きい材料により形成されている。具体的には、被膜層４３は、シランカップリング剤等の添加剤が配合されていないポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンである。
【００３１】
次に、比較例である枠部材４０ｘについて説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、比較例の枠部材４０ｘの説明図である。枠部材４０ｘは、枠部材４０と異なり被膜層４３が設けられていない。このような枠部材４０ｘを用いて、接着層４２により枠部材４０の基材層４１とセパレータ３３ａとが接合される。接着層４２を介して基材層４１とセパレータ３３ａとを接触させてこれらが加熱されると、基材層４１と接着層４２との線膨張係数の差に起因した膨張率の差により、図５Ｂに示すように枠部材４０ｘに反りが発生する場合がある。このような状態で接着層４２が融解して基材層４１とセパレータ３３ａとに接合されると、枠部材４０ｘに反りが発生したままセパレータ３３ａに接合される可能性がある。また、枠部材４０ｘとセパレータ３３ａとの接合後に基材層４１に内部応力が残留したままとなる可能性もある。このため、基材層４１とセパレータ３３ａとの間のシール性を十分に確保できない可能性がある。
【００３２】
本実施例では、接着層４２とは反対側の基材層４１の面に被膜層４３が形成されている。上述したように、被膜層４３の線膨張係数は、接着層４２と同様に基材層４１よりも大きいため、これらが加熱されると、接着層４２と同様に、被膜層４３も基材層４１よりも大きい膨張率で平面方向に膨張しようとする。即ち、接着層４２及び被膜層４３のそれぞれが、基材層４１よりも大きい膨張率で平面方向に膨張しようとする。このため、接着層４２及び被膜層４３での膨張率の差が低減され、この結果枠部材４０での反りの発生が抑制される。これにより、基材層４１を平坦な状態でセパレータ３３ａに接合でき、基材層４１とセパレータ３３ａとの間のシール性を確保できる。
【００３３】
本実施例では接着層５０は、紫外線硬化樹脂であるが、これに限定されず、熱可塑性樹脂であってもよい。この場合、接着層４２と異なる種類の接着層を使用せずに、ＭＥＧＡ２０の周縁領域に対向する枠部材４０の内周縁４０ｅ側のみを加熱することにより、接着層４３の内周縁側のみを溶解させて、ＭＥＧＡ２０と枠部材４０とを接合してもよい。なお、このとき、枠部材４０の内周縁４０ｅ側を除く外周領域が加熱されないように、外周領域を冷却しながら接合してもよい。また、接着層５０は、熱硬化性樹脂であってもよい。この場合も、ＭＥＧＡ２０と枠部材４０との接合時での加熱の際に、接着層４２が融解しないように、接着層５０の硬化温度は接着層４２の融点よりも低いものを用いる。
【００３４】
尚、上記実施例では、枠部材４０が加熱される工程として、枠部材４０とセパレータ３３ａとの接合時のみを例に説明したが、これに限定されない。例えば、上述したように接着層５０が熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂であった場合、ＭＥＧＡ２０と枠部材４０との接合時にも枠部材４０が加熱される。また、接着層５０が紫外線硬化性樹脂の場合にも、紫外線が照射される部分に紫外線を吸収する材料が存在する場合には、発熱する場合がある。また、被膜層４３上に熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂である接着剤によりガスケット等が接合される場合には、この際にも枠部材４０が加熱される。このように単セル６０の製造過程で複数回にわたり枠部材４０が加熱される場合であっても、枠部材４０の反りの発生が抑制される。このため、製造過程での枠部材４０の取り扱いが容易となり、生産性の低下も抑制される。
【００３５】
上述したように、被膜層４３には接着成分は含有していないが、被膜層４３に他の部材との接着に寄与しない程度に微量な接着成分を含有していてもよい。また、複数の単セル６０が積層された状態では、被膜層４３は隣接する他の単セルのセパレータに接着されていない。尚、枠部材４０は、例えば、板状の基材層の一方の面に、スクリーン印刷や転写により接着層を設け、同様に他方の面に被膜層を設け、その後にプレス抜き加工によりこれらの層を枠状に裁断すると共に孔ｓ１〜ｓ６を形成することにより製造される。
【００３６】
ここで、枠部材の反りの発生を抑制する観点からは、接着層及び被膜層は、線膨張係数が同一の材料であって、大きさや厚みも同一であることが望ましい。しかしながら、種々の理由により接着層及び被膜層の材料として線膨張係数が異なるものを用いることも考えられる。以下では、接着層及び被膜層の材料の線膨張係数が異なる変形例について説明する。
【００３７】
図６Ａは、変形例の単セル６０ａの部分断面図である。尚、同一の構成については同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。単セル６０ａの枠部材４０ａでは、被膜層４３ａは接着層４２ａよりも線膨張係数が小さい材料で形成されている。また、被膜層４３ａは接着層４２ａよりも厚く形成されている。ここで、被膜層４３ａは接着層４２ａよりも線膨張係数が小さいが厚みが同一であると仮定すると、枠部材４０ａの加熱時に、接着層４２ａは被膜層４３ａよりも大きく膨張し、接着層４２ａ側に凸となるように枠部材４０ａに反りが発生する。しかしながら実際には被膜層４３ａは接着層４２ａよりも厚いため、上記の仮定の場合よりも、被膜層４３ａの膨張により基材層４１に作用する力が増大し、接着層４２ａの膨張により基材層４１に作用する力と被膜層４３ａの膨張により基材層４１に作用する力との差が小さくなり、枠部材４０ａの反りの発生が抑制される。
【００３８】
図６Ｂは、変形例の単セル６０ｂの部分断面図である。単セル６０ｂの枠部材４０ｂでは、被膜層４３ｂは接着層４２ｂよりも線膨張係数が大きい材料で形成されている。また、被膜層４３ｂは接着層４２ｂよりも薄く形成されている。ここで、被膜層４３ｂは接着層４２ｂよりも線膨張係数が大きいが厚みが同一であると仮定すると、枠部材４０ｂの加熱時に、被膜層４３ｂは接着層４２ｂよりも大きく膨張し、被膜層４３ｂ側に凸となるように枠部材４０ｂに反りが発生する。しかしながら実際には被膜層４３ｂは接着層４２ｂよりも薄いため、上記の仮定の場合よりも、被膜層４３ｂの膨張により基材層４１に作用する力が減少し、接着層４２ｂの膨張により基材層４１に作用する力と被膜層４３ｂの膨張により基材層４１に作用する力との差が小さくなり、枠部材４０ｂの反りの発生が抑制される。
【００３９】
以上の変形例のように、接着層及び被膜層について線膨張係数が異なる材料を用いる場合には、両者の厚みを変更することにより、枠部材の反りの発生を抑制できる。例えば、被膜層は他の部材を接着する必要性はなく、製造工程において被膜層を融解させる必要性もないため、被膜層の材料として接着層よりも融点の高い材料を用いることができる。これにより製造工程において枠部材の取り扱いが容易となる。また、製造コストを優先して、被膜層の材料として接着層の材料よりも安価なものを使用した場合であっても、上記のように接着層と被膜層との厚みを変更することにより、枠部材の反りの発生を抑制できる。また、被膜層は、複数の単セルが積層された場合には、隣接する他の単セルのセパレータに押圧される。ここで、複数の単セルが積層された状態での単セルの平面方向での位置ずれを抑制するために、被膜層の材料として接着層の材料よりも摩擦係数の大きいものを使用したり、又は弾性率の小さいものを使用した場合にも、枠部材の反りの発生を抑制できる。
【００４０】
上記実施例及び変形例でのＭＥＧＡ２０は、拡散層２２ｃの外周形状が拡散層２２ａの外周形状よりも小さく、触媒層１２ｃ及び拡散層２２ｃが電解質膜１１の周縁領域１１ｅを露出するように設けられている例を示したがこれに限定されない。例えば、アノード側拡散層の外周形状がカソード側拡散層の外周形状よりも小さく、アノード触媒層及びアノード側ガス拡散層が電解質膜の周縁領域を露出するように設けられていてもよい。
【００４１】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態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】
２０  膜電極ガス拡散層接合体
３３ａ  アノード側セパレータ
３３ｂ  カソード側セパレータ
４０  枠部材
４１  基材層
４２  接着層
４３  被膜層
４６〜４８  ガスケット
【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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