(57)【要約】【課題】簡単な構成で、段差ＭＥＡを構成する固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂枠部材を強固に接合するとともに、接着剤の劣化等を可及的に抑制す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、電解質膜・電極構造体１０ａと樹脂枠部材２４とを一体化する。樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ａには、電解質膜・電極構造体１０ａとの当接部位を周回して接着剤塗布部２５ａが設けられる。樹脂枠部材２４の基端部には、アノード電極２０と前記樹脂枠部材２４とが一体化された樹脂含浸部２４ｔが設けられる。接着剤塗布部２５ａと樹脂含浸部２４ｔとの間には、断熱用空間部２８が形成される。【選択図】図２
2015060621.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は、第１触媒層及び第１拡散層を有する第１電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第２触媒層及び第２拡散層を有する第２電極が設けられるとともに、前記第１電極の平面寸法は、前記第２電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定される段差状の電解質膜・電極構造体と、
前記固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂枠部材と、
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、
前記樹脂枠部材は、内周基端部から前記第２電極側に膨出する薄肉状の内側膨出部を有し、前記内側膨出部には、前記電解質膜・電極構造体との当接部位を周回して接着剤が塗布される接着剤塗布部が設けられるとともに、
前記樹脂枠部材の前記内周基端部には、前記第１電極の外周端部に樹脂材を含浸させることにより、前記第１電極と前記樹脂枠部材とが一体化された樹脂含浸部が設けられ、
前記接着剤塗布部と前記樹脂含浸部との間には、断熱用空間部が形成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、前記内側膨出部は、前記電解質膜・電極構造体との当接部位を周回する周回凹部を形成するとともに、
前記周回凹部には、前記接着剤塗布部及び前記断熱用空間部が構成され、且つ、前記内周基端部側の端部には、前記樹脂含浸部に対向して前記電解質膜・電極構造体側に突出する周回凸部が形成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、固体高分子電解質膜を第１電極及び第２電極で挟んだ段差ＭＥＡと、前記段差ＭＥＡの外周を周回して設けられる樹脂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。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）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、燃料電池が構成されている。この燃料電池は、所定の数だけ積層することにより、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】
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平面寸法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平面寸法に設定される、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、樹脂枠部材を組み込んだ樹脂枠付きＭＥＡが採用されている。
【０００４】
この種の樹脂枠付きＭＥＡとして、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と、前記膜１の一方の側に配置されたアノード触媒層２ａと、前記膜１の他方の側に配置されたカソード触媒層３ａとを有している。膜１の両面には、ＧＤＬ（ガス拡散層）２ｂとＧＤＬ３ｂとが備えられるとともに、アノード側の前記ＧＤＬ２ｂ側の面積（平面寸法）は、カソード側の前記ＧＤＬ３ｂの面積よりも大きな面積に形成されている。
【０００５】
ＭＥＡのエッジ領域は、アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層３ａの端部の周囲の少なくとも一部に配置されるカソード側とアノード側のガスケット層が一体化されてなるガスケット構造体４が配されている。少なくともＧＤＬ面積が小さい側（ＧＤＬ３ｂ側）の膜１の外周部と、ガスケット構造体４とは、接着層５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】
しかしながら、上記の電解質膜−電極接合体では、膜１の外周部とガスケット構造体４とが、接着層５のみを介して接合されているだけである。このため、膜１とガスケット構造体４との接合強度が低下し易くなり、前記膜１と前記ガスケット構造体４とが分離するという問題がある。
【０００８】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、段差ＭＥＡを構成する固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂枠部材を強固に接合するとともに、接着剤の劣化等を可及的に抑制す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】
【０００９】
本発明に係る燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、固体高分子電解質膜の一方の面には、第１触媒層及び第１拡散層を有する第１電極が設けられている。固体高分子電解質膜の他方の面には、第２触媒層及び第２拡散層を有する第２電極が設けられるとともに、第１電極の平面寸法は、前記第２電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定されている。固体高分子電解質膜の外周を周回して、樹脂枠部材が設けられている。
【００１０】
樹脂枠部材は、内周基端部から第２電極側に膨出する薄肉状の内側膨出部を有し、前記内側膨出部には、電解質膜・電極構造体との当接部位を周回して接着剤が塗布される接着剤塗布部が設けられている。そして、樹脂枠部材の内周基端部には、第１電極の外周端部に樹脂材を含浸させることにより、前記第１電極と前記樹脂枠部材とが一体化された樹脂含浸部が設けられている。接着剤塗布部と樹脂含浸部との間には、断熱用空間部が形成されている。
【００１１】
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、内側膨出部は、電解質膜・電極構造体との当接部位を周回する周回凹部を形成することが好ましい。周回凹部には、接着剤塗布部及び断熱用空間部が構成され、且つ、内周基端部側の端部には、樹脂含浸部に対向して電解質膜・電極構造体側に突出する周回凸部が形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とは、接着剤が塗布された接着剤塗布部と、樹脂材が含浸された樹脂含浸部とにより、固着されている。このため、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とは、強固且つ確実に固定され、互いに分離することを可及的に抑制することができる。
【００１３】
しかも、接着剤塗布部と樹脂含浸部との間には、断熱用空間部が形成されている。従って、接着剤は、樹脂含浸時の熱による影響を受けることがなく、例えば、前記接着剤の熱分解を確実に阻止することが可能になる。
【００１４】
これにより、簡単な構成で、段差ＭＥＡを構成する固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂枠部材を強固に接合するとともに、接着剤の劣化等を可及的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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・電極構造体の要部説明図である。
【図４】前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を構成する樹脂枠部材の斜視説明図である。
【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に開示されている電解質膜−電極接合体の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、横長（又は縦長）の長方形状の固体高分子型燃料電池１２に組み込まれる。複数の燃料電池１２は、例えば、矢印Ａ方向（水平方向）又は矢印Ｃ方向（重力方向）に積層されて燃料電池スタックが構成される。燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。
【００１７】
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、横長（又は縦長）の長方形状を有する。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る。
【００１８】
長方形状の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、図１〜図３に示すように、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を挟持するアノード電極（第１電極）２０及びカソード電極（第２電極）２２とを有する。
【００１９】
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）系電解質を使用してもよい。カソード電極２２は、固体高分子電解質膜１８及びアノード電極２０よりも小さな平面寸法を有する。
【００２０】
なお、上記の構成に代えて、アノード電極２０が、固体高分子電解質膜１８及びカソード電極２２よりも小さな平面寸法を有するように構成してもよい。その際、アノード電極２０は、第２電極であり、カソード電極２２は、第１電極である。
【００２１】
アノード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の一方の面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（第１拡散層）２０ｂとを設ける。第１電極触媒層２０ａ及び第１ガス拡散層２０ｂは、同一の外形寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜１８と同一（又は同一未満）の外形寸法に設定される。
【００２２】
カソード電極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（第２拡散層）２２ｂとを設ける。第２電極触媒層２２ａの外周端部２２ａｅは、第２ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅよりも外方に突出するとともに、前記第２電極触媒層２２ａは、固体高分子電解質膜１８の外形寸法よりも小さな外形寸法に設定される。
【００２３】
第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂは、カーボンペーパ等からなるとともに、前記第２ガス拡散層２２ｂの平面寸法は、前記第１ガス拡散層２０ｂの平面寸法よりも小さく設定される。第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、例えば、固体高分子電解質膜１８の両面に形成される。
【００２４】
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２０及びカソード電極２２に接合される樹脂枠部材２４を備える。樹脂枠部材２４は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、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）等で構成される。
【００２５】
樹脂枠部材２４とカソード電極２２の第１ガス拡散層２０ｂとは、樹脂含浸部２４ｔにより一体化される。樹脂含浸部２４ｔは、後述するように、樹脂枠部材２４に一体成形される樹脂突起部２４ｔａを加熱変形させて構成される。樹脂突起部２４ｔａは、リブ形状を有し、第１ガス拡散層２０ｂを周回する枠形状に構成される。なお、樹脂突起部２４ｔａは、周回形状の少なくとも一部に切り欠き部（非連続部）を設けてもよい。
【００２６】
樹脂枠部材２４の内周基端部２４ｂには、カソード電極２２の外周側に突出する薄肉状内側膨出部２４ａが一体に設けられる。内側膨出部２４ａは、カソード電極２２と同一の肉厚、実質的には、第２ガス拡散層２２ｂと同一の肉厚である厚さ（第２ガス拡散層２２ｂ上に中間層を設ける場合には、前記中間層の厚さも含む）を有する。
【００２７】
内側膨出部２４ａは、電解質膜・電極構造体１０ａとの当接部位を周回して周回凹部２６ａを有する。周回凹部２６ａには、接着剤２５を塗布する接着剤塗布部２５ａが設けられる。接着剤２５としては、例えば、液状シールやホットメルト剤が用いられる。
【００２８】
周回凹部２６ａは、内側膨出部２４ａの内周端側に設けられる内周凸部２６ｂ１と、前記内側膨出部２４ａの外周端側（内周基端部２４ｂ側）に設けられる外周凸部（周回凸部）２６ｂ２との間に形成される。外周凸部２６ｂ２は、積層方向（矢印Ａ方向）に沿って樹脂含浸部２４ｔに対向して（重なり合って）いる。周回凹部２６ａには、接着剤塗布部２５ａと樹脂含浸部２４ｔとの間に位置して、具体的には、図３に示すように、断面視及び平面視で、前記接着剤塗布部２５ａと外周凸部２６ｂ２との間に位置して、断熱用の空間部２８が形成される。すなわち、空間部２８は、接着剤塗布部２５ａの外周端位置と樹脂含浸部２４ｔの内周端位置との間に形成される。
【００２９】
外周凸部２６ｂ２は、第２電極触媒層２２ａの厚さ分だけ内周凸部２６ｂ１の厚さよりも厚く構成される。内周凸部２６ｂ１は、電解質膜・電極構造体１０ａの第２ガス拡散層２２ｂから外方に突出する第２電極触媒層２２ａに当接する。外周凸部２６ｂ２は、電解質膜・電極構造体１０ａを構成する固体高分子電解質膜１８の最外周部に当接する。
【００３０】
樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ａと電解質膜・電極構造体１０ａとは、周回凹部２６ａに塗布される接着剤２５の層である接着剤塗布部２５ａにより接着される。接着剤塗布部２５ａは、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅの全周に亘って額縁状に形成される。図２に示すように、樹脂枠部材２４の内周端部２４ａｅと第２ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅとの間には、隙間が形成される。この隙間には、接着剤塗布部２５ａが形成される。
【００３１】
図３に示すように、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０には、樹脂含浸部２４ｔが設けられ、所望の強度を有するとともに、樹脂変形温度（例えば、５００℃）が付与される含浸領域ｆ１が設定される。樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０には、接着剤２５の分解温度未満（例えば、２５０℃）に維持されるとともに、固体高分子電解質膜１８の構造を保証してガス拡散層遮断性を確保するガス封止保証領域ｆ２が設定される。具体的には、上記の条件を満たすように、空間部２８の寸法が設定される。
【００３２】
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０には、ガス拡散抑制領域ｆ３が設定される。ガス拡散抑制領域ｆ３は、第２電極触媒層２２ａの先端部から発電領域ｆ４との境界部位までの範囲に設定され、酸化剤ガスが前記第２電極触媒層２２ａ内のみを流通するように、機能する。ガス拡散抑制領域ｆ３は、接着剤２５の分解がなく、固体高分子電解質膜１８の機械的特性を維持し得る温度（例えば、１８０℃）以下に維持される。発電領域ｆ４は、発電機能の低下がなく、固体高分子電解質膜１８の分解温度（例えば、１６０℃）未満に維持される。
【００３３】
なお、断熱層である空間部２８は、好ましくは、周回凹部２６ａの全周に亘って設けられているが、全周の一部であってもよい。また、空間部２８は、好ましくは、樹脂含浸部２４ｔに対応する位置に設けられる。
【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、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３０ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、冷却媒体入口連通孔３２ａは、冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔３４ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂは、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燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが設けられる。燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂは、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。互いに隣接する第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を構成する樹脂枠部材２４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に当接する面がセパレータ面に沿って平面状に延在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】
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。
【００４２】
先ず、段差ＭＥＡである電解質膜・電極構造体１０ａが作製される一方、樹脂枠部材２４は、金型（図示せず）を用いて射出成形される。図４に示すように、樹脂枠部材２４は、肉薄形状の内側膨出部２４ａを有する。内側膨出部２４ａとは反対側の面には、厚さ方向に突出し且つアノード電極２０を周回し、前記アノード電極２０に樹脂含浸されて樹脂含浸部２４ｔを形成するための樹脂突起部２４ｔａが、枠状に周回して一体成形される。
【００４３】
次に、図５に示すように、樹脂枠部材２４の周回凹部２６ａには、接着剤２５が、例えば、図示しないディスペンサーを介して塗布され、接着剤塗布部２５ａが形成される。一方、樹脂枠部材２４の内周端部２４ａｅの内周面には、接着剤２５が塗布され、接着剤塗布部２５ａが形成される。
【００４４】
そして、樹脂枠部材２４の内周基端部２４ｂと電解質膜・電極構造体１０ａの第１ガス拡散層２０ｂの外周端部２０ｂｅとが位置合わせされ、接着剤２５が加熱されるとともに、荷重（プレス等）が付与される。
【００４５】
これにより、樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ａと固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅとは、接着剤塗布部２５ａを介して接着される。また、樹脂枠部材２４の内周端部２４ａｅの内周面と第２ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅの先端面とは、接着剤塗布部２５ａを介して接着される。
【００４６】
さらに、図６に示すように、電解質膜・電極構造体１０ａと樹脂枠部材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、前記樹脂枠部材２４の樹脂突起部２４ｔａ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。
【００４７】
従って、樹脂突起部２４ｔａは、加熱溶融され、前記樹脂突起部２４ｔａは、アノード電極２０を構成する第１ガス拡散層２０ｂに含浸されて樹脂含浸部２４ｔが設けられる。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。
【００４８】
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２セパレータ１６は、樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ａに当接し、第１セパレータ１４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。
【００４９】
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。
【００５０】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａには、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には、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には、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。
【００５１】
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２２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２０に供給される。
【００５２】
従って、各電解質膜・電極構造体１０ａでは、カソード電極２２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２０に供給される燃料ガスとが、第２電極触媒層２２ａ及び第１電極触媒層２０ａ内で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。
【００５３】
次いで、カソード電極２２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２０に供給されて消費された燃料ガスは、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。
【００５４】
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。
【００５５】
この場合、本実施形態では、図２に示すように、樹脂枠部材２４と固体高分子電解質膜１８のカソード電極２２側とは、接着剤２５により接合されている。一方、樹脂枠部材２４とアノード電極２０側とは、樹脂突起部２４ｔａが樹脂含浸することにより接合されている。このため、カソード電極２２及びアノード電極２０と樹脂枠部材２４とは、強固且つ確実に固定され、互いに分離することを可及的に抑制することができる。
【００５６】
しかも、図２及び図３に示すように、接着剤塗布部２５ａと樹脂含浸部２４ｔとの間には、断熱用の空間部２８が形成されている。従って、接着剤２５は、樹脂含浸時の熱による影響を受けることがなく、例えば、前記接着剤２５の熱分解を確実に阻止することが可能になる。
【００５７】
これにより、簡単な構成で、電解質膜・電極構造体１０ａを構成する固体高分子電解質膜１８の外周を周回して樹脂枠部材２４を強固に接合するとともに、接着剤２５の劣化等を可及的に抑制することができるという効果が得られる。
【００５８】
なお、本実施形態では、樹脂含浸部２４ｔが樹脂枠部材２４に一体成形される樹脂突起部２４ｔａ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２４ｔを形成してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
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…アノード電極
２０ａ、２２ａ…電極触媒層              ２０ｂ、２２ｂ…ガス拡散層
２２…カソード電極                      ２４…樹脂枠部材
２４ａ…内側膨出部                      ２４ｂ…内周基端部
２４ｔ…樹脂含浸部                      ２４ｔａ…樹脂突起部
２５…接着剤                            ２５ａ…接着剤塗布部
２６ａ…周回凹部                        ２６ｂ１…内周凸部
２６ｂ２…外周凸部                      ２８…空間部
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】
2015060621.tif 000003
【図２】
2015060621.tif 000004
【図３】
2015060621.tif 000005
【図４】
2015060621.tif 000006
【図５】
2015060621.tif 000007
【図６】
2015060621.tif 000008
【図７】
2015060621.tif 000009