(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製枠部材を強固に接合するとともに、歩留まり及び製品品質の向上が容易に遂行可能にする。【解決手段】樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、樹脂枠部材２４は、固体高分子電解質膜の外周縁部に接着剤により接合される内側膨出部２４ａを一体に有する。樹脂枠部材２４は、アノード電極に樹脂含浸されることにより、前記樹脂枠部材２４と前記アノード電極とを接合させる樹脂含浸用リブ部２４ｔａを一体に有する。そして、リブ部２４ｔａは、周回形状の少なくとも一部に切り欠き部２４ｔｓを設ける。【選択図】図４
2015050138.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、前記第２電極側に膨出して前記固体高分子電解質膜の外周縁部に接着剤により接合される内側膨出部と、
前記第１電極側の面から厚さ方向に突出し且つ該第１電極を周回し、前記第１電極に樹脂含浸されることにより、前記樹脂枠部材と前記第１電極とを接合させる樹脂含浸用リブ部と、
を一体に有するとともに、
前記樹脂含浸用リブ部は、周回形状の少なくとも一部に切り欠き部を設け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、前記接着剤が周回して塗布された接着剤層を有し、前記接着剤層は、少なくとも一部に他の部に比べて接着剤量が多い増量部を設けるとともに、
前記樹脂含浸用リブ部は、前記増量部に対向する部位に前記切り欠き部を設け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、前記接着剤層は、前記接着剤の塗布開始部と塗布終了部とが部分的に重なることにより、前記増量部を設け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４】
請求項１〜３のいずれか１項に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、前記樹脂枠部材は、長方形状を有するとともに、
前記切り欠き部は、前記樹脂枠部材の長辺側に設けら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。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、所定の数だけ積層して燃料電池スタックを構成することにより、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９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（平面寸法）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、上記の特許文献１では、ＭＥＡとガスケット構造体４とが、ＧＤＬ３ｂから外部に露呈する膜１の外周縁部に接着層５を介して固定されているだけである。このため、ＭＥＡとガスケット構造体４との接合強度が低く、所望の強度を得ることができないという問題がある。
【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製枠部材を強固に接合するとともに、歩留まり及び製品品質の向上が容易に遂行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電極が設けられている。第１電極の平面寸法は、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・電極構造体を構成している。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】
この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、樹脂枠部材は、第２電極側に膨出して固体高分子電解質膜の外周縁部に接着剤により接合される内側膨出部を一体に有している。樹脂枠部材は、第１電極側の面から厚さ方向に突出し且つ該第１電極を周回し、前記第１電極に樹脂含浸されることにより、前記樹脂枠部材と前記第１電極とを接合させる樹脂含浸用リブ部を一体に有している。そして、樹脂含浸用リブ部は、周回形状の少なくとも一部に切り欠き部を設けている。
【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、接着剤が周回して塗布された接着剤層を有し、前記接着剤層は、少なくとも一部に他の部に比べて接着剤量が多い増量部を設けることが好ましい。一方、樹脂含浸用リブ部は、増量部に対向する部位に切り欠き部を設けることが好ましい。
【００１２】
さらに、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、接着剤層は、接着剤の塗布開始部と塗布終了部とが部分的に重なることにより、増量部を設けることが好ましい。
【００１３】
さらにまた、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、樹脂枠部材は、長方形状を有するとともに、切り欠き部は、前記樹脂枠部材の長辺側に設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、樹脂枠部材と固体高分子電解質膜の第２電極側とは、接着剤により接合されるとともに、前記樹脂枠部材と第１電極とは、該樹脂枠部材に一体に設けられた樹脂含浸用リブ部が樹脂含浸することにより接合されている。このため、第１電極及び第２電極と樹脂製枠部材との接合強度が良好に向上する。
【００１５】
しかも、樹脂含浸用リブ部は、周回形状の少なくとも一部に切り欠き部を設けている。例えば、接着剤が増量される部位では、第１電極側に前記接着剤がはみ出すおそれがある。その際、接着剤がはみ出す部位では、切り欠き部を設けることにより、樹脂含浸が行われない。従って、接着剤により樹脂含浸が阻害されることがなく、樹脂枠部材の割れや電極割れを有効に抑制することができる。
【００１６】
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製枠部材を強固に接合するとともに、歩留まり及び製品品質の向上が容易に遂行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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・電極構造体のカソ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】前記樹脂枠部材の角部及び長辺中央において、未含浸幅と界面せん断応力との関係説明図である。
【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】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８】前記樹脂枠部材の、図４中、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】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】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
長方形状の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、図２及び図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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図１〜図３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。
【００２７】
樹脂枠部材２４とアノード電極２０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含浸用リブ部２４ｔａにより構成される。図４に示すように、リブ部２４ｔａは、周回形状の少なくとも一部に、例えば、長方形状の樹脂枠部材２４の各長辺側、より好ましくは長辺中央側に切り欠き部２４ｔｓ、２４ｔｓを設ける。
【００２８】
図２及び図４に示すように、樹脂枠部材２４の内側壁部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。
【００２９】
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接着剤２５により接着剤層２５ｓが設けられる周回凹部２６ａを有する。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。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の外周端側に設けられる外周凸部２６ｂ２との間に形成される。
【００３０】
内周凸部２６ｂ１及び外周凸部２６ｂ２には、接着剤２５が塗布されていない。第２電極触媒層２２ａの外周端部２２ａｅは、周回凹部２６ａ内に突出して配置される。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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の層である接着剤層２５ｓにより接着される。接着剤層２５ｓ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。接着剤層２５ｓは、接着剤２５の塗布開始部と塗布終了部とが部分的に重なることにより、増量部２５ｓａを設ける。図４に示すように、増量部２５ｓａは、樹脂枠部材２４の各長辺中央側に設けられる。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、接着剤層２５ｓが形成される。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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ことにより、成形される。
【００４２】
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を形成するためのリブ部２４ｔａが、枠状に周回して一体成形される。リブ部２４ｔａには、樹脂枠部材２４の各長辺の略中央部に対応して切り欠き部２４ｔｓが設けられる。
【００４３】
切り欠き部２４ｔｓの位置は、接着剤層２５ｓの他の部に比べて接着剤量が多い増量部２５ｓａに対応して設けられる。具体的には、接着剤層２５ｓは、ディスペンサーによる接着剤２５の塗布開始部と塗布終了部とが部分的に重なることにより、増量部２５ｓａを設ける。接着剤２５の塗布開始部及び塗布終了部は、好ましくは、樹脂枠部材２４の各長辺の略中央部に設定されている。
【００４４】
長方形状の樹脂枠部材２４では、周回する樹脂含浸部２４ｔにおいて、角部の界面せん断応力が最大となっている。そこで、樹脂含浸部２４ｔに樹脂含浸を施さない領域が設けられるとともに、該領域の寸法（未含浸幅）を変更させて角部と長辺中央部（最小応力発生部）とにおける界面せん断応力を検出する実験を行った。
【００４５】
その結果、図５に示すように、長辺中央部では、未含浸幅が比較的大きくなっても、界面せん断応力が許容値未満であった。このため、切り欠き部２４ｔｓは、長辺中央部に設定された。一方、上記の考察から、接着剤２５の塗布開始部及び塗布終了部は、樹脂枠部材２４の各長辺の略中央部に設定されることになった。なお、接着剤２５の塗布開始部及び塗布終了部は、樹脂枠部材２４の一方の長辺の略中央部に設定してもよく、その場合には、切り欠き部２４ｔｓも、一方の長辺の略中央部に対応して設けられる。
【００４６】
次に、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、接着剤層２５ｓが形成される（図６参照）。その際、図４に示すように、接着剤２５の塗布開始部及び塗布終了部は、切り欠き部２４ｔｓに対応して樹脂枠部材２４の各長辺の略中央部となっている。一方、樹脂枠部材２４の内周端部２４ａｅの内周面には、接着剤２５が塗布される。
【００４７】
そして、樹脂枠部材２４の内側壁部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。
【００４８】
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、接着剤層２５ｓ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２５の層を介して接着される。
【００４９】
さらに、図７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のリブ部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。
【００５０】
従って、リブ部２４ｔａは、加熱溶融され、前記リブ部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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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により接合されるとともに、前記樹脂枠部材２４とアノード電極２０側とは、リブ部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との接合強度が良好に向上する。
【００５９】
しかも、リブ部２４ｔａは、周回形状の少なくとも一部に切り欠き部２４ｔｓを設けている。例えば、接着剤層２５ｓにおいて、接着剤２５が増量される増量部２５ｓａは、図８に示すように、アノード電極２０側に前記接着剤２５がはみ出すおそれがある。
【００６０】
その際、接着剤２５がはみ出す部位では、切り欠き部２４ｔｓを設けることにより、樹脂含浸が行われない。従って、接着剤２５により樹脂含浸が阻害されることがなく、樹脂枠部材２４の割れやアノード電極２０の割れ等を有効に抑制することができる。
【００６１】
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、歩留まり及び製品品質の向上が容易に遂行可能になるという効果が得られる。
【００６２】
しかも、切り欠き部２４ｔｓは、長方形状の樹脂枠部材２４において、発生応力が最も小さい部位、すなわち、少なくとも一方の長辺の略中央部に設けられている。このため、樹脂枠部材２４と電解質膜・電極構造体１０ａとの接合状態を確実に維持することができるという利点がある。
【符号の説明】
【００６３】
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…内側壁部
２４ｔ…樹脂含浸部                      ２４ｔａ…リブ部
２４ｔｓ…切り欠き部                    ２５…接着剤
２５ｓ…接着剤層                        ２５ｓａ…増量部
２６ａ…周回凹部                        ２６ｂ１…内周凸部
２６ｂ２…外周凸部                      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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【図８】
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【図９】
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