(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一側面上に配置された第１のガス拡散層と、前記膜電極接合体の他側面上に配置された第２のガス拡散層と、前記膜電極接合体の外周において前記膜電極接合体を支持する支持フレームとを備えた燃料電池単セルの製造方法であって、
前記一側面上に前記第１のガス拡散層が配置され、前記他側面に前記第２のガス拡散層が配置されていない前記膜電極接合体を準備する工程と、
前記膜電極接合体の前記他側面の外周縁部上に、カチオン重合型の紫外線硬化性を有する接着剤層を形成する工程と、
前記接着剤層の外側部分上に前記支持フレームの内側部分を配置し、前記接着剤層が光重合を開始するが完全には硬化しないように前記接着剤層に紫外線を照射する工程と、
前記接着剤層に紫外線を照射した後、前記接着剤層が完全に硬化する前に、前記膜電極接合体の前記他側面上に前記第２のガス拡散層を配置する工程であって、前記第２のガス拡散層の周縁部分が前記接着剤層の内側部分と重なるように配置する工程と、
を備える、
燃料電池単セルの製造方法。
【請求項２】
前記支持フレームには前記接着剤層を硬化させるための所定波長の紫外線が透過可能であり、
前記接着剤層に前記支持フレームを配置し、前記接着剤層に紫外線を照射する工程は、
前記接着剤層の前記外側部分上に前記支持フレームの前記内側部分を配置する工程と、
前記接着剤層に前記支持フレームを配置した後に、前記接着剤層が光重合を開始するが完全には硬化しないように前記接着剤層に前記所定波長の紫外線を照射する工程と、
を含む、
請求項１に記載の燃料電池単セルの製造方法。
【請求項３】
前記接着剤層に前記支持フレームを配置し、前記接着剤層に紫外線を照射する工程は、
前記接着剤層が光重合を開始するが完全には硬化しないように前記接着剤層に紫外線を照射する工程と、
前記接着剤層に紫外線を照射した後に、前記接着剤層の前記外側部分上に前記支持フレームの前記内側部分を配置する工程と、
を含む、
請求項１に記載の燃料電池単セルの製造方法。
【請求項４】
前記膜電極接合体の前記一側面はアノード極側面であり、前記他側面はカソード極側面である、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池単セルの製造方法。
【請求項５】
前記膜電極接合体及び前記第２のガス拡散層を互いに熱圧着する工程を更に備える、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池単セルの製造方法。
【請求項６】
前記支持フレームは、支持フレーム本体と、前記支持フレーム本体の内縁側から前記支持フレーム本体の内側へ延在し、前記支持フレーム本体よりも薄い突出部と、を含み、前記支持フレームの前記内側部分が前記突出部から形成されている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池単セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池単セルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質膜の両側に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、膜電極接合体の一側面上に配置された第１のガス拡散層と、膜電極接合体の他側面上に配置された第２のガス拡散層と、膜電極接合体の外周において膜電極接合体を支持する支持フレームとを備えた燃料電池単セルの製造方法であって、膜電極接合体の他側面の外周縁部上に、熱可塑性を有する接着剤層を形成する工程と、膜電極接合体の一側面上に第１のガス拡散層を配置し、膜電極接合体の他側面上に第２のガス拡散層を配置する工程であって、第２のガス拡散層の周縁部分が接着剤層の内側部分と重なるように配置する工程と、第１のガス拡散層、膜電極接合体、接着剤層の内側部分及び第２のガス拡散層を熱圧着して一体化する工程と、接着剤層の外側部分上に支持フレームの内側部分を配置する工程と、支持フレーム、接着剤層の外側部分及び膜電極接合体を熱圧着して一体化する工程と、を備える燃料電池単セルの製造方法が知られている（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２０１４−０２９８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、膜電極接合体の他側面の外周縁部は熱可塑性の接着剤層で覆われており、燃料電池単セルのガス雰囲気に曝されていない。そのため、外周縁部がガス雰囲気に曝されたときに起こり得るき裂の発生を回避できる。しかし、熱可塑性の接着剤層の使用時に必要な加熱により、樹脂製の支持フレームが変形してしまうおそれがある。そこで、発明者らは、今回、接着剤層として紫外線で硬化する接着剤、すなわち紫外線硬化性を有する接着剤を使用することを検討した。ところが、ガス拡散層を形成する材料は一般に紫外線透過性を有さない。そのため、紫外線硬化性の接着剤を用いる場合、膜電極接合体上にガス拡散層を配置する前に接着剤を硬化させる必要がある。すなわち、膜電極接合体の外周縁部上に接着剤を塗布して接着剤層を形成し、接着剤層の外側部分上に支持フレームの内側部分を配置した後、第２のガス拡散層の周縁部分が接着剤層の内側部分と重なるように膜電極接合体の他側面上に第２のガス拡散層を配置する前に、接着剤層を紫外線で硬化させる必要がある。しかし、その場合、紫外線により硬化した接着剤層上に第２のガス拡散層を配置しようとすると、第２のガス拡散層の周縁部分が接着剤層の内側部分の上部に担がれるように重なって、第２のガス拡散層の周縁部分が第２のガス拡散層の他の部分と比較して盛り上がってしまう。その結果、第２のガス拡散層とその上のセパレータとで画定される供給ガスの流路が盛り上がり部分で閉塞されたり、第２のガス拡散層を形成している繊維が盛り上がり部分で毛羽立ったり、接着剤層下の膜電極接合体に過剰な面圧がかかったりする、などの現象が発生して電池性能が低下するおそれがある。そうかといって、膜電極接合体の外周縁部上に塗布する接着剤を少なくして、ガス拡散層下に接着剤層が到達しないようにすると、膜電極接合体の外周縁部の一部が露出して燃料電池単セルのガス雰囲気に曝されるおそれがある。膜電極接合体を露出させず、支持フレームを変形させず、膜電極接合体に過剰な面圧をかけることなく、支持フレームとガス拡散層と膜電極接合体とを確実に一体化することが可能な技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、電解質膜の両側に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一側面上に配置された第１のガス拡散層と、前記膜電極接合体の他側面上に配置された第２のガス拡散層と、前記膜電極接合体の外周において前記膜電極接合体を支持する支持フレームとを備え燃料電池単セルの製造方法であって、前記一側面上に前記第１のガス拡散層が配置され、前記他側面に前記第２のガス拡散層が配置されていない前記膜電極接合体を準備する工程と、前記膜電極接合体の前記他側面の外周縁部上に、カチオン重合型の紫外線硬化性を有する接着剤層を形成する工程と、前記接着剤層の外側部分上に前記支持フレームの内側部分を配置し、前記接着剤層が光重合を開始するが完全には硬化しないように前記接着剤層に紫外線を照射する工程と、前記接着剤層に紫外線を照射した後、前記接着剤層が完全に硬化する前に、前記膜電極接合体の前記他側面上に前記第２のガス拡散層を配置する工程であって、前記第２のガス拡散層の周縁部分が前記接着剤層の内側部分と重なるように配置する工程と、を備える燃料電池単セルの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
膜電極接合体を露出させず、支持フレームを変形させず、膜電極接合体に過剰な面圧をかけることなく、支持フレームとガス拡散層と膜電極接合体とを確実に一体化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】燃料電池単セルを含む燃料電池スタックの構成例を示す部分断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図４】燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図５】燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図６】燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図７】紫外線の照射条件を示すグラフである。
【図８】燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図９】燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図１０】燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図１１】比較例の燃料電池スタックの構成例を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、燃料電池単セル１を含む燃料電池スタックＡの構成例を示す部分断面図である。図１を参照すると、燃料電池スタックＡは、複数の燃料電池単セル１が燃料電池単セル１の厚み方向Ｓに積層された積層体により形成される。燃料電池単セル１は、燃料電池単セル１に供給された燃料ガス（例示：水素ガス）と酸化剤ガス（例示：空気）との電気化学反応により電力を発生する。燃料電池単セル１で発生した電力は、積層体の両端に配置されたターミナルプレート（図示せず）から燃料電池スタックＡの外部に到る複数の配線（図示せず）を介して燃料電池スタックＡの外部に取り出される。燃料電池スタックＡから取り出された電力は例えば電動車両の駆動用電気モータ又は蓄電器に供給される。
【０００９】
燃料電池単セル１は膜電極接合体５を備えている。膜電極接合体５は電解質膜５ｅを含み、電解質膜５ｅの両側にはアノード電極触媒層５ａ及びカソード電極触媒層５ｃが形成されている。電解質膜５ｅ、アノード電極触媒層５ａ及びカソード電極触媒層５ｃはほぼ同じ大きさを有し、電解質膜５ｅの両側面上それぞれにアノード電極触媒層５ａ及びカソード電極触媒層５ｃが配置されて膜電極接合体５が形成されたとき、電解質膜５ｅ、カソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａはほぼ重なる。図示しない別の実施例では、アノード電極触媒層５ａ及びカソード電極触媒層５ｃの少なくとも一方が電解質膜５ｅよりも小さい。
【００１０】
電解質膜５ｅの材料としては、例えばフッ素系のイオン伝導性を有する高分子膜が挙げられる。図１に示す実施例では、パーフルオロスルホン酸を備えるプロトン導電性を有するイオン交換膜を用いる。カソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａの材料としては、例えば白金又は白金合金のような触媒を担持した触媒担持カーボンが挙げられる。図１に示す実施例では、白金合金を担持した触媒担持カーボンを用いる。図示しない別の実施例では、電解質膜５ｅと同様の材料のアイオノマーが触媒担持カーボンに更に加えられる。
【００１１】
膜電極接合体５の一側面５１上、すなわちアノード電極触媒層５ａ上にはアノードガス拡散層（第１のガス拡散層）３ａが配置され、それによりアノードガス拡散層３ａが膜電極接合体５に電気的に接続される。また、膜電極接合体５の他側面５２上、すなわちカソード電極触媒層５ｃ上にはカソードガス拡散層（第２のガス拡散層）３ｃが配置され、それによりカソードガス拡散層３ｃが膜電極接合体５に電気的に接続される。カソードガス拡散層３ｃは膜電極接合体５よりも一回り小さいため、膜電極接合体５の他側面５２上にカソードガス拡散層３ｃが配置されたとき、カソードガス拡散層３ｃの周囲の他側面５２に外周縁部５２ｅが枠形状に形成される。一方、アノードガス拡散層３ａは膜電極接合体５とほぼ同じ大きさを有する。
【００１２】
カソードガス拡散層３ｃ及びアノードガス拡散層３ａの材料としては、導電性を有する多孔体、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、ガラス状カーボンのようなカーボン多孔体や、金属メッシュ、発泡金属のような金属多孔体が挙げられる。これらの材料は紫外線透過性を有さない。図２に示す実施例ではカーボンクロスを用いる。図示しない別の実施例では、ポリテトラフルオロエチレンのような撥水性の強い材料が上記多孔体に多孔性が失われない程度に含浸される。図示しない更に別の実施例では、撥水性の強い材料とカーボン粒子とを混合した撥水層が上記多孔体の膜電極接合体５側に形成される。
【００１３】
膜電極接合体５の外周縁部５２ｅ上には接着剤層１０が形成される。接着剤層１０は外周縁部５２ｅを覆うように外周縁部５２ｅと同様の枠形状に形成される。図１に示す実施例では接着剤層１０は外周縁部５２ｅの全面に形成される。
【００１４】
接着剤層１０は、カチオン重合型の紫外線（ＵＶ）硬化性を有する接着剤で形成される。接着剤層１０の材料としてはカチオン重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤が挙げられ、カチオン重合性樹脂としてはエポキシ系樹脂、オキタセン系樹脂、ビニルエーテル系樹脂が例示される。図１に示す実施例では、エポキシ系樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤を用いる。接着剤層１０用の接着剤の塗布用法としては、例えばスクリーン印刷法や、ディスペンサで塗布する方法が挙げられる。図１に示す実施例ではスクリーン印刷法を用いる。
【００１５】
接着剤層１０の材料として用いるカチオン重合型の紫外線硬化性を有する接着剤では、典型的には速硬化性を生かして短時間で硬化させるべく、紫外線が照射されて硬化が開始され、硬化が終了した後に紫外線が停止される。一方で、カチオン重合型の紫外線硬化性を有する接着剤は遅延硬化性を有しており、図１に示す接着剤層１０ではその遅延硬化性が利用される。すなわち、一度、紫外線が接着剤層１０に照射されて接着剤層１０が光重合（カチオン重合）を開始する、すなわち硬化を開始すると、接着剤層１０が完全に硬化する前に紫外線が接着剤層１０に照射されなくなっても接着剤層１０がカチオン重合を継続し、その後しばらくして接着剤層１０が完全に硬化する。接着剤層１０が完全に硬化するのにかかる時間は、紫外線の照射条件（照度、積算光量（＝照度×時間））によって制御できる。したがって、適度な照射条件で紫外線を接着剤層１０に照射すると、照射を終了した後しばらくの間は、接着剤層１０は完全には硬化しない状態、すなわち形体を保持しているが小さな力で流動可能な、ある程度の流動性を有する状態となる。その後、徐々に硬化が進み、照射条件に応じた時間経過後に、接着剤層１０は完全に硬化した状態、すなわち硬化が完了した状態になる。ただし、完全に硬化した状態とは、重合反応が停止し、接着剤層１０が流動性を殆ど有さない状態である。
【００１６】
接着剤層１０上には支持フレーム２が固定される。支持フレーム２は、枠形状を有し、アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｃを配置された膜電極接合体５をその外周において支持する。支持フレーム２は、支持フレーム本体２１と、支持フレーム本体２１の内縁側から内側へ向かって延在し、支持フレーム本体２１よりも薄い突出部２２とを備える。支持フレーム２の突出部２２は支持フレーム２の内周縁側の部分、すなわち内周縁部と見ることができる。支持フレーム２の突出部２２（内周縁部）は、膜電極接合体５の外周縁部５２ｅと接着剤層１０で接合される。突出部２２が外周縁部５２ｅと接合されたとき、突出部２２の内側の端部とカソードガス拡散層３ｃの外側の端部との間に隙間Ｇが形成される。すなわち支持フレーム２とカソードガス拡散層３ｃとは離間している。
【００１７】
支持フレーム２の材料としては、電気絶縁性及び気密性を有する材料、例えばポリプロピレン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレンテレフテラート系樹脂及びポリエチレンナフタレート系樹脂のような樹脂が挙げられる。図２に示す実施例では、支持フレーム２の材料として、接着剤層１０の硬化に使用される紫外線光源（例示：メタルハライドランプ）から照射される所定波長（所定波長領域）の紫外線が透過可能なポリプロピレン系樹脂を用いる。
【００１８】
アノードガス拡散層３ａ及びカソードガス拡散層３ｃを備える膜電極接合体５と支持フレーム２の両側面上のそれぞれには、それらを挟持する一対のアノードセパレータ４ａ及びカソードセパレータ４ｃが配置される。アノードセパレータ４ａは、周縁部分４ａｅにおいて支持フレーム本体２１に別の接着剤層（図示せず）で固定され、中央部分４ａｍにおいてアノードガス拡散層３ａに当接する。中央部分４ａｍには、互いに平行に延びる燃料ガス供給路用の複数の溝が設けられ、それらの溝とアノードガス拡散層３ａとにより複数の燃料ガス供給路３２が形成される。カソードセパレータ４ｃは、周縁部分４ｃｅにおいて支持フレーム本体２１に別の接着剤層（図示せず）で固定され、中央部分４ｃｍにおいてカソードガス拡散層３ｃに当接する。中央部分４ｃｍには、互いに平行に延びる酸化剤ガス供給路用の複数の溝が設けられ、それらの溝とカソードガス拡散層３ｃとにより複数の酸化剤ガス供給路３１が形成される。隣り合う二つの燃料電池単セル１では、一方の燃料電池単セル１のカソードセパレータ４ｃと他方の燃料電池単セル１のアノードセパレータ４ａとがシール部材（図示せず）を介して当接する。その結果、二つの燃料ガス供給路３２と二つの酸化剤ガス供給路３１とに囲まれた冷却媒体供給路３０が形成される。
【００１９】
アノードセパレータ４ａ及びカソードセパレータ４ｃは、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体（例示：水）を透過させず、導電性を有する材料で形成される。そのような材料としては、例えばステンレスやチタンのような金属が挙げられる。図１に示す実施例では、アノードセパレータ４ａ及びカソードセパレータ４ｃの材料としてチタンを用いる。
【００２０】
図２は、図１の接着剤層１０近傍を拡大して示す部分断面図である。図に示すように、接着剤層１０は、外周縁部５２ｅのうち平面方向の外側に位置する外側部分１１と、外周縁部５２ｅのうち平面方向の内側に位置する内側部分１３と、外側部分１１と内側部分１３との間の中央部分１２とを有する。内側部分１３は、カソードガス拡散層３ｃの周縁部分３ｃｅの内部に吸収されている。外側部分１１は支持フレーム２の突出部２２と膜電極接合体５との間に挟まれ、突出部２２の端部２２ｇからアノードガス拡散層３ａの外縁３ａｇまで存在し、突出部２２と膜電極接合体５とを接合する。中央部分１２は、支持フレーム２の端部２２ｇとカソードガス拡散層３ｃの端部３ｃｇとの間の隙間Ｇを埋めている。カソードガス拡散層３ｃや突出部２２に覆われていない隙間Ｇの外周縁部５２ｅが接着剤層１０で覆われることにより、外周縁部５２ｅには外部へ露出する部分が無くなる。なお、図示しない別の実施例では、支持フレーム２とカソードガス拡散層３ｃとを近接させ、接着剤層１０の中央部分１２を実質的に設けない。
【００２１】
次に、燃料電池単セルの製造方法について説明する。図３〜図１０は、燃料電池単セル１の製造方法の各工程を示す部分断面図である。
【００２２】
まず、図３に示すように、一側面５１上にアノードガス拡散層３ａが配置された膜電極接合体５を準備する。アノードガス拡散層３ａと膜電極接合体５とは、例えばホットプレス工程により加熱・圧縮されて予め接合されている。
【００２３】
次に、図４に示すように、膜電極接合体５の他側面５２の外周縁部５２ｅ上に、カチオン重合型の紫外線硬化性を有する接着剤層１０を形成する。接着剤層１０は、外周縁部５２ｅの外側領域上の外側部分１１と、外周縁部５２ｅの内側領域上の内側部分１３と、外周縁部５２ｅの中央領域上の中央部分１２とを有する。図４に示す実施例では、接着剤層１０としてエポキシ系樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤を用いる。接着剤層１０の形成方法としてはスクリーン印刷を用いる方法を用いる。
【００２４】
続いて、図５に示すように、接着剤層１０の外側部分１１上に支持フレーム２の内側部分（突出部２２）が配置されるように、膜電極接合体５の外周に支持フレーム２を配置する。このとき突出部２２は上から荷重をかけられて配置されるので、外側部分１１の接着剤は押し潰される。その結果、膜電極接合体５の外側方向ではその接着剤がアノードガス拡散層３ａの外縁３ａｇまで達する。それにより、膜電極接合体５と支持フレーム２との接着面積を広くとることができる。また、膜電極接合体５の内側方向では、その接着剤は突出部２２の端部２２ｇを覆うと共に、内側部分１３が内側方向に押し出される。それにより、カソードガス拡散層３ｃの周縁部分３ｃｅが配置される領域にまで確実に接着剤を配置でき、膜電極接合体５の外周縁部５２ｅを確実に覆うことができる。
【００２５】
次に、図６に示すように、接着剤層１０に紫外線を照射する。具体的には、接着剤層１０が光重合を開始するが完全には硬化しないように接着剤層１０へ紫外線ＵＶを照射する。接着剤層１０が光重合を開始するが完全には硬化しない紫外線ＵＶの照射条件は、例えば予め実験により確定しておく。
【００２６】
図７は紫外線の照射条件と接着剤層１０の硬化との関係を示す実験結果の一例である。接着剤層１０としてはエポキシ系樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤を用い、紫外線光源としてはメタルハライドランプ（例示：約２００〜４００ｎｍの波長領域の紫外線を広範囲に放射）を用いた。ただし、縦軸は接着剤層１０に照射された紫外線の照度であり、横軸は接着剤層１０に照射された紫外線の積算光量である。この図の例では、接着剤層１０が光重合を開始するが完全には硬化しない紫外線ＵＶの照射条件としては図中のＡ領域に示す照射条件が最適であった。すなわち照度２７０ｍＷ／ｃｍ２及び積算光量５０ｍＪ／ｃｍ２、照度１６８ｍＷ／ｃｍ２及び積算光量２２４ｍＪ／ｃｍ２、照度５７５ｍＷ／ｃｍ２及び積算光量５ｍＪ／ｃｍ２を含む領域である。このＡ領域の照射条件では、硬化にかかる時間が適当であり、照射終了後、硬化の完了までに行うべき後工程に必要十分な時間が得られる。しかし、図中のＢ領域の照射条件では、硬化にかかる時間が短いか、又は、照射中に硬化が完了してしまうため、照射終了後、硬化の完了までに行うべき後工程を短時間に行う必要があるか、又は、後工程が行えない。図中のＣ領域の照射条件では、硬化にかかる時間が長く、照射終了後、硬化の完了までに行うべき後工程の終了後に待ち時間が発生してしまう。なお、照射中に硬化を完了させる典型的な照射条件は、例えば領域ＢのＢ１点の照射条件、すなわち照度７００ｍＷ／ｃｍ２及び積算光量４５００ｍＪ／ｃｍ２である。
【００２７】
このとき、支持フレーム２の材料として、接着剤層１０の硬化に使用される紫外線光源（例示：メタルハライドランプ）から照射される所定波長（所定波長範囲）の紫外線が透過可能なポリプロピレン系樹脂を用いるので、紫外線ＵＶは突出部２２を透過できる。これにより、接着剤層１０に紫外線ＵＶを接着剤層１０に照射を開始し、照射を終了した後しばらくの間は、接着剤層１０は完全に硬化せず、形体を保持しているが、小さな力で流動可能な状態となる。ただし、接着剤層１０では徐々にカチオン重合が進むことで、接着剤層１０は時間をかけて硬化して行き、それと共に突出部２２と外周縁部５２ｅとは徐々に時間をかけて接着剤層１０より接着されてゆく。図示しない別の実施例では、紫外線の照射中、又は、照射後に、接着剤層１０を加熱して紫外線硬化を促進する。
【００２８】
次に、図８に示すように、膜電極接合体５のカソード電極触媒層５ｃ上にカソードガス拡散層３ｃを載せて、接着剤層１０の内側部分１３上にカソードガス拡散層３ｃの周縁部分３ｃｅを配置する。このときカソードガス拡散層３ｃの周縁部分３ｃｅは上から荷重をかけられて接着剤層１０の内側部分１３に押し付けられる。この段階では接着剤層１０はまだ小さな力で流動可能なので、接着剤層１０の内側部分１３は多孔体の周縁部分３ｃｅの内に浸み込むことができる。したがって、カソードガス拡散層３ｃの周縁部分３ｃｅは接着剤層１０の上部に担がれるように盛り上がった状態になることはない。図示しない別の実施例では、接着剤層１０を外周縁部５２ｅに形成後、次に接着剤層１０に完全に硬化しないように紫外線ＵＶを照射し、続いて接着剤層１０上に支持フレーム２及びカソードガス拡散層３ｃのいずれか一方を配置し、その後にいずれか他方を配置する。
【００２９】
次に、図９に示すように、膜電極接合体５及びカソードガス拡散層３ｃをホットプレス工程により加熱・圧縮して熱圧着する。ホットプレスの条件は、例えば、１４０℃、５分である。これにより、カソード電極触媒層５ｃとカソードガス拡散層３ｃとが接合され、膜電極接合体５とカソードガス拡散層３ｃとが一体化される。また、この段階の終了までに、接着剤層１０でのカチオン重合が進み、接着剤層１０が硬化して、膜電極接合体５と支持フレーム２とが一体化される。その結果、ガス拡散層３ａ、３ｃを有する膜電極接合体５と支持フレーム２とが一体化される。
【００３０】
その後、図１０に示すように、アノードセパレータ４ａを中央部分４ａｍにおいてアノードガス拡散層３ａに当接させ、周縁部分４ａｅにおいて支持フレーム本体２１に別の接着剤層で固定する。それ共に、カソードセパレータ４ｃを中央部分４ｃｍにおいてカソードガス拡散層３ｃに当接させ、周縁部分４ｃｅにおいて支持フレーム本体２１に別の接着剤層で固定する。その結果、ガス拡散層３ａ、３ｃを有する膜電極接合体５及び支持フレーム２とセパレータ４ａ、４ｃとが一体化される。
【００３１】
以上のようにして、燃料電池単セル１が製造される。
【００３２】
ここで、上記の燃料電池単セルの製造方法（以下「実施例の製造方法」と記す。）の効果を説明するために、実施例の製造方法と異なる別の燃料電池単セルの製造方法（以下「比較例の製造方法」と記す。）について説明する。
【００３３】
比較例の製造方法で作製された燃料電池単セル１０１は図１１に示す構成を有する。比較例の製造方法は、以下のとおりである。すなわち、まず、一側面１５１上にアノードガス拡散層１０３ａが配置された膜電極接合体１０５を準備する。次に、膜電極接合体１０５の他側面１５２の外周縁部５２ｅ１上に、紫外線硬化性を有する接着剤層１１０を形成する。続いて、接着剤層１１０の外側部分１１１上に支持フレーム１０２の内側部分１２２を配置する。その後、接着剤層１１０を紫外線で完全に硬化させて支持フレーム１０２と膜電極接合体１０５とを接着する。続いて、接着剤層１１０の内側部分１１３上にカソードガス拡散層１０３ｃの周縁部分１０３ｃｅを配置する。その後、アノードガス拡散層１０３ａ、膜電極接合体１０５及びカソードガス拡散層１０３ｃをホットプレスして、支持フレーム１０２を有する膜電極接合体１０５とガス拡散層１０３ａ、１０３ｃとを一体化する。
【００３４】
この比較例の製造方法では、接着剤層１１０の内側部分１１３上にカソードガス拡散層１０３ｃの周縁部分１０３ｃｅを配置する前に、接着剤層１１０が完全に硬化されている。そのため、その後に内側部分１１３上に周縁部分１０３ｃｅを配置すると、周縁部分１０３ｃｅが内側部分１１３上に担がれて、盛り上がってしまう。その結果、カソードガス拡散層１０３ｃとその上のカソードセパレータ（図示せず）とで画定される供給ガスの流路が盛り上がり部分で閉塞されたり、カソードガス拡散層１０３ｃを形成している繊維が盛り上がり部分で毛羽立ったり、接着剤層１１０下の膜電極接合体１０５に過剰な面圧がかかったりする、などの現象が発生して電池性能が低下するおそれがある。
【００３５】
一方、実施例の製造方法では、図８に示すように接着剤層１０が完全に硬化する前にカソードガス拡散層３ｃを接着剤層１０上に配置するので、接着剤層１０がカソードガス拡散層３ｃに浸み込むことができる。それにより、カソードガス拡散層３ｃが接着剤層１０の上部に重なって盛り上がることを防止できる。その結果、カソードガス拡散層３ｃとその上のカソードセパレータ４ｃとで画定される酸化剤ガス供給路３１が閉塞されたり、カソードガス拡散層３ｃを形成している繊維が盛り上がり部分で毛羽立ったり、接着剤層１０下の膜電極接合体５に過剰な面圧がかかったりすることを防止でき、それらの理由による電池性能の低下を防止できる。
【００３６】
また、上記の実施例の製造方法では、支持フレーム２やカソードガス拡散層３ｃを配置する前に膜電極接合体５の外周縁部５２ｅに接着剤層１０を塗布するので、外周縁部５２ｅの露出を確実に防止できる。また、紫外線硬化性を有する接着剤層１０を用いて支持フレーム２を膜電極接合体５に接着するので、支持フレーム２の熱による変形を回避できる。
【００３７】
上述の燃料電池単セルの製造方法により、膜電極接合体５の外周縁部５２ｅを露出させず、支持フレーム２を熱等で変形させることなく、支持フレーム２とガス拡散層３と膜電極接合体５とを確実に一体化することができる。
【００３８】
図示しない別の実施例では、支持フレーム２の材料として接着剤層１０の硬化用の所定波長の紫外線が透過しない材料を用いた場合、接着剤層１０を外周縁部５２ｅに形成後、まず接着剤層１０に紫外線ＵＶを照射し、その後、接着剤層が完全に硬化する前に、接着剤層１０上に支持フレーム２及びカソードガス拡散層３ｃのいずれか一方を配置し、更にその後にいずれか他方を配置する。支持フレーム２の材料として接着剤層１０の硬化用の所定波長の紫外線が透過しない材料を用いた場合であっても、加熱が不要なＵＶ硬化型接着剤により支持フレーム２を固定することができ、したがって加熱による支持フレーム２の変形が生じない。
【００３９】
なお、上記実施例では、膜電極接合体５の一側面５１はアノード極側面であり、他側面５２はカソード極側面である。図示しない別の実施例では、膜電極接合体５の一側面はカソード極側面であり、他側面はアノード極側面である。
【符号の説明】
【００４０】
１    燃料電池単セル
２    支持フレーム
３ａ    アノードガス拡散層
３ｃ    カソードガス拡散層
３ｃｅ    周縁部分
５    膜電極接合体
５ａ    アノード電極触媒層
５ｃ    カソード電極触媒層
５ｅ    電解質膜
１０    接着剤層
１１    外側部分
１３    内側部分
２２    突出部
５２ｅ    外周縁部
【図１】
0006485178.tif 000002
【図２】
0006485178.tif 000003
【図３】
0006485178.tif 000004
【図４】
0006485178.tif 000005
【図５】
0006485178.tif 000006
【図６】
0006485178.tif 000007
【図７】
0006485178.tif 000008
【図８】
0006485178.tif 000009
【図９】
0006485178.tif 000010
【図１０】
0006485178.tif 000011
【図１１】
0006485178.tif 000012