(57)【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電極触媒層及び第１ガス拡散層を有する第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電極触媒層及び第２ガス拡散層を有する第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、前記第２電極触媒層は、前記第２ガス拡散層の外周端から外方に露出する段差ＭＥＡ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とともに、前記第２電極側に膨出し、接着剤により前記段差ＭＥＡに接合される内側膨出部を有する樹脂枠部材と、
を備える燃料電池用樹脂枠付き段差ＭＥＡであって、
前記内側膨出部は、その内周端部に設けられ、前記第２ガス拡散層の外周端から外方に露出する前記第２電極触媒層の外周露呈部に対向する土手部と、
前記土手部の外周側に設けられる溝部と、
前記溝部の外周側に設けられ、前記第２電極触媒層の外方に露呈する前記固体高分子電解質膜の外周面に当接する棚部と、
を有し、
前記土手部先端の面粗度は、前記溝部底面の面粗度よりも小さいことを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き段差ＭＥＡ。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用樹脂枠付き段差ＭＥＡであって、前記内側膨出部は、前記土手部の高さが前記棚部の高さよりも低いことを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き段差ＭＥＡ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池用樹脂枠付き段差ＭＥＡであって、前記内側膨出部は、前記棚部の前記段差ＭＥＡに対向する面の面粗度が前記溝部底面の面粗度よりも大きいことを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き段差ＭＥＡ。
【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の外周を周回する樹脂枠部材とを備える燃料電池用樹脂枠付き段差ＭＥＡ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一方の面にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。アノード電極及びカソード電極は、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）とを有している。
【０００３】
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、発電セル（単位燃料電池）が構成されている。発電セルは、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。
【０００４】
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、他方のガス拡散層が前記一方のガス拡散層よりも大きな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、外周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。
【０００５】
樹脂枠付きＭＥＡでは、固体高分子電解質膜に亀裂やせん断が発生することを抑制するために、段差ＭＥＡと樹脂枠部材との接合強度を良好に維持する必要がある。例えば、特許文献１に開示されている燃料電池用樹脂枠付き段差ＭＥＡ（樹脂枠付きＭＥＡ）が知られている。
【０００６】
この樹脂枠付きＭＥＡでは、樹脂枠部材は、第１電極よりも小さな第２電極の外周側に突出して固体高分子電解質膜の外周縁部に接着接合される内周膨出部を有し、前記内周膨出部の接着接合面には、凹凸形状部位が設けられている。このため、樹脂枠部材の内周膨出部は、固体高分子電解質膜の外周縁部に対して強固且つ容易に接着接合することが可能になり、樹脂枠付きＭＥＡ全体の接合強度を確実に維持することができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１６８３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、簡単な構成で、固体高分子電解質膜に塵埃が付着することを阻止し、前記固体高分子電解質膜の損傷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段差ＭＥＡ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段差ＭＥＡは、段差ＭＥＡと樹脂枠部材とを備えている。段差ＭＥＡでは、固体高分子電解質膜の一方の面には、第１電極触媒層及び第１ガス拡散層を有する第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電極触媒層及び第２ガス拡散層を有する第２電極が設けられている。
【００１０】
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、第２電極触媒層は、第２ガス拡散層の外周端から外方に露出している。樹脂枠部材は、固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられるとともに、第２電極側に膨出し、接着剤により段差ＭＥＡに接合される内側膨出部を有している。
【００１１】
内側膨出部の内周端部には、第２ガス拡散層の外周端から外方に露出する第２電極触媒層の外周露呈部に対向する土手部が設けられている。土手部の外周側には、溝部が設けられるとともに、前記溝部の外周側には、第２電極触媒層の外方に露呈する固体高分子電解質膜の外周面に当接する棚部が設けられている。そして、土手部先端の面粗度は、溝部底面の面粗度よりも小さい。
【００１２】
また、この燃料電池用樹脂枠付き段差ＭＥＡでは、内側膨出部は、土手部の高さが棚部の高さよりも低いことが好ましい。
【００１３】
さらに、この燃料電池用樹脂枠付き段差ＭＥＡでは、内側膨出部は、棚部の前記段差ＭＥＡに対向する面の面粗度が溝部底面の面粗度よりも大きいことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、樹脂枠部材を構成し、段差ＭＥＡと接着剤により接合される内側膨出部の内周端部に土手部が設けられるとともに、前記土手部の外周側には、溝部が設けられている。そして、土手部先端の面粗度は、溝部底面の面粗度よりも小さい。
【００１５】
従って、土手部は、面粗度が小さく設定されるため、塵埃等が付着し難くなる。これにより、簡単な構成で、固体高分子電解質膜に塵埃等が付着することを阻止することができ、前記固体高分子電解質膜の損傷を可及的に抑制することが可能になる。
【００１６】
一方、溝部は、面粗度が大きく設定されるため、接着剤は、前記溝部内を円滑に流動するとともに、接着剤層内の空気は、外部に良好に排気される。このため、ガス遮断性や接着耐久性等の品質にばらつきが発生することを抑制することができ、段差ＭＥＡと樹脂枠部材とを強固且つ高品質に接合することが可能になる。
【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段差ＭＥＡ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】前記樹脂枠付き段差ＭＥＡを構成する樹脂枠部材の説明図である。
【図４】前記樹脂枠付き段差ＭＥＡを構成する樹脂枠部材の斜視説明図である。
【図５】前記樹脂枠付き段差ＭＥＡを製造する方法の説明図である。
【図６】前記樹脂枠付き段差ＭＥＡを製造する方法の説明図である。
【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燃料電池用樹脂枠付き段差ＭＥＡ（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、樹脂枠付き段差ＭＥＡ１０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段差ＭＥＡ１０は、段差ＭＥＡ１０ａを備える。図２に示すように、段差ＭＥＡ１０ａは、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）１８を有する。固体高分子電解質膜１８は、アノード電極（第１電極）２０及びカソード電極（第２電極）２２に挟持される。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）系電解質を使用することができる。
【００２１】
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（外形寸法）を有する。なお、上記の構成に代えて、アノード電極２０は、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電極となり、カソード電極２２は、第１電極となる。
【００２２】
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、同一の平面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）の平面寸法に設定される。
【００２３】
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２２ｂとを設ける。第２電極触媒層２２ａは、第２ガス拡散層２２ｂの外周端２２ｂｅから外方に突出しており、前記第２ガス拡散層２２ｂよりも大きな平面寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜１８よりも小さな平面寸法に設定される。第２電極触媒層２２ａは、第２ガス拡散層２２ｂの外周端２２ｂｅから外方に露出する外周露呈部２２ａｏを有する。
【００２４】
第１電極触媒層２０ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第１ガス拡散層２０ｂの表面に一様に塗布して形成される。第２電極触媒層２２ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第２ガス拡散層２２ｂの表面に一様に塗布して形成される。
【００２５】
第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂは、カーボンペーパ又はカーボンクロス等から形成される。第２ガス拡散層２２ｂの平面寸法は、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、固体高分子電解質膜１８の両方の面１８ａ、１８ｂに形成される。
【００２６】
樹脂枠付き段差ＭＥＡ１０は、固体高分子電解質膜１８の外周を周回するとともに、前記固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅに接合される樹脂枠部材（樹脂フィルムも含む）２４を備える。
【００２７】
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）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィン等で構成される。
【００２８】
図２〜図４に示すように、樹脂枠部材２４は、枠形状を有するとともに、外周端から内方に所定の長さに亘って外周縁部２４ａを設ける。外周縁部２４ａの内方端部には、カソード電極２２側に膨出する内側膨出部２４ｂが一体に成形される。
【００２９】
図２に示すように、内側膨出部２４ｂは、第１段差部２４ｓ１を介して固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅに当接する棚部２４ｂ１を有する。棚部２４ｂ１の厚さＳ１は、カソード電極２２の厚さＳ２よりも大きな寸法に設定される（Ｓ１＞Ｓ２）。棚部２４ｂ１の内方端部には、第２段差部２４ｓ２を介して薄肉状の溝部２４ｂ２が設けられ、前記溝部２４ｂ２の内方端部には、第２電極触媒層２２ａの外周露呈部２２ａｏに対向する土手部２４ｂ３が全周に亘って設けられる。
【００３０】
図３に示すように、樹脂枠部材２４の外周縁部２４ａは、高さ方向（矢印Ａ方向）の寸法である厚さｔを有する。棚部２４ｂ１は、外周縁部２４ａよりも高さ方向に厚さｔ１だけ小さく設定され、溝部２４ｂ２は、前記棚部２４ｂ１よりも高さ方向に厚さｔ２だけ小さく設定される。土手部２４ｂ３は、溝部２４ｂ２よりも高さ方向に厚さｔ３だけ大きく設定されるとともに、前記土手部２４ｂ３の高さは、棚部２４ｂ１の高さよりも低い。
【００３１】
棚部２４ｂ１の段差ＭＥＡ１０ａに対向する面には、凹凸形状面、例えば、第１シボ形状面２６ａが形成される一方、溝部２４ｂ２の前記段差ＭＥＡ１０ａに対向する面には、凹凸形状面、例えば、第２シボ形状面２６ｂが形成される。土手部２４ｂ３の段差ＭＥＡ１０ａに対向する表面２６ｃは、略平坦面に形成される。
【００３２】
土手部２４ｂ３の表面（先端）２６ｃの面粗度（表面粗さ）は、溝部２４ｂ２の第２シボ形状面（底面）２６ｂの面粗度（表面粗さ）よりも小さい。棚部２４ｂ１の第１シボ形状面２６ａの面粗度（表面粗さ）は、溝部２４ｂ２の第２シボ形状面２６ｂの面粗度（表面粗さ）よりも大きい。
【００３３】
図２に示すように、段差ＭＥＡ１０ａの面１８ｂ側の外周縁部１８ｂｅと溝部２４ｂ２との間には、接着剤２８ａが充填されて接着剤層２８が設けられる。接着剤２８ａとして、例えば、高分子やフッ素系エラストマーが設けられる。なお、接着剤２８ａとしては、液体や固体、熱可塑性や熱硬化性等に制限されない。
【００３４】
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、接着用樹脂を用いた樹脂含浸部３０により一体化される。樹脂含浸部３０は、例えば、樹脂枠部材２４に一体成形される樹脂突起部３０ｔを加熱変形させて構成することができる。なお、樹脂含浸部３０は、接着剤層２８と同様に、接着剤２８ａを使用してもよい。
【００３５】
図１に示すように、燃料電池１２の矢印Ｂ方向（水平方向）の一端縁部には、それぞれ積層方向である矢印Ａ方向に個別に連通して、酸化剤ガス入口連通孔３２ａ、冷却媒体入口連通孔３４ａ及び燃料ガス出口連通孔３６ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３２ａ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３４ａは、冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔３６ｂ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３２ａ、冷却媒体入口連通孔３４ａ及び燃料ガス出口連通孔３６ｂは、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００３６】
燃料電池１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、それぞれ積層方向である矢印Ａ方向に個別に連通して、燃料ガス入口連通孔３６ａ、冷却媒体出口連通孔３４ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３２ｂが設けられる。燃料ガス入口連通孔３６ａは、燃料ガスを供給し、冷却媒体出口連通孔３４ｂは、冷却媒体を排出し、酸化剤ガス出口連通孔３２ｂは、酸化剤ガスを排出する。燃料ガス入口連通孔３６ａ、冷却媒体出口連通孔３４ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３２ｂは、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００３７】
第２セパレータ１６の樹脂枠付き段差ＭＥＡ１０に向かう面１６ａには、酸化剤ガス入口連通孔３２ａと酸化剤ガス出口連通孔３２ｂとに連通する酸化剤ガス流路３８が設けられる。酸化剤ガス流路３８は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の直線状流路溝（又は波状流路溝）を有する。
【００３８】
第１セパレータ１４の樹脂枠付き段差ＭＥＡ１０に向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３６ａと燃料ガス出口連通孔３６ｂとに連通する燃料ガス流路４０が形成される。燃料ガス流路４０は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の直線状流路溝（又は波状流路溝）を有する。
【００３９】
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３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとに連通する冷却媒体流路４２が形成される。
【００４０】
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４４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４６が一体化される。
【００４１】
図２に示すように、第１シール部材４４は、樹脂枠付き段差ＭＥＡ１０を構成する樹脂枠部材２４に当接する第１凸状シール４４ａと、第２セパレータ１６の第２シール部材４６に当接する第２凸状シール４４ｂとを有する。第２シール部材４６は、第２凸状シール４４ｂ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４４ｂに代えて、第２シール部材４６に凸状シール（図示せず）を設けてもよい。
【００４２】
第１シール部材４４及び第２シール部材４６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。
【００４３】
次に、樹脂枠付き段差ＭＥＡ１０を製造する方法について、以下に説明する。
【００４４】
まず、段差ＭＥＡ１０ａ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。段差ＭＥＡ１０ａでは、カーボンペーパの平坦面に、カーボンブラックとＰＴＦＥ粒子との混合物からなるスラリーを塗布し、乾燥させて下地層を形成することにより、第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂが形成される。
【００４５】
一方、電極触媒に溶媒を加えた後、バインダー溶液を投入してカソード電極インク及びアノード電極インクが作成される。カソード電極インクは、ＰＥＴフィルムにスクリーン印刷により塗工され、カソード電極シートが形成される。同様に、アノード電極インクは、ＰＥＴフィルムにスクリーン印刷により塗工され、アノード電極シートが形成される。
【００４６】
次いで、固体高分子電解質膜１８が、カソード電極シート及びアノード電極シートに挟持された状態で、ホットプレスを行った後、ＰＥＴフィルムを剥離することにより接合体（ＣＣＭ）が形成される。さらに、ＣＣＭは、第１ガス拡散層２０ｂと第２ガス拡散層２２ｂとに挟持され、ホットプレスにより一体化されて段差ＭＥＡ１０ａが作製される。
【００４７】
また、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２４ｂを有する。内側膨出部２４ｂには、第１段差部２４ｓ１を介して棚部２４ｂ１が設けられ、棚部２４ｂ１の内方端部には、第２段差部２４ｓ２を介して溝部２４ｂ２が設けられている。さらに、溝部２４ｂ２の内方端部には、土手部２４ｂ３が設けられている。なお、樹脂枠部材２４には、必要に応じて、図２に示す樹脂突起部３０ｔが一体成形される。
【００４８】
射出成形された樹脂枠部材２４は、棚部２４ｂ１の表面には、シボ加工処理が施されて第１シボ形状面２６ａが形成されるとともに、溝部２４ｂ２の底面には、第２シボ形状面２６ｂが形成される。第１シボ形状面２６ａは、第２シボ形状面２６ｂよりも面粗度が大きい。シボ加工は、例えば、プラズマ装置等を使用して行うことができる。一方、図示しないが、射出成形用金型の成形面に、第１シボ形状面２６ａ及び第２シボ形状面２６ｂに対応する凹凸形状を設けることにより、樹脂枠部材２４の射出成形時に、前記第１シボ形状面２６ａ及び第２シボ形状面２６ｂを形成してもよい。
【００４９】
次に、図５に示すように、樹脂枠部材２４には、内側膨出部２４ｂの溝部２４ｂ２の底面（第２シボ形状面２６ｂ）に、接着剤２８ａが、例えば、図示しないディスペンサーを介して塗布される。さらに、樹脂枠部材２４の第１段差部２４ｓ１と段差ＭＥＡ１０ａを構成する第１ガス拡散層２０ｂの外周端部２０ｂｅ及び固体高分子電解質膜１８の外周端部１８ｅとが位置合わせされる。
【００５０】
図６に示すように、接着剤２８ａが加熱されるとともに、厚さ方向に荷重（プレス等）が付与される。このため、接着剤２８ａが加圧及び溶融され、前記接着剤２８ａは、溝部２４ｂ２内で伸ばされる。従って、樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ｂと固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅとは、接着剤層２８を介して接着される。
【００５１】
さらに、樹脂枠部材２４の土手部２４ｂ３の内周面と第２ガス拡散層２２ｂの外周端２２ｂｅの先端面とは、接着剤層２８を介して接着される。一方、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３０により一体化される。従って、樹脂枠付き段差ＭＥＡ１０が製造される。
【００５２】
この場合、本実施形態では、図３に示すように、樹脂枠部材２４を構成する内側膨出部２４ｂは、内周端部に土手部２４ｂ３が設けられるとともに、前記土手部２４ｂ３の外周側には、溝部２４ｂ２が設けられている。そして、土手部２４ｂ３の表面２６ｃの面粗度（表面粗さ）は、溝部２４ｂ２の第２シボ形状面２６ｂの面粗度（表面粗さ）よりも小さい。
【００５３】
従って、土手部２４ｂ３は、面粗度が小さく設定されるため、塵埃等が付着し難くなる。これにより、簡単な構成で、固体高分子電解質膜１８に塵埃等が付着することを阻止し、前記固体高分子電解質膜１８の損傷を可及的に抑制することが可能になる。
【００５４】
一方、溝部２４ｂ２は、面粗度が大きく設定されるため、接着剤２８ａは、前記溝部２４ｂ２内を円滑に流動するとともに、接着剤２８ａ内の空気は、前記接着剤２８ａの流動に沿って移動し、外部に良好に排気される。このため、ガス遮断性や接着耐久性等の品質にばらつきが発生することを抑制することができ、段差ＭＥＡ１０ａと樹脂枠部材２４とを強固且つ高品質に接合することが可能になる。
【００５５】
さらに、棚部２４ｂ１の段差ＭＥＡ１０ａに対向する面には、第１シボ形状面２６ａが形成されるとともに、前記第１シボ形状面２６ａの面粗度（表面粗さ）は、溝部２４ｂ２の第２シボ形状面２６ｂの面粗度（表面粗さ）よりも大きい。棚部２４ｂ１は、接着剤２８ａが設けられることがなく、面粗度を大きく設定することができ、これによって、ガス抜けが良好に遂行される。従って、気泡等が混在することがなく、高品質な接着剤層２８を確実に形成することが可能になる。
【００５６】
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。
【００５７】
まず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３２ａ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３６ａ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３４ａ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。
【００５８】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３２ａから第２セパレータ１６の酸化剤ガス流路３８に導入され、矢印Ｂ方向に移動して段差ＭＥＡ１０ａ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３６ａから第１セパレータ１４の燃料ガス流路４０に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、段差ＭＥＡ１０ａのアノード電極２０に供給される。
【００５９】
従って、各段差ＭＥＡ１０ａ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。
【００６０】
次いで、カソード電極２２に供給されて一部が消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３２ｂ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に供給されて一部が消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００６１】
また、冷却媒体入口連通孔３４ａ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４２に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、段差ＭＥＡ１０ａを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３４ｂから排出される。
【符号の説明】
【００６２】
１０…樹脂枠付き段差ＭＥＡ          １０ａ…段差ＭＥＡ
１２…燃料電池                      １４、１６…セパレータ
１８…固体高分子電解質膜            １８ｂｅ、２４ａ…外周縁部
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
２２ａｏ…外周露呈部                ２４…樹脂枠部材
２４ｂ…内側膨出部                  ２４ｂ１…棚部
２４ｂ２…溝部                      ２４ｂ３…土手部
２４ｓ１、２４ｓ２…段差部          ２６ａ、２６ｂ…シボ形状面
２６ｃ…表面                        ２８…接着剤層
２８ａ…接着剤                      ３０…樹脂含浸部
３８…酸化剤ガス流路                ４０…燃料ガス流路
４２…冷却媒体流路
【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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