(57)【要約】【課題】簡単な構成で、接着剤層からの空気抜きを確実に行うことができ、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固且つ高品質に接合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の製造方法では、樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ａの接着面２６ｂｓを屈曲乃至湾曲させて傾斜接着面２６ｂｓ（ｒ）が形成される。傾斜接着面２６ｂｓ（ｒ）と固体高分子電解質膜１８との間には、接着剤２８ａが配置される。そして、傾斜接着面２６ｂｓ（ｒ）と固体高分子電解質膜１８とを、平行状態に維持しながら接着剤２８ａを加熱することにより、段差ＭＥＡ１０ａと樹脂枠部材２４とが一体化される。【選択図】図５
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【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樹脂枠部材と、
を備え、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、前記第２電極の外方に露呈する前記固体高分子電解質膜の前記他方の面に接着される接着面が設けられる燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法であって、
前記内側膨出部の前記接着面を、前記固体高分子電解質膜の前記他方の面から離間する方向に屈曲乃至湾曲させて傾斜接着面を形成する工程と、
前記傾斜接着面と前記固体高分子電解質膜の前記他方の面との間に接着剤を配置させる工程と、
前記傾斜接着面と前記固体高分子電解質膜の前記他方の面とを、平行状態に維持しながら前記接着剤を加熱することにより、前記傾斜接着面と前記固体高分子電解質膜の前記他方の面とを一体化する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、前記内側膨出部の内周端部には、厚さ方向に膨出して内側凸状部が設けられるとともに、前記内周基端部には、厚さ方向に膨出して外側凸状部が設けられ、
前記内側凸状部及び前記外側凸状部は、前記固体高分子電解質膜の前記他方の面に接触することを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法。
【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電解質膜・電極構造体の製造方法に関する。
【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側にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方側にカソード電極が、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、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。
【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。
【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電解質膜・電極構造体（樹脂枠付きＭＥＡ）が知られている。
【０００６】
この樹脂枠付きＭＥＡでは、第１電極が第２電極よりも小さな外径寸法に設定されており、樹脂枠部材は、前記第１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当接する内周端部を有している。そして、内周端部は、固体高分子電解質膜と第１電極の外周部との境界部位に配置される角部が、断面曲面形状に構成されている。従って、簡単な構成で、固体高分子電解質膜にせん断応力がかかることを確実に阻止し、前記固体高分子電解質膜の損傷を良好に抑制することが可能になる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−９８１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、段差ＭＥＡと樹脂枠部材とは、これらの間に形成された空間（接着剤層）に、例えば、ホットメルト接着剤の他、種々の接着剤を充填することにより、接着されている。具体的には、接着剤は、接着剤層の一部分に配置（塗布）され、段差ＭＥＡ及び樹脂枠部材同士が加圧されることにより、前記接着剤が押し広げられて前記接着剤層全体に充填されている。
【０００９】
しかしながら、接着剤層は、密閉空間を形成する場合が多く、この接着剤層内を接着剤が広げられる際、空気が前記接着剤層から抜けないおそれがある。これにより、接着剤層内に残存する空気に起因して、接着剤を均一厚さに塗ることができず、ガス遮断性や接着耐久性等の品質に大きなばらつきが発生するという問題がある。
【００１０】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な工程で、接着剤層からの空気抜きを確実に行うことができ、電解質膜・電極構造体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な燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法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】
【００１１】
本発明に係る製造方法が適用される燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体は、段差ＭＥＡと樹脂枠部材とを備えている。段差ＭＥＡは、固体高分子電解質膜の一方の面には、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ている。
【００１２】
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、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ている。内側膨出部には、第２電極の外方に露呈する固体高分子電解質膜の他方の面に接着される接着面が設けられている。
【００１３】
この製造方法では、内側膨出部の接着面を、固体高分子電解質膜の他方の面から離間する方向に屈曲乃至湾曲させて傾斜接着面を形成する工程を有している。この製造方法では、さらに傾斜接着面と固体高分子電解質膜の他方の面との間に、接着剤を配置させる工程を有している。そして、この製造方法では、傾斜接着面と固体高分子電解質膜の他方の面とを、平行状態に維持しながら接着剤を加熱することにより、前記傾斜接着面と前記固体高分子電解質膜の前記他方の面とを一体化する工程を有している。
【００１４】
また、この製造方法では、内側膨出部の内周端部には、厚さ方向に膨出して内側凸状部が設けられるとともに、内周基端部には、厚さ方向に膨出して外側凸状部が設けられることが好ましい。その際、内側凸状部及び外側凸状部は、固体高分子電解質膜の他方の面に接触することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、傾斜接着面と固体高分子電解質膜の他方の面との間に配置された接着剤は、前記傾斜接着面と前記他方の面とが平行状態になる際、接着剤層内に亘って広げられる。その際、接着剤層内の空気は、傾斜接着面と他方の面との間隙から外部に排気された後、前記傾斜接着面と前記他方の面とは、平行状態に維持されている。
【００１６】
このため、簡単な工程で、液状の接着剤層からの空気抜きを確実に行うことができる。従って、接着剤は、接着剤層内で均一の厚さに塗ることが可能になり、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る。これにより、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】本発明に係る製造方法が適用され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・電極構造体の要部断面説明図である。
【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】本発明の第１の実施形態に係る製造方法において、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及び段差ＭＥＡの説明図である。
【図６】前記樹脂枠部材を固体高分子電解質膜に接触させる際の説明図である。
【図７】前記樹脂枠部材に伝熱板を押圧する際の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る製造方法において、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及び段差ＭＥＡの説明図である。
【図９】前記樹脂枠部材に伝熱板を押圧する際の説明図である。
【図１０】本発明に係る製造方法が適用される別の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の説明図である。
【図１１】本発明に係る製造方法が適用されるさらに別の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の説明図である。
【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、本発明に係る製造方法が適用され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、段差ＭＥＡ１０ａを備える。段差ＭＥＡ１０ａ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（陽イオン交換膜）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。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。
【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。
【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及び第２ガス拡散層２２ｂ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の外形寸法よりも小さな外形寸法に設定される。
【００２４】
なお、第１の実施形態では、第２電極触媒層２２ａと第２ガス拡散層２２ｂとは、同一の平面寸法に設定されているが、前記第２電極触媒層２２ａの平面寸法は、前記第２ガス拡散層２２ｂの平面寸法よりも大きな寸法（又は小さな寸法）を有してもよい。
【００２５】
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第１ガス拡散層２０ｂの表面に一様に塗布されて形成される。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、カーボンクロス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】
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、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、変性ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）又はＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等で構成される。
【００２７】
図１及び図４に示すように、樹脂枠部材２４は、枠形状のフィルムにより構成される。樹脂枠部材２４は、図２及び図３に示すように、内周基端部２４ｓからカソード電極２２側に膨出する薄肉状に形成された内側膨出部２４ａを有する。内側膨出部２４ａは、内周基端部２４ｓから内方（矢印Ｃ方向）に所定の長さを有して延在し、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅから第２電極触媒層２２ａの外周端部２２ａｅ及び第２ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅの近傍に配置される。固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅは、カソード電極２２の先端部から面方向外方に露呈する。
【００２８】
内側膨出部２４ａには、内周基端部２４ｓに連続して、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅの先端側に当接する外側凸状部２６ａが設けられる。外側凸状部２６ａは、外周縁部１８ｂｅの先端外周側を周回する枠形状に形成される。外側凸状部２６ａの内方端部には、前記外側凸状部２６ａより薄肉状に形成される平坦面部２６ｂが設けられ、前記平坦面部２６ｂは、該外側凸状部２６ａから内側膨出部２４ａの内周端縁部まで延在する。平坦面部２６ｂの内周端には、外側凸状部２６ａに対応して内側凸状部２６ｃが設けられる。
【００２９】
樹脂枠部材２４と段差ＭＥＡ１０ａの外周縁部との間には、面１８ｂ側に接着剤２８ａが充填される接着剤層２８が設けられる。具体的には、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅには、外側凸状部２６ａ及び内側凸状部２６ｃが周回して当接（又は隣接）するとともに、前記外側凸状部２６ａ及び前記内側凸状部２６ｃ間には、薄肉状の平坦面部２６ｂが設けられる。図３に示すように、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅ、外側凸状部２６ａ、内側凸状部２６ｃ及び平坦面部２６ｂにより、接着剤層２８が形成され、前記平坦面部２６ｂの内面には、接着面２６ｂｓが設けられる。
【００３０】
接着剤層２８には、接着剤２８ａとして、例えば、エポキシ系、アクリル系接着剤の他、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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とに連通して矢印Ｂ方向に延在する複数本の酸化剤ガス流路３６が設けられる。
【００３４】
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とに連通して矢印Ｂ方向に延在する複数本の燃料ガス流路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とに連通して矢印Ｂ方向に延在する複数本の冷却媒体流路４０が形成される。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
先ず、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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）（catalyst coated membrane）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。
【００４２】
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２４ａを有する。内側膨出部２４ａには、内周基端部２４ｓに連続して外側凸状部２６ａが設けられるとともに、前記外側凸状部２６ａの内方端部には、前記外側凸状部２６ａより薄肉状に形成される平坦面部２６ｂが設けられている。平坦面部２６ｂの内周端には、外側凸状部２６ａに対応して内側凸状部２６ｃが設けられている。
【００４３】
樹脂枠部材２４は、図５に示すように、内側膨出部２４ａの接着面２６ｂｓを、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅ（他方の面）から内周面に向かって離間する方向に屈曲乃至湾曲させて傾斜接着面２６ｂｓ（ｒ）が形成される。傾斜接着面２６ｂｓ（ｒ）は、枠状に設けられており、接着面２６ｂｓの途上から形成してもよく、又は、内周基端部２４ｓから前記接着面２６ｂｓ全体に形成してもよい。
【００４４】
傾斜接着面２６ｂｓ（ｒ）は、接着面２６ｂｓ（又は外側凸状部２６ａの固体高分子電解質膜１８との接触面２６ａｓ）に対して角度α゜だけ接触面２６ａｓから離間する方向に傾斜する。角度α゜は、２゜〜２０゜、好ましくは、５゜に設定される。
【００４５】
次に、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅ上には、外周端部２２ｂｅに近接して接着剤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。そして、図６に示すように、樹脂枠部材２４は、内側凸状部２６ｃが固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅに接触（又は隣接）するように、前記固体高分子電解質膜１８に押し付けられる。このため、接着剤２８ａは、樹脂枠部材２４の平坦面部２６ｂにより押し広げられ、外側凸状部２６ａに向かって流動する。
【００４６】
この場合、第１の実施形態では、内側膨出部２４ａの接着面２６ｂｓに傾斜接着面２６ｂｓ（ｒ）が形成されている。従って、内側凸状部２６ｃを固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅに接触（又は隣接）させた際、外側凸状部２６ａの接触面２６ａｓと前記外周縁部１８ｂｅとの間には、間隙Ｓが形成されている。
【００４７】
これにより、樹脂枠部材２４により押し広げられた接着剤２８ａが外側凸状部２６ａに向かって流動する際、接着剤層２８内の空気は、間隙Ｓから外部に排気される。このため、簡単な工程で、接着剤層２８からの空気抜きを確実に行うことができる。
【００４８】
さらに、図７に示すように、樹脂枠部材２４は、伝熱板５０により固体高分子電解質膜１８側に押圧されるとともに、加熱される。従って、樹脂枠部材２４は、傾斜接着面２６ｂｓ（ｒ）が固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅと平行状態に維持された状態で、接着剤２８ａが加圧及び溶融される。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２８を介して接着され、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０が製造される。
【００４９】
このため、接着剤２８ａは、接着剤層２８内で均一厚さに塗ることが可能になり、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る。従って、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という効果が得られる。
【００５０】
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ととも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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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、段差ＭＥＡ１０ａのアノード電極２０に供給される。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、段差ＭＥＡ１０ａを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。
【００５７】
図８及び図９は、本発明の第２の実施形態に係る製造方法の説明図である。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態に係る製造方法と同様に、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。
【００５８】
図８に示すように、樹脂枠部材２４は、外側凸状部２６ａの接触面２６ａｓが固体高分子電解質膜１８に接触するように、前記固体高分子電解質膜１８に押し付けられる。このため、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅに塗布された接着剤２８ａは、樹脂枠部材２４の接着面２６ｂｓにより押し広げられ、内側凸状部２６ｃに向かって流動する。
【００５９】
その際、内側凸状部２６ｃは、傾斜接着面２６ｂｓ（ｒ）により固体高分子電解質膜１８の上方に離間している。従って、樹脂枠部材２４により押し広げられた接着剤２８ａが内側凸状部２６ｃに向かって流動する際、接着剤層２８内の空気は、前記内側凸状部２６ｃと固体高分子電解質膜１８との間隙Ｓ１から外部に排気される。これにより、簡単な工程で、接着剤層２８からの空気抜きを確実に行うことができるという効果が得られる。
【００６０】
さらに、図９に示すように、樹脂枠部材２４は、伝熱板５０により固体高分子電解質膜１８側に押圧されるとともに、加熱される。このため、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２８を介して接着され、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０が製造される。従って、第２の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
図１０は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０に代えて用いられる樹脂枠付き電解質膜・電極構造体５２の製造途中の説明図である。
【００６２】
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体５２は、樹脂枠部材２４に代えて、樹脂枠部材５４を備える。樹脂枠部材５４には、内側凸状部２６ｃが設けられていない。この樹脂枠付き電解質膜・電極構造体５２は、上記の第１の実施形態又は第２の実施形態により製造される。これにより、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０と同様の効果が得られる。
【００６３】
図１１は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０に代えて用いられる樹脂枠付き電解質膜・電極構造体６０の製造途中の説明図である。
【００６４】
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体６０は、樹脂枠部材２４に代えて、樹脂枠部材６２を備える。樹脂枠部材６２の外側凸状部２６ａの厚さｔは、段差ＭＥＡ１０ａ全体の厚さと同一の厚さに設定される。これにより、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６５】
１０、５２、６０…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体
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…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                      ２２ａｅ、２２ｂｅ…外周端部
２４…樹脂枠部材                        ２４ａ…内側膨出部
２４ｓ…内周基端部                      ２６ａ…外側凸状部
２６ｂ…平坦面部                        ２６ｂｓ…接着面
２６ｂｓ（ｒ）…傾斜接着面              ２６ｃ…内側凸状部
２８…接着剤層                          ２８ａ…接着剤
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
５０…伝熱板                            ５４…樹脂枠部材
【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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【図１０】
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【図１１】
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