(57)【要約】【課題】簡単な工程で、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固且つ良好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は、電解質膜・電極構造体１０ａと樹脂枠部材２４とが一体化されている。本発明の製造方法は、電解質膜・電極構造体１０ａに第１フィルム部材２８を設ける工程と、樹脂枠部材２４に第２フィルム部材３０を設ける工程と、前記第１フィルム部材２８及び前記第２フィルム部材３０を一体に溶着させる工程とを有する。【選択図】図３
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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両面に電極が設けられる電解質膜・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前記電解質膜・電極構造体に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・電極構造体の製造方法であって、
前記電解質膜・電極構造体の樹脂枠接合部位に第１フィルム部材を設ける工程と、
前記樹脂枠部材のＭＥＡ接合部位に第２フィルム部材を設ける工程と、
前記第１フィルム部材及び前記第２フィルム部材を一体に溶着させる工程と、
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、前記第１フィルム部材及び前記第２フィルム部材の接合部位を覆って第３フィルム部材を一体に溶着させる工程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３】
請求項２記載の製造方法において、前記第３フィルム部材は、前記第１フィルム部材又は前記第２フィルム部材と一体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・電極構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記電解質膜・電極構造体は、一方の前記電極の平面寸法が、他方の前記電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定される段差ＭＥＡであ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一対の電極で挟んだＭＥＡと、前記ＭＥＡの外周を周回して前記ＭＥＡに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にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方にカソード電極が、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、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１３に示すように、膜１の一方の面には、前記膜１と同一の外形寸法を有するアノード触媒層２ａとアノードガス拡散層２ｂとが配置されている。膜１の他方の面には、前記膜１よりも小さな外形寸法を有するカソード触媒層３ａとカソードガス拡散層３ｂとが配置されている。これによって、段差ＭＥＡ４が構成されている。
【０００６】
アノードガス拡散層２ｂは、カソードガス拡散層３ｂよりも大きな面積に設定されており、前記カソードガス拡散層３ｂ側の膜１の外周部とガスケット構造体５とは、接着部位６を介して接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
ところで、上記の特許文献１では、カソードガス拡散層３ｂ側の膜１の外周縁部（平面）とガスケット構造体５の内周薄肉部５ａの平面とが、額縁平面形状の接着部位６を介して接合されている。
【０００９】
しかしながら、段差ＭＥＡ４とガスケット構造体５との接着工程において、接着部位６に接着剤が過剰に塗布されたり、接合荷重がばらついたりすると、前記接着部位６から前記接着剤がはみ出すおそれがある。
【００１０】
しかも、接着後にアノードガス拡散層２ｂやカソードガス拡散層３ｂに樹脂含浸等の加熱工程を行う際に、溶融した樹脂が接着部位６から漏れ出してしまい、接着剤が溶融するという問題がある。また、加熱工程において、伝熱により接着部位６の接着剤が溶融されてしまう可能性がある。
【００１１】
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、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固且つ良好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】
【００１２】
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、固体高分子電解質膜の両面に電極が設けられる電解質膜・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前記電解質膜・電極構造体に設けられる樹脂枠部材とを備えている。
【００１３】
この製造方法は、電解質膜・電極構造体の樹脂枠接合部位に第１フィルム部材を設ける工程と、前記樹脂枠部材のＭＥＡ接合部位に第２フィルム部材を設ける工程とを有している。この製造方法は、さらに第１フィルム部材及び第２フィルム部材を一体に溶着させる工程を有している。
【００１４】
また、この製造方法は、第１フィルム部材及び第２フィルム部材の接合部位を覆って第３フィルム部材を一体に溶着させる工程を有することが好ましい。
【００１５】
さらに、この製造方法では、第３フィルム部材は、第１フィルム部材又は第２フィルム部材と一体に設けられることが好ましい。
【００１６】
さらにまた、この製造方法では、電解質膜・電極構造体は、一方の電極の平面寸法が、他方の電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定される段差ＭＥＡであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電解質膜・電極構造体の樹脂枠接合部位に設けられた第１フィルム部材と、樹脂枠部材のＭＥＡ接合部位に設けられた第２フィルム部材とが、一体に溶着されている。このため、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材との接合は、第１フィルム部材及び第２フィルム部材同士を溶着させるだけでよく、接着剤等に比べて作業の簡素化が容易に図られる。従って、簡単な工程で、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固且つ良好に接合することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る製造方法により製造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一部断面斜視説明図である。
【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】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】本発明の第２の実施形態に係る製造方法により製造される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９】本発明の第３の実施形態に係る製造方法により製造される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１０】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１１】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１２】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１３】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】
【００１９】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る製造方法により製造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）の長方形状を有し、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、段差ＭＥＡである電解質膜・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（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２０及びカソード電極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。
【００２２】
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。また、段差ＭＥＡに代えて、固体高分子電解質膜１８、アノード電極２０及びカソード電極２２は、全て同一の平面寸法に設定されてもよい。
【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。第１ガス拡散層２０ｂの外周縁部には、枠形状に周回して薄肉状の凹部２０ｂｒが形成される。
【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、同一の平面寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜１８の平面寸法よりも小さな平面寸法に設定される。なお、第２電極触媒層２２ａと第２ガス拡散層２２ｂとは、互いに異なる平面寸法に設定されてもよい。
【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、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）又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）等で構成される。樹脂枠部材２４は、さらに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。
【００２７】
図１〜図４に示すように、樹脂枠部材２４は、枠形状の厚肉部２４ａを有する。樹脂枠部材２４は、図２〜図４に示すように、厚肉部２４ａの内周に内周基端部２４ｓを介してカソード電極２２側に膨出する薄肉状に形成された内側膨出部２４ｂを有する。内側膨出部２４ｂは、内周基端部２４ｓから内方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（カソード電極２２の外周から外方に露呈する膜部分）１８ｂｅを覆って配置される。
【００２８】
厚肉部２４ａの内周部には、内周基端部２４ｓに連なって薄肉状の凹部２４ｒが枠形状を有して形成される。厚肉部２４ａの凹部２４ｒと第１ガス拡散層２０ｂの凹部２０ｂｒとは、同一の深さｄを有し且つ互いに連通し全体として所定の幅寸法Ｓ１を有する枠状凹部を構成する（図３参照）。
【００２９】
図２及び図３に示すように、電解質膜・電極構造体１０ａの外周部と樹脂枠部材２４の内周部とは、フィルム接合部２６により接合される。フィルム接合部２６は、電解質膜・電極構造体１０ａに設けられる樹脂製第１フィルム部材２８、樹脂枠部材２４に設けられる樹脂製第２フィルム部材３０、及び樹脂製第３フィルム部材３２を備える。
【００３０】
第１フィルム部材２８は、電解質膜・電極構造体１０ａの外周部、すなわち、カソード電極２２の先端に接合される内側端部２８ａを有する。第１フィルム部材２８は、内側端部２８ａから９０゜だけ屈曲し、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅに接合される平坦部２８ｂを有する。第１フィルム部材２８は、平坦部２８ｂから９０゜だけ屈曲し、固体高分子電解質膜１８及びアノード電極２０の先端に接合される外側端部２８ｃを有する。内側端部２８ａ、平坦部２８ｂ及び外側端部２８ｃは、一体成形されるとともに、断面略Ｚ字状を有する。
【００３１】
第２フィルム部材３０は、樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ｂに接合される平坦部３０ａと、前記平坦部３０ａから９０゜だけ屈曲し、内周基端部２４ｓに接合される外側端部３０ｂとを有する。第３フィルム部材３２は、第２フィルム部材３０に一体成形され、凹部２０ｂｒに配置される平坦部３２ａと、凹部２４ｒに配置される平坦部３２ｂとを有する。
【００３２】
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３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３４ａ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３６ａは、冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔３８ｂ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３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂは、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００３３】
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３８ａ、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔３６ｂ、及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００３４】
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３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとに連通する酸化剤ガス流路４０が設けられる。酸化剤ガス流路４０は、酸化剤ガスを矢印Ｂ方向に流通させる。
【００３５】
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３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとに連通する燃料ガス流路４２が形成される。燃料ガス流路４２は、燃料ガスを矢印Ｂ方向に流通させる。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３６ａと冷却媒体出口連通孔３６ｂとに連通する冷却媒体流路４４が形成される。冷却媒体流路４４は、冷却媒体を矢印Ｂ方向に流通させる。
【００３６】
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４６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４８が一体化される。
【００３７】
図２に示すように、第１シール部材４６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４６ａと、第２セパレータ１６の第２シール部材４８に当接する第２凸状シール４６ｂとを有する。第２シール部材４８は、第２凸状シール４６ｂ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４６ｂに代えて、第２シール部材４８に凸状シール（図示せず）を設けてもよい。
【００３８】
第１シール部材４６及び第２シール部材４８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。
【００３９】
次いで、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を製造する第１の製法方法について、以下に説明する。
【００４０】
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、厚肉部２４ａと肉薄形状の内側膨出部２４ｂとを一体に有する。厚肉部２４ａの内周部には、凹部２４ｒが設けられる。電解質膜・電極構造体１０ａでは、凹部２４ｒに連通する凹部２０ｂｒが第１ガス拡散層２０ｂの外周縁部に形成される。
【００４１】
次に、図５に示すように、電解質膜・電極構造体１０ａの樹脂枠接合部位には、第１フィルム部材２８が、例えば、接着されて一体化される。第１フィルム部材２８は、断面略Ｚ字状を有し、内側端部２８ａと平坦部２８ｂと外側端部２８ｃは、カソード電極２２の先端と固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅと前記固体高分子電解質膜１８及びアノード電極２０の先端に接着される。
【００４２】
一方、樹脂枠部材２４のＭＥＡ接合部位には、第２フィルム部材３０が、例えば、溶着されて一体化される。第２フィルム部材３０は、第３フィルム部材３２を一体に設けるとともに、断面略Ｌ字状を有する。第２フィルム部材３０の平坦部３０ａと外側端部３０ｂは、樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ｂと内周基端部２４ｓに溶着される。第３フィルム部材３２は、平坦部３２ａ、３２ｂ同士が重なり合って外側端部３０ｂに沿って直線状に延在する。具体的には、第３フィルム部材３２は、切れ目３２ｋが所定の長さに亘って形成されることにより、平坦部３２ａ、３２ｂが設けられる。
【００４３】
そして、電解質膜・電極構造体１０ａの外周部と樹脂枠部材２４の内周部とが、位置合わせされる。具体的には、図６に示すように、第１フィルム部材２８の平坦部２８ｂに第２フィルム部材３０の平坦部３０ａが重ねられるとともに、前記第１フィルム部材２８の内側端部２８ａが前記平坦部３０ａの端面に当接する。さらに、第１フィルム部材２８の外側端部２８ｃが第２フィルム部材３０の外側端部３０ｂの内面に当接する。この状態で、第１フィルム部材２８と第２フィルム部材３０とは、溶着されることにより一体化される。
【００４４】
次いで、図７に示すように、第３フィルム部材３２では、切れ目３２ｋに沿って分離させることにより、平坦部３２ａ、３２ｂが互いに離間する方向に屈曲される。平坦部３２ａは、第１ガス拡散層２０ｂの凹部２０ｂｒに配置される一方、平坦部３２ｂは、樹脂枠部材２４の凹部２４ｒに配置される。平坦部３２ａ、３２ｂは、第１フィルム部材２８及び第２フィルム部材３０の接合部位を覆って一体に溶着される。なお、平坦部３２ａ、３２ｂの厚さは、凹部２０ｂｒ、２４ｒの深さと同一寸法に設定されることが好ましい。
【００４５】
従って、樹脂枠部材２４と電解質膜・電極構造体１０ａとは、フィルム接合部２６により一体に接合され、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０が製造される。
【００４６】
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２４ｂ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。
【００４７】
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。
【００４８】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ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３８ａ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３６ａ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。
【００４９】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３４ａから第２セパレータ１６の酸化剤ガス流路４０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３８ａから第１セパレータ１４の燃料ガス流路４２に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４２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。
【００５０】
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。
【００５１】
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３４ｂ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３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５２】
また、冷却媒体入口連通孔３６ａ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４４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３６ｂから排出される。
【００５３】
この場合、第１の実施形態では、図２及び図３に示すように、電解質膜・電極構造体１０ａに設けられた第１フィルム部材２８と、樹脂枠部材２４に設けられた第２フィルム部材３０とが、一体に溶着されている。
【００５４】
このため、電解質膜・電極構造体１０ａと樹脂枠部材２４との接合は、第１フィルム部材２８及び第２フィルム部材３０同士を溶着させるだけでよく、接着剤等に比べて作業の簡素化が容易に図られる。従って、簡単な工程で、電解質膜・電極構造体１０ａと樹脂枠部材２４とを強固且つ良好に接合することが可能になり、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を効率的に製造することができるという効果が得られる。
【００５５】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る製造方法により製造される樹脂枠付き電解質膜・電極構造体５０の要部断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体５０は、フィルム接合部５２を備えるとともに、前記フィルム接合部５２は、第２フィルム部材３０に代えて第２フィルム部材５４を有する。第２フィルム部材５４は、２枚のフィルム５４ａ、５４ｂを備え、前記フィルム５４ａ、５４ｂ同士を所定の長さまで接合させており、互いに離間した部分を第３フィルム部材３２として構成する。樹脂枠付き電解質膜・電極構造体５０は、第１の製造方法と同様に製造される。
【００５７】
このように構成される第２の実施形態では、電解質膜・電極構造体１０ａに設けられた第１フィルム部材２８と、樹脂枠部材２４に設けられた第２フィルム部材５４とが、一体に溶着されている。しかも、第２フィルム部材５４には、先端側を離間させることにより、第３フィルム部材３２が設けられている。従って、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体５０を効率的に製造することができる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
図９は、本発明の第３の実施形態に係る製造方法により製造される樹脂枠付き電解質膜・電極構造体６０の要部断面説明図である。
【００５９】
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体６０は、フィルム接合部６２を備えるとともに、前記フィルム接合部６２は、第１フィルム部材２８、第２フィルム部材６４及び第３フィルム部材６６をそれぞれ個別に有する。第２フィルム部材６４は、断面略Ｌ字状を有し、第３フィルム部材６６は、断面Ｉ字状の額縁形状を有する。
【００６０】
次いで、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体６０を製造する第３の製法方法について、以下に説明する。
【００６１】
図１０に示すように、電解質膜・電極構造体１０ａの樹脂枠接合部位には、第１フィルム部材２８が、例えば、接着される。一方、樹脂枠部材２４のＭＥＡ接合部位には、第２フィルム部材６４が、例えば、溶着される。
【００６２】
そして、図１１に示すように、第１フィルム部材２８に第２フィルム部材６４が重ねられるとともに、前記第１フィルム部材２８と前記第２フィルム部材６４とは、溶着されることにより一体化される。
【００６３】
次に、第３フィルム部材６６が、第１ガス拡散層２０ｂの凹部２０ｂｒと樹脂枠部材２４の凹部２４ｒとに一体に配置される。図１２に示すように、第３フィルム部材６６は、第１フィルム部材２８及び第２フィルム部材６４の接合部位を覆って一体に溶着される。従って、樹脂枠部材２４と電解質膜・電極構造体１０ａとは、フィルム接合部６２により一体に接合され、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体６０が製造される。
【００６４】
これにより、第３の実施形態では、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６５】
なお、第１〜第３の実施形態では、燃料電池１２は、１枚のＭＥＡを一対のセパレータにより挟持して構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、第１セパレータ、第１ＭＥＡ、第２セパレータ、第２ＭＥＡ及び第３セパレータの順に積層された発電ユニットを有し、各発電ユニット間に冷却媒体流路が形成される、所謂、間引き冷却構造の燃料電池を採用してもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０、５０、６０…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              ２０ｂｒ、２４ｒ…凹部
２２…カソード電極                      ２４…樹脂枠部材
２４ａ…厚肉部                          ２４ｂ…内側膨出部
２４ｓ…内周基端部                      ２６、５２、６２…フィルム接合部
２８、３０、３２、５４、６４、６６…フィルム部材
３４ａ…酸化剤ガス入口連通孔            ３４ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３６ａ…冷却媒体入口連通孔              ３６ｂ…冷却媒体出口連通孔
３８ａ…燃料ガス入口連通孔              ３８ｂ…燃料ガス出口連通孔
４０…酸化剤ガス流路                    ４２…燃料ガス流路
４４…冷却媒体流路                      ４６、４８…シール部材
５４ａ、５４ｂ…フィルム
【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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【図１２】
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【図１３】
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