(57)【要約】【課題】高分子電解質膜が劣化する可能性を従来よりも低減し得る電解質膜−電極−枠接合体を提供する。【解決手段】電解質膜−電極−枠接合体は、高分子電解質膜と、高分子電解質膜の一方の面に設けられ、アノード触媒層とガス拡散層とを備えるアノードと、高分子電解質膜の他方の面に設けられ、カソード触媒層とガス拡散層とを備えるカソードと、を備える電解質膜電極接合体と、アノード及び前記カソードのそれぞれに、水素含有ガス及び酸化剤ガスのそれぞれを供給するためのガス供給部を備え、電解質膜電極接合体の周縁部に配されている額縁状の枠体と、を備え、ガス拡散層のそれぞれは、アノード触媒層及びカソード触媒層のそれぞれの上に配置され、枠体の内縁部から外側に延びて枠体を覆っており、ガス拡散層の一方とアノード触媒層との間で生じる第１隙間、又は、ガス拡散層の他方とカソード触媒層との間で生じる第２隙間、が閉塞部材により閉塞されている。【選択図】図３
2016103390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の一方の面に設けられ、アノード触媒層とガス拡散層とを備えるアノードと、前記高分子電解質膜の他方の面に設けられ、カソード触媒層とガス拡散層とを備えるカソードと、を備える電解質膜電極接合体と、
前記アノード及び前記カソードのそれぞれに、水素含有ガス及び酸化剤ガスのそれぞれを供給するためのガス供給部を備え、前記電解質膜電極接合体の周縁部に配されている額縁状の枠体と、
を備え、
前記ガス拡散層のそれぞれは、前記アノード触媒層及び前記カソード触媒層のそれぞれの上に配置され、前記枠体の内縁部から外側に延びて前記枠体を覆っており、
前記ガス拡散層の一方と前記アノード触媒層との間で生じる第１隙間、又は、前記ガス拡散層の他方と前記カソード触媒層との間で生じる第２隙間、が閉塞部材により閉塞されている電解質膜−電極−枠接合体。
【請求項２】
前記閉塞部材として、前記アノード触媒層と前記ガス拡散層との接着に用いる第１接着層、又は、前記カソード触媒層と前記ガス拡散層との接着に用いる第２接着層、を備える請求項１に記載の電解質膜−電極−枠接合体。
【請求項３】
前記第１接着層及び前記第２接着層は、フッ素樹脂、又は、フッ素樹脂とカーボンの混合材料で構成されている請求項２に記載の電解質膜−電極−枠接合体。
【請求項４】
前記第１接着層は、前記第１隙間を形成する前記アノード触媒層の部分、又は、前記第１隙間を形成する前記ガス拡散層の部分に設けられ、前記第１接着層の体積は、前記第１隙間の体積よりも大きい請求項２又は３に記載の電解質膜−電極−枠接合体。
【請求項５】
前記第２接着層は、前記第２隙間を形成する前記カソード触媒層の部分、又は、前記第２隙間を形成する前記ガス拡散層の部分に設けられ、前記第２接着層の体積は、前記第２隙間の体積よりも大きい請求項２又は３に記載の電解質膜−電極−枠接合体。
【請求項６】
前記第１隙間に隣接する前記枠体の部分、又は、前記第１隙間を形成する前記ガス拡散層の部分に、開口が形成されている請求項４又は５に記載の電解質膜−電極−枠接合体。
【請求項７】
前記第２隙間に隣接する前記枠体の部分、又は、前記第２隙間を形成する前記ガス拡散層の部分に、開口が形成されている請求項４又は５に記載の電解質膜−電極−枠接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電解質膜−電極−枠接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質型の燃料電池は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜と、高分子電解質膜の両面に形成された一対の電極（アノードとカソード）とを備える。これらの電極は、高分子電解質膜の表面に形成される触媒層及び触媒層の外側に配置されて通気性及び電子導電性を持つガス拡散層（ＧＤＬ）を備える。
【０００３】
このように電解質膜と電極とが一体的に接合されて組み立てられたものを電解質膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と称する。
【０００４】
ＭＥＡは、一対の導電性セパレータで挟み込まれて機械的に固定されるとともに、隣接するＭＥＡは互いに直列に電気接続される。セパレータの、ＭＥＡと接触する部分には、ガス流路が形成されている。ガス流路を通じて、それぞれの電極に反応ガスが供給され、それぞれの電極から生成水や余剰ガスを除去する。このように、ＭＥＡが一対のセパレータにより挟み込まれた構造体を単電池モジュール（セル）という。
【０００５】
反応ガスをセパレータのガス流路に供給するために、セパレータの縁部にマニホールド
孔と呼ばれる貫通孔を設ける。貫通孔を流れる反応ガスは、複数のセパレータのガス流路
に分配される。
【０００６】
更に、ガス流路に供給される反応ガス等が外部へリークしたり、混合したりしないよ
うに、ＭＥＡにおける電極形成部（すなわち、発電領域）の外周を囲むように、一対のセ
パレータの間にシール部材が配置される。
【０００７】
以上の電解質膜電極接合体については、高分子電解質膜の膨張や収縮による高分子電解質膜の破損の可能性があること、又は、高分子電解質膜、触媒層がガスに曝されることで高分子電解質膜が劣化する可能性があること等を考慮して、従来から様々な提案が行われている。
【０００８】
例えば、特許文献１では、電解質膜電極接合体を額縁状の枠体で固定する際に、枠体とガス拡散層との間の隙間が生じにくくなる構成が提案されている。これにより、高分子電解質膜、触媒層がガスに曝されにくくなり、電解質膜電極接合体の耐久性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第５５６４６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１は、ガス拡散層と触媒層との間で生じる隙間の問題については十分に検討されていない。
【００１１】
本発明の一態様（aspect）は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高分子電解質膜が劣化する可能性を従来よりも低減し得る電解質膜−電極−枠接合体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の一態様の燃料電池システムは、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の一方の面に設けられ、アノード触媒層とガス拡散層とを備えるアノードと、前記高分子電解質膜の他方の面に設けられ、カソード触媒層とガス拡散層とを備えるカソードと、を備える電解質膜電極接合体と、前記アノード及び前記カソードのそれぞれに、水素含有ガス及び酸化剤ガスのそれぞれを供給するためのガス供給部を備え、前記電解質膜電極接合体の周縁部に配されている額縁状の枠体と、を備え、前記ガス拡散層のそれぞれは、前記アノード触媒層及び前記カソード触媒層のそれぞれの上に配置され、前記枠体の内縁部から外側に延びて前記枠体を覆っており、前記ガス拡散層の一方と前記アノード触媒層との間で生じる第１隙間、又は、前記ガス拡散層の他方と前記カソード触媒層との間で生じる第２隙間、が閉塞部材により閉塞されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様の電解質膜−電極−枠接合体は、高分子電解質膜が劣化する可能性を従来よりも低減し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１実施形態の電解質膜−電極−枠接合体を備える単電池モジュールの一例を示す図である。
【図２】図２は、電解質膜−電極−枠接合体のＭＥＡ（電解質膜電極接合体）の断面の一例を示す図である。
【図３】図３は、電解質膜−電極−枠接合体の枠体周縁部近傍の断面の一例を示す図である。
【図４】図４は、アノード触媒層とガス拡散層との接着に用いる第１接着層の一例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第２実施形態の電解質膜−電極−枠接合体の一例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第２実施形態の電解質膜−電極−枠接合体の一例を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第３実施形態の電解質膜−電極−枠接合体の一例を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第３実施形態の電解質膜−電極−枠接合体の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
発明者らは、ガス拡散層と触媒層との間で生じる隙間の問題について鋭意検討し、以下の知見を得た。
【００１６】
特許文献１の如く、枠体にガス拡散層を積層させる場合、枠体の内縁部の存在により、ガス拡散層と触媒層とで隙間を形成する可能性がある。すると、高分子電解質膜又は触媒層が直接に反応ガスに曝されることで高分子電解質膜が化学的に劣化する可能性がある。
【００１７】
なお、この可能性は、ガス拡散層の可とう性が低くなる程、顕著になると考えられる。
【００１８】
そこで、第１実施形態の電解質膜−電極−枠接合体は、高分子電解質膜と、高分子電解質膜の一方の面に設けられ、アノード触媒層とガス拡散層とを備えるアノードと、高分子電解質膜の他方の面に設けられ、カソード触媒層とガス拡散層とを備えるカソードと、を備える電解質膜電極接合体と、
アノード及び前記カソードのそれぞれに、水素含有ガス及び酸化剤ガスのそれぞれを供給するためのガス供給部を備え、電解質膜電極接合体の周縁部に配されている額縁状の枠体と、
を備え、
ガス拡散層のそれぞれは、アノード触媒層及びカソード触媒層のそれぞれの上に配置され、枠体の内縁部から外側に延びて枠体を覆っており、ガス拡散層の一方とアノード触媒層との間で生じる第１隙間、又は、ガス拡散層の他方とカソード触媒層との間で生じる第２隙間、が閉塞部材により閉塞されている。
【００１９】
かかる構成により、高分子電解質膜が劣化する可能性を従来よりも低減し得る。つまり、上記の第１隙間又は第２隙間が生じると、高分子電解質膜、アノード触媒層又はカソード触媒層が直接、反応ガスに曝されることで高分子電解質膜が化学的に劣化する可能性があるが、かかる第１隙間又は第２隙間の閉塞部材での閉塞により、このような可能性を低減できる。よって、電解質膜−電極−枠接合体の耐久性が向上する。
【００２０】
［装置構成］
図１は、第１実施形態の電解質膜−電極−枠接合体を備える単電池モジュールの一例を示す図である。図２は、電解質膜−電極−枠接合体のＭＥＡ（電解質膜電極接合体）の断面の一例を示す図である。図３は、電解質膜−電極−枠接合体の枠体周縁部近傍の断面の一例を示す図である。
【００２１】
なお、図示を省略するが、燃料電池スタックは、複数個の単電池モジュール（セル）１０を備え、それらは直列に積層されている。燃料電池スタックは、複数個の単電池モジュール１０とともに、両端に配置される一対の集電板及び一対の端板を有する。
【００２２】
図１に示すように、単電池モジュール１０は、ＭＥＡ１１の周縁部に、額縁状の枠体１２を備える電解質膜−電極−枠接合体１３と、電解質膜−電極−枠接合体１３を挟む一対の導電性のセパレータ（アノード側セパレータ１４Ａ及びカソード側セパレータ１４Ｃ）と、冷却水セパレータ（図示せず）と、を備える。
【００２３】
ＭＥＡ１１は、図２に示す如く、高分子電解質膜２０と、アノード２３Ａと、カソード２３Ｃと、を備える。アノード２３Ａは、高分子電解質膜２０の一方の面に設けられた、アノード触媒層２１Ａとガス拡散層２２Ａとを備える。カソード２３Ｃは、高分子電解質膜２０の他方の面に設けられた、カソード触媒層２１Ｃとガス拡散層２２Ｃとを備える。
【００２４】
枠体１２は、図１に示す如く、ＭＥＡ１１のアノード２３Ａ及びカソード２３Ｃのそれぞれに、反応ガスとして水素含有ガス及び酸化剤ガスのそれぞれを供給するためのマニホールド孔３０（ガス供給部）を備え、ＭＥＡ１１の周縁部に配されている。つまり、電解質膜−電極−枠接合体１３は、図３に示す如く、高分子電解質膜２０と、高分子電解質膜２０の周縁部を挟み得る枠体１２とを備える。なお、図３では、アノード触媒層２１Ａとカソード触媒層２１Ｃの図示を省略している。
【００２５】
枠体１２は、高分子電解質膜２０の周縁部を挟み込むことができれば、どのような構成であっても構わない。例えば、樹脂成形の枠体片を重ね合わせることで、これらの枠体片により高分子電解質膜２０の周縁部を挟んでもよい。枠体１２の一対の枠体片の接合は、例えば、これらの接合面に接合部１９を配置することで行われる。接合部１９は、樹脂成形部品でもいいし、接着剤でもいい。
【００２６】
このようにして、高分子電解質膜２０と枠体１２との接合体（以下、「電解質膜−枠接合体」という）が得られる。
【００２７】
また、ガス拡散層２２Ａ、２２Ｃのそれぞれは、電解質膜−枠接合体の両面のそれぞれ（正確には、アノード触媒層２１Ａ及びカソード触媒層２１Ｃのそれぞれ）の上に配置され、枠体１２の内縁部１２Ｅから外側に延びて枠体１２を覆っている。つまり、ガス拡散層２２Ａ、２２Ｃはそれぞれ、枠体１２の内縁部１２Ｅの近傍部分を挟むように枠体１２の表面と裏面のそれぞれの上に積層している。
【００２８】
このように、ガス拡散層２２Ａ、２２Ｃが、枠体１２の内縁部１２Ｅから外側に延びる構成を取ることで、かかる構成を取らない場合に比べ、高分子電解質膜２０の露出を抑制できる。高分子電解質膜２０が露出すると、高分子電解質膜２０が直接に反応ガスに曝されて高分子電解質膜２０が劣化する可能性があるが、上記構成により、かかる可能性を低減できる。
【００２９】
ここで、発明者らは、図３に示すように、枠体１２にガス拡散層２２Ａ、２２Ｃを積層させる場合、枠体１２の内縁部１２Ｅの存在により、ガス拡散層２２Ａ、２２Ｃのそれぞれとアノード触媒層２１Ａ及びカソード触媒層２１Ｃのそれぞれとの間とで第１隙間ＳＡ及び第２隙間ＳＣを形成する可能性があることを見出した。なお、この可能性は、ガス拡散層２２Ａ、２２Ｃの可とう性が低くなる程、顕著になると考えられる。
【００３０】
そこで、発明者らは、上記知見に基づいて、ガス拡散層２２Ａとアノード触媒層２１Ａとの間で生じる第１隙間ＳＡを閉塞するという着想に到達した。また、ガス拡散層２２Ｃとカソード触媒層２１Ｃとの間で生じる第２隙間ＳＣを閉塞するという着想に到達した。
【００３１】
以上により、高分子電解質膜２０が劣化する可能性を従来よりも低減し得る。つまり、上記の第１隙間ＳＡ又は第２隙間ＳＣが生じると、高分子電解質膜２０、アノード触媒層２１Ａ又はカソード触媒層２１Ｃが直接、反応ガスに曝されることで高分子電解質膜２０が化学的に劣化する可能性があるが、かかる第１隙間ＳＡ又は第２隙間ＳＣの閉塞部材２５での閉塞により、このような可能性を低減できる。よって、電解質膜−電極−枠接合体１３の耐久性が向上する。なお、閉塞部材２５の具体例は、以下の実施例で説明する。
【００３２】
（実施例）
第１実施形態の実施例の電解質膜−電極−枠接合体は、上記閉塞部材として、アノード触媒層とガス拡散層との接着に用いる第１接着層、又は、カソード触媒層とガス拡散層との接着に用いる第２接着層、を備える。
【００３３】
上記の第１接着層及び第２接着層は、フッ素樹脂、又は、フッ素樹脂とカーボンの混合材料で構成されてもよい。
【００３４】
かかる構成により、高分子電解質膜が劣化する可能性を従来よりも低減し得る。つまり、第１接着層による第１隙間の閉塞、又は、第２接着層による第２隙間の閉塞が行われるので、高分子電解質膜、アノード触媒層又はカソード触媒層が直接、反応ガスに曝されることを抑制できる。よって、高分子電解質膜の化学的な劣化を抑制できる。
【００３５】
また、第１接着層又は第２接着層を用いて、アノード触媒層とガス拡散層とが接着し、又は、カソード触媒層とガス拡散層とが接着することで、高分子電解質膜の膨潤収縮による寸法変化が低減される。これにより、高分子電解質膜の機械的な劣化を抑制できる。
【００３６】
本実施例の電解質膜−電極−枠接合体は、上記の特徴以外は、第１実施形態の電解質膜−電極−枠接合体と同様に構成してもよい。
【００３７】
［装置構成］
図４は、アノード触媒層とガス拡散層との接着に用いる第１接着層の一例を示す図である。
【００３８】
第１接着層２５Ａは、上記閉塞部材２５として、アノード触媒層２１Ａとガス拡散層２２Ａとの接着に用いる。つまり、第１接着層２５Ａは、ガス拡散層２２Ａとアノード触媒層２１Ａとの間で生じる第１隙間ＳＡに設けられている。
【００３９】
第１接着層２５Ａは、アノード触媒層２１Ａとガス拡散層２２Ａとの接着に用い得るのであれば、どのようなものであっても構わない。第１接着層２５Ａの接着剤として、例えば、紫外線又は熱等により硬化可能なフッ素樹脂、又は、フッ素樹脂とカーボンの混合材料等を例示できる。高分子電解質膜２０には、フッ素樹脂系のイオン交換膜を用いるので、第１接着層２５Ａの接着剤として、フッ素樹脂が好適に使用できる。また、フッ素樹脂とカーボンの混合材料の層として、例えば、ガス拡散層の基材上に設けられることが多い、マイクロポーラス層（MPL）等を例示できる。
【００４０】
以上により、高分子電解質膜２０が劣化する可能性を従来よりも低減し得る。つまり、第１接着層２５Ａによる第１隙間ＳＡの閉塞が行われるので、高分子電解質膜２０又はアノード触媒層２１Ａが直接、反応ガスに曝されことを抑制できる。よって、高分子電解質膜２０の化学的な劣化を抑制できる。
【００４１】
また、第１接着層２５Ａを用いて、アノード触媒層２１Ａとガス拡散層２２Ａとが接着することで、高分子電解質膜２０の膨潤収縮による寸法変化が低減される。これにより、高分子電解質膜２０の機械的な劣化を抑制できる。
【００４２】
なお、カソード触媒層２１Ｃとガス拡散層２２Ｃとの接着に用いる第２接着層（図示せず）についても上記と同様である。よって、詳細な説明を省略する。
【００４３】
（第２実施形態）
第２実施形態の電解質膜−電極−枠接合体は、第１実施形態の実施例の電解質膜−電極−枠接合体において、第１接着層は、第１隙間を形成するアノード触媒層の部分、又は、第１隙間を形成するガス拡散層の部分に設けられ、第１接着層の体積は、第１隙間の体積よりも大きい。
【００４４】
かかる構成により、第１接着層の体積が第１隙間の体積以下の場合に比べ、第１接着層の接着剤が第１隙間の全域を満たす可能性が高くなる。よって、高分子電解質膜が劣化する可能性を更に低減できる。
【００４５】
本実施形態の電解質膜−電極−枠接合体は、上記の特徴以外は、第１実施形態の実施例の電解質膜−電極−枠接合体と同様に構成してもよい。
【００４６】
［装置構成］
図５Ａ及び図５Ｂは、第２実施形態の電解質膜−電極−枠接合体の一例を示す図である。
【００４７】
図５Ａに示すように、第１接着層２５Ａを、第１隙間ＳＡを形成するアノード触媒層２１Ａの部分に設け、第１接着層２５Ａの体積を第１隙間ＳＡの体積よりも大きくしている。また、図５Ｂに示すように、第１接着層２５Ａを、第１隙間ＳＡを形成するガス拡散層２２Ａの部分に設け、第１接着層２５Ａの体積を第１隙間ＳＡの体積よりも大きくしてもよい。
【００４８】
以上により、第１接着層２５Ａの体積が第１隙間ＳＡの体積以下の場合に比べ、第１接着層２５Ａの接着剤が第１隙間ＳＡの全域を満たす可能性が高くなる。よって、高分子電解質膜２０が劣化する可能性を更に低減できる。
【００４９】
（変形例）
第２実施形態の変形例の電解質膜−電極−枠接合体は、第１実施形態の実施例の電解質膜−電極−枠接合体において、第２接着層は、第２隙間を形成するカソード触媒層の部分、又は、第２隙間を形成するガス拡散層の部分に設けられ、第２接着層の体積は、第２隙間の体積よりも大きい。
【００５０】
かかる構成により、第２接着層の体積が第２隙間の体積以下の場合に比べ、第２接着層の接着剤が第２隙間の全域を満たす可能性が高くなる。よって、高分子電解質膜が劣化する可能性を更に低減できる。
【００５１】
本実施形態の電解質膜−電極−枠接合体は、上記の特徴以外は、第１実施形態の実施例の電解質膜−電極−枠接合体と同様に構成してもよい。
【００５２】
［装置構成］
本変形例の電解質膜−電極−枠接合体の構成は、第２実施形態の構成の参酌により容易に理解できる。よって、図示を省略する。
【００５３】
本変形例では、第２接着層を、第２隙間ＳＣを形成するカソード触媒層２１Ｃの部分に設け、第２接着層の体積を第２隙間ＳＣの体積よりも大きくしている。また、第２接着層を、第２隙間ＳＣを形成するガス拡散層２２Ｃの部分に設け、第２接着層の体積を第２隙間ＳＣの体積よりも大きくしてもよい。
【００５４】
以上により、第２接着層の体積が第２隙間ＳＣの体積以下の場合に比べ、第２接着層の接着剤が第２隙間ＳＣの全域を満たす可能性が高くなる。よって、高分子電解質膜２０が劣化する可能性を更に低減できる。
【００５５】
（第３実施形態）
第３実施形態の電解質膜−電極−枠接合体は、第２実施形態又は第２実施形態の変形例の電解質膜−電極−枠接合体において、第１隙間に隣接する枠体の部分、又は、第１隙間を形成するガス拡散層の部分に、開口が形成されている。
【００５６】
かかる構成により、第１接着層の体積が第１隙間の体積よりも大きい場合において、ガス拡散層とアノード触媒層とが接着する際、第１接着層の接着剤の余剰分が上記の開口に進入する。すると、上記の開口を形成しない場合に比べ、高分子電解質膜への接着剤による応力集中が緩和され、高分子電解質膜の機械的な劣化を抑制できる。
【００５７】
本実施形態の電解質膜−電極−枠接合体は、上記の特徴以外は、第２実施形態又は第２実施形態の変形例の電解質膜−電極−枠接合体と同様に構成してもよい。
【００５８】
［装置構成］
図６Ａ及び図６Ｂは、第３実施形態の電解質膜−電極−枠接合体の一例を示す図である。
【００５９】
図６Ａに示すように、第１隙間ＳＡに隣接する枠体１２の部分に、開口４０を形成している。開口４０の寸法は、第１接着層２５Ａの体積、第１隙間ＳＡの体積及び第１接着層２５Ａの接着剤の流動性等に基づいて所望の値に設定される。開口４０は、例えば、１０μｍ以上、３ｍｍ以下の有底孔であってもよい。また、図６Ｂに示すように、第１隙間ＳＡを形成するガス拡散層２２Ａの部分に、開口４１を形成してもよい。開口４１の寸法は、第１接着層２５Ａの体積、第１隙間ＳＡの体積及び第１接着層２５Ａの接着剤の流動性等に基づいて所望の値に設定される。開口４１は、例えば、１０μｍ以上、３ｍｍ以下の貫通孔であってもよい。
【００６０】
以上により、第１接着層２５Ａの体積が第１隙間ＳＡの体積よりも大きい場合において、ガス拡散層２２Ａとアノード触媒層２１Ａとが接着する際、第１接着層２５Ａの接着剤の余剰分が、上記の開口４０又は開口４１に進入する。すると、上記の開口４０及び開口４１を形成しない場合に比べ、高分子電解質膜２０への接着剤による応力集中が緩和され、高分子電解質膜２０の機械的な劣化を抑制できる。
【００６１】
（変形例）
第３実施形態の変形例の電解質膜−電極−枠接合体は、第２実施形態又は第２実施形態の変形例の電解質膜−電極−枠接合体において、第２隙間に隣接する枠体の部分、又は、第２隙間を形成するガス拡散層の部分に、開口が形成されている。
【００６２】
かかる構成により、第２接着層の体積が第２隙間の体積よりも大きい場合において、ガス拡散層とカソード触媒層とが接着する際、第２接着層の接着剤の余剰分が上記の開口に進入する。すると、上記の開口を形成しない場合に比べ、高分子電解質膜への接着剤による応力集中が緩和され、高分子電解質膜の機械的な劣化を抑制できる。
【００６３】
本実施形態の電解質膜−電極−枠接合体は、上記の特徴以外は、第２実施形態又は第２実施形態の変形例の電解質膜−電極−枠接合体と同様に構成してもよい。
【００６４】
［装置構成］
本変形例の電解質膜−電極−枠接合体の構成は、第３実施形態の構成の参酌により容易に理解できる。よって、図示を省略する。
【００６５】
本変形例では、第２隙間ＳＣに隣接する枠体１２の部分に、開口を形成している。この開口の寸法は、第２接着層２５Ｃの体積、第２隙間ＳＣの体積及び第２接着層２５Ｃの接着剤の流動性等に基づいて所望の値に設定される。本開口は、例えば、１０μｍ以上、３ｍｍ以下の有底孔であってもよい。また、第２隙間ＳＣを形成するガス拡散層２２Ｃの部分に、開口を形成してもよい。この開口の寸法は、第２接着層２５Ｃの体積、第２隙間ＳＣの体積及び第２接着層２５Ｃの接着剤の流動性等に基づいて所望の値に設定される。本開口は、例えば、１０μｍ以上、３ｍｍ以下の貫通孔であってもよい。
【００６６】
以上により、第２接着層２５Ｃの体積が第２隙間ＳＣの体積よりも大きい場合において、ガス拡散層２２Ｃとカソード触媒層２１Ｃとが接着する際、第２接着層２５Ｃの接着剤の余剰分が上記の開口に進入する。すると、上記の開口を形成しない場合に比べ、高分子電解質膜２０への接着剤による応力集中が緩和され、高分子電解質膜２０の機械的な劣化を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の一態様の電解質膜−電極−枠接合体は、高分子電解質膜が劣化する可能性を従来よりも低減し得る。よって、本発明の一態様は、例えば、燃料電池システムに利用できる。
【符号の説明】
【００６８】
１０  単電池モジュール
１１  ＭＥＡ
１２  枠体
１３  電解質膜−電極−枠接合体
１４Ａ  アノード側セパレータ
１４Ｃ  カソード側セパレータ
２０  高分子電解質膜（電解質膜）
２１Ａ  アノード触媒層
２１Ｃ  カソード触媒層
２２Ａ、２２Ｃ  ガス拡散層
２３Ａ  アノード
２３Ｃ  カソード
２５  閉塞部材
２５Ａ  第１接着層
２５Ｃ  第２接着層
３０  マニホールド孔（ガス供給部）
４０、４１  開口
ＳＡ  第１隙間
ＳＣ  第２隙間
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図３】
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