(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は、段差ＭＥＡ１０ａと樹脂枠部材２４とを一体化する。段差ＭＥＡ１０ａと樹脂枠部材２４との間には、接着剤２８ａが充填される接着剤層２８を設ける。接着剤層２８は、段差ＭＥＡ１０ａの外周縁部１８ｂｅと樹脂枠部材２４との接触部位を接触部位２８ｅとして前記段差ＭＥＡ１０ａの内方に延在する。接着剤層２８には、接触部位２８ｅ側に近接して接着剤２８ａを配置させる接着剤配置部位２８ｐが設けられる。【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、
を備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体であって、
前記樹脂枠部材と前記段差ＭＥＡの外周縁部との間には、前記他方の面側に接着剤が充填される接着剤層を設け、
前記接着剤層は、前記段差ＭＥＡの前記外周縁部と前記樹脂枠部材との接触部位である外周端部から該段差ＭＥＡの内方に延在するとともに、
前記接着剤層には、前記外周端部側に近接して液状の前記接着剤を塗布する際に配置させる接着剤配置部位が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。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体において、前記樹脂枠部材は、前記段差ＭＥＡとの前記接触部位に、段差部位を介し薄肉状の内側膨出部を設けるとともに、
前記外周端部、前記内側膨出部及び前記段差ＭＥＡの前記外周縁部により、前記接着剤層を構成する空間部を形成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。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体において、前記空間部は、前記外周端部と前記接着剤配置部位に塗布された液状の前記接着剤との間に隙間部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。
【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、樹脂枠部材は、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、種々の液状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が可能な燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体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では、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。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ている。
【００１２】
そして、樹脂枠部材と段差ＭＥＡの外周縁部との間には、他方の面側に接着剤が充填される接着剤層を設けている。接着剤層は、段差ＭＥＡの外周縁部と樹脂枠部材との接触部位である外周端部から前記段差ＭＥＡの内方に延在するとともに、前記接着剤層には、前記外周端部側に近接して液状の接着剤を塗布する際に配置させる接着剤配置部位が設けられている。
【００１３】
また、樹脂枠部材は、段差ＭＥＡとの接触部位に、段差部位を介し薄肉状の内側膨出部を設けるとともに、前記外周端部、前記内側膨出部及び段差ＭＥＡの外周縁部により、接着剤層を構成する空間部を形成することが好ましい。
【００１４】
さらに、空間部は、外周端部と接着剤配置部位に塗布された液状の接着剤との間に隙間部を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、接着剤層は、段差ＭＥＡの外周縁部と樹脂枠部材との接触部位である外周端部から前記段差ＭＥＡの内方に延在している。外周端部に近接する接着剤配置部位に配置された接着剤は、樹脂枠部材と段差ＭＥＡとが密着される際に伸ばされて、前記接着剤層の内方に流動する。このため、接着剤層内の空気は、接着剤の流動に沿って内方に移動し、外周端部と内周端部との隙間から外部に排気される。
【００１６】
従って、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る。これにより、接着剤は、接着剤層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。このため、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】本発明の第１の実施形態に係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】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】本発明の第２の実施形態に係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。
【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１〜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２電極触媒層２２ａの平面寸法は、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）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及び図４に示すように、樹脂枠部材２４は、枠形状を有する。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及び第２ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ａｅ、２２ｂｅ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出する。
【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凸状部２６ａが設けられる。凸状部２６ａの内方端部には、接触部位２８ｅを介して前記凸状部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、該凸状部２６ａから内側膨出部２４ａの内周端部２４ａｅまで延在する。
【００２９】
図４に示すように、凸状部２６ａは、樹脂枠部材２４の全周に亘って一定の幅寸法ａを有するとともに、平坦面部２６ｂは、前記樹脂枠部材２４の全周に亘って一定の幅寸法ｂを有する。
【００３０】
図２に示すように、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、図３に示すように、接着剤層２８は、段差ＭＥＡ１０ａ（固体高分子電解質膜１８）の外周縁部１８ｂｅと樹脂枠部材２４の凸状部２６ａとの接触部位２８ｅを外周端部として前記段差ＭＥＡ１０ａの内方に延在する。
【００３１】
段差部２６ｅ、平坦面部２６ｂ（内側膨出部２４ａ）の一部及び固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅ（段差ＭＥＡ１０ａ）により、接着剤層２８を構成する空間部２９が形成される。接着剤層２８（空間部２９）には、接触部位２８ｅ側に近接して液状の接着剤２８ａを塗布する接着剤配置部位２８ｐが設けられる。空間部２９は、接触部位２８ｅと接着剤配置部位２８ｐに設けられた接着剤２８ａとの間に隙間部２９ｓを有する。隙間部２９ｓは、所定の間隔Ｓ１を有する。内周端部２４ａｅと接着剤２８ａとの間隔Ｓ２は、間隔Ｓ１＜間隔Ｓ２の関係を有することにより、接着剤配置部位２８ｐは、接触部位２８ｅ側に近接して設けられることになる。
【００３２】
接着剤層２８には、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、接着剤としては、液体であればよく、熱可塑性や熱硬化性等に制限されない。
【００３３】
図２に示すように、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３１により一体化される。樹脂含浸部３１は、例えば、樹脂枠部材２４に一体成形される樹脂突起部３１ｔ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３１は、接着剤層２８と同様に、接着剤２８ａを使用してもよい。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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とに連通する酸化剤ガス流路３６が設けられる。
【００３７】
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とに連通する燃料ガス流路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とに連通する冷却媒体流路４０が形成される。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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に連続して凸状部２６ａが設けられるとともに、前記凸状部２６ａの内方端部には、前記凸状部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。なお、樹脂枠部材２４には、必要に応じて、図２に示すように、樹脂突起部３１ｔが一体成形される。
【００４６】
次に、図５に示すように、樹脂枠部材２４には、内側膨出部２４ａの平坦面部２６ｂに、接着剤層２８（空間部２９）の接着剤配置部位２８ｐに位置して接着剤２８ａが、例えば、図示しないディスペンサーを介して樹脂枠部材２４を周回して塗布される。さらに、樹脂枠部材２４の内周基端部２４ｓと段差ＭＥＡ１０ａを構成する第１ガス拡散層２０ｂの外周端部２０ｂｅとが位置合わせされる。
【００４７】
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、空間部２９内を接着剤配置部位２８ｐから矢印に示すように、内方に向かって伸ばされる。従って、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を介して接着される。接着剤２８ａは、接触部位２８ｅまで伸ばされる。
【００４８】
さらに、樹脂枠部材２４の内周端部２４ａｅの内周面と第２ガス拡散層２２ｂの外周端部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３１により一体化される。従って、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０が製造される。
【００４９】
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、接着剤層２８は、段差ＭＥＡ１０ａの外周縁部１８ｂｅと樹脂枠部材２４の凸状部２６ａとの接触部位２８ｅを外周端部として前記段差ＭＥＡ１０ａの内方に延在している。そして、接触部位２８ｅに近接する接着剤配置部位２８ｐに配置された接着剤２８ａは、樹脂枠部材２４と段差ＭＥＡ１０ａとが密着される際に伸ばされて、前記接着剤層２８の内方に向かって流動している。接着剤層２８は、固体高分子電解質膜１８の露出面を覆っている。
【００５０】
このため、接着剤層２８内の空気は、接着剤２８ａの流動に沿って内方に移動し、第２ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅと樹脂枠部材２４の内周端部２４ａｅとの間隙を通って外部に排気されている。従って、簡単な構成で、接着剤層２８からの空気抜きを確実に行うことができる。
【００５１】
これにより、第１の実施形態では、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。このため、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。
【００５２】
また、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と共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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
図７は、本発明の第２の実施形態に係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。
【００６０】
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体５０は、段差ＭＥＡ１０ａと樹脂枠部材５２とを備える。樹脂枠部材５２は、フィルム状に構成され、最大厚さは、凸状部２６ａの厚さに設定される。
【００６１】
このように構成される第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とともに、樹脂枠部材５２の薄肉化が容易に図られるという利点がある。
【符号の説明】
【００６２】
１０、５０…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
２０ｂｅ、２２ａｅ、２２ｂｅ…外周端部
２２…カソード電極                    ２４、５２…樹脂枠部材
２４ａ…内側膨出部                    ２４ｓ…内周基端部
２６ａ…凸状部                        ２６ｂ…平坦面部
２８…接着剤層                        ２８ａ…接着剤
２８ｅ…接触部位                      ２８ｐ…接着剤配置部位
２９…空間部                          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
【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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