(57)【要約】【課題】電解質膜の耐久性が向上した電解質膜構造体およびその製造方法を提供すること。【解決手段】固体高分子型燃料電池の電解質膜構造体１における電解質膜２の外周部２ｘの少なくとも一部に厚さ方向に延びる複数の貫通孔２０を形成し、この外周部２ｘの両面を樹脂材料からなるフレーム部材５で覆うとともに、フレーム部材５を貫通孔２０に入り込ませる。【選択図】図２
2009123381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子からなる電解質膜と、
該電解質膜の内周部の両面にそれぞれ積層されている一対の触媒電極層と、
それぞれの該触媒電極層に積層されている一対のガス拡散層と、
樹脂材料からなり該電解質膜の外周部の両面を覆うフレーム部材と、を持ち、
該電解質膜の該外周部の少なくとも一部には、厚さ方向に延びる複数の貫通孔が形成され、
該フレーム部材は、該貫通孔に入り込んでいることを特徴とする固体高分子型燃料電池の電解質膜構造体。
【請求項２】
前記フレーム部材は、前記電解質膜の一方の面を覆う第１のフレーム部と、前記電解質膜の他方の面を覆う第２のフレーム部と、貫通孔に入り込んでいる第３のフレーム部とを持ち、該第１のフレーム部と該第２のフレーム部とは該第３のフレーム部によって連結されている請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
前記フレーム部材は、前記電解質膜の外周端面を覆うとともに第１のフレーム部と第２のフレーム部とを連結する第４のフレーム部を持つ請求項１または請求項２に記載の固体高分子型燃料電池の電解質膜構造体。
【請求項４】
請求項２に記載の固体高分子型燃料電池の電解質膜構造体を製造する方法であって、
前記貫通孔を持つ前記電解質膜の内周部の両面にそれぞれ前記触媒電極層を積層し、それぞれの前記触媒電極層に前記ガス拡散層を積層して、前記電解質膜と前記触媒電極層と前記ガス拡散層とを持つ中間積層体を得る中間積層体形成工程と、
該中間積層体形成工程で得られた該中間積層体を成形型に載置して、溶融した前記樹脂材料を材料とし前記第１のフレーム部と前記第２のフレーム部と前記第３のフレーム部とを持つ前記フレーム部材を該中間積層体に一体成形して前記電解質膜構造体を形成する電解質膜構造体形成工程と、
該電解質膜構造体形成工程後に前記電解質膜構造体を冷却する冷却工程と、を備え、
該電解質膜積層体形成工程において、溶融した前記樹脂材料をそれぞれの前記貫通孔に入り込ませ、
該冷却工程において、該フレーム部材を冷却収縮させることで前記第１のフレーム部と前記第２のフレーム部とを近接方向に進行させて、前記第１のフレーム部と前記第２のフレームとを前記電解質膜に圧接させることを特徴とする固体高分子型燃料電池の電解質膜構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池用の電解質膜およびその周辺構造体を含む電解質膜構造体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られている固体高分子型燃料電池として、電解質膜と、電解質膜の両面にそれぞれ積層されている一対の触媒電極層と、各触媒電極層の上層にそれぞれ積層されている一対のガス拡散層とを持つものがある。この種の固体高分子型燃料電池は、電解質膜と触媒電極層とガス拡散層とからなる膜−電極接合体（所謂ＭＥＡ、Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を複数持つのが一般的である。そして、複数の膜−電極接合体は、セパレータを介して配列するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般的な固体高分子型燃料電池における膜−電極接合体１００は、図８に示すように、電解質膜１０２と、電解質膜１０２の両面にそれぞれ積層されている一対の触媒電極層１０３と、それぞれの触媒電極層１０３の上層に積層されている一対のガス拡散層１０４とを持つ。各触媒電極層１０３および各ガス拡散層１０４は、電解質膜１０２の内周部１０２ｙにのみ積層されている。したがって、電解質膜１０２の外周部１０２ｘは露出している。この膜−電極接合体１００は、セパレータ１９０に挟持されている。そして、膜−電極接合体１００の外周部の表面（すなわち電解質膜１０２の外周部１０２ｘの表面）とセパレータ１９０との間にはガスケット１９１が介在している。このガスケット１９１によって、セパレータ１９０と電解質膜１０２との隙間がシールされている。
【０００４】
ところで、図８に示す従来の膜−電極接合体１００では、電解質膜１０２のなかで触媒電極層１０３とガス拡散層１０４とが積層されている領域（すなわち電解質膜１０２の内周部１０２ｙ）は、触媒電極層１０３とガス拡散層１０４とによって補強されている。また、電解質膜１０２の外周部１０２ｘのなかでガスケット１９１に接している領域１０２ｚは、ガスケット１９１によって補強されている。しかし、領域１０２ｙと領域１０２ｚとの間の領域１０２ｗはむき出しであり、何ら補強されていない。
【０００５】
固体高分子型燃料電池は、発電時には、触媒電極層１０３に水素あるいは酸素を含む反応ガスを供給する。このため発電時には、電気化学反応によって触媒電極層１０３で水が生成し、電解質膜１０２が湿潤する。一方、非発電時には、反応ガスの供給が停止し水の生成もまた停止する。このため非発電時には電解質膜１０２が乾燥する。したがって、燃料電池における膜−電極接合体１００には、供給ガスの圧力変化や、電解質膜１０２の湿潤・乾燥の繰り返しなどによる応力が作用する。この応力は、補強されていない領域１０２ｗに集中し易い。
【０００６】
電解質膜１０２の耐久性を向上させるために、領域１０２ｗに接着剤や樹脂などを積層して補強することも考えられる。しかし電解質膜１０２は、上述したように湿潤と乾燥とを繰り返すために、体積変化が大きい。このため、領域１０２ｗを覆う接着剤や樹脂は、この領域１０２ｗから剥離し易い。したがって、膜−電極接合体１００に接着剤や樹脂などが積層されてなる電解質膜構造体においても、電解質膜１０２の耐久性の更なる向上が求められている。
【特許文献１】特開２００６−１７２８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、耐久性に優れる固体高分子型燃料電池の電解質膜構造体およびそ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】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の固体高分子型燃料電池の電解質膜構造体は、固体高分子からなる電解質膜と、電解質膜の内周部の両面にそれぞれ積層されている一対の触媒電極層と、それぞれの触媒電極層に積層されている一対のガス拡散層と、樹脂材料からなり電解質膜の外周部の両面を覆うフレーム部材と、を持ち、電解質膜の外周部の少なくとも一部には、厚さ方向に延びる複数の貫通孔が形成され、フレーム部材は、貫通孔に入り込んでいることを特徴とする。
【０００９】
本発明の固体高分子型燃料電池の電解質膜構造体は、下記の（１）を備えることが好ましい。
（１）上記フレーム部材は、上記電解質膜の一方の面を覆う第１のフレーム部と、上記電解質膜の他方の面を覆う第２のフレーム部と、貫通孔に入り込んでいる第３のフレーム部とを持ち、第１のフレーム部と第２のフレーム部とは第３のフレーム部によって連結されている。
（２）上記フレーム部材は、上記電解質膜の外周端面を覆うとともに第１のフレーム部と第２のフレーム部とを連結する第４のフレーム部を持つ。
【００１０】
上記課題を解決する固体高分子型燃料電池の電解質膜構造体の製造方法は、上記（１）を備える本発明の固体高分子型燃料電池の電解質膜構造体を製造する方法であって。上記貫通孔を持つ上記電解質膜の内周部の両面にそれぞれ上記触媒電極層を積層し、それぞれの上記触媒電極層に上記ガス拡散層を積層して、上記電解質膜と上記触媒電極層と上記ガス拡散層とを持つ中間積層体を得る中間積層体形成工程と、中間積層体形成工程で得られた中間積層体を成形型に載置して、溶融した上記樹脂材料を材料とし上記第１のフレーム部と上記第２のフレーム部と上記第３のフレーム部とを持つ上記フレーム部材を中間積層体に一体成形して上記電解質膜構造体を形成する電解質膜構造体形成工程と、電解質膜構造体形成工程後に上記電解質膜構造体を冷却する冷却工程と、を備え、電解質膜積層体形成工程において、溶融した上記樹脂材料をそれぞれの上記貫通孔に入り込ませ、冷却工程において、フレーム部材を冷却収縮させることで上記第１のフレーム部と上記第２のフレーム部とを近接方向に進行させて、上記第１のフレーム部と上記第２のフレームとを上記電解質膜に圧接させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の固体高分子型燃料電池の電解質膜構造体（以下、単に電解質膜構造体と略する）は、電解質膜の外周部をフレーム部材で覆ったことで、電解質膜のなかで触媒電極層およびガス拡散層で補強されていない部分を補強できる。また、フレーム部材の一部が電解質膜の貫通孔に入り込んでいることで、フレーム部材と電解質膜とを機械的に一体化できる。このためフレーム部材と電解質膜との剥離を抑制できるため、電解質膜構造体に優れた耐久性を付与できる。
【００１２】
上記（１）を備える本発明の電解質膜構造体によると、第１のフレーム部と第２のフレーム部とを第３のフレーム部によって連結することで、フレーム部材を電解質膜に対して３次元的に固定できる。よって、フレーム部材と電解質膜との剥離をさらに抑制でき、電解質膜構造体にさらに優れた耐久性を付与できる。
【００１３】
上記（２）を備える本発明の電解質膜構造体によると、第１のフレーム部と第２のフレーム部とを第４のフレーム部によっても連結する。このため、フレーム部材と電解質膜との剥離をさらに抑制でき、電解質膜構造体にさらに優れた耐久性を付与できる。さらに、この場合には、電解質膜の外周端面を第４のフレーム部で覆うことで、電解質膜の内周−外周方向のガスの漏出（あるいはガスの侵入）を第４のフレーム部によって干渉できる。このため、電解質膜構造体に優れたガスシール性を付与できる。
【００１４】
本発明の電解質膜構造体の製造方法は、冷却工程におけるフレーム部材の収縮によって、フレーム部材と電解質膜とを容易に圧接させ得る。このため、本発明の電解質膜構造体の製造方法によると、耐久性に優れた電解質膜構造体を容易かつ安価に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を基に本発明の固体高分子型燃料電池の電解質膜構造体およびその製造方法を説明する。
【００１６】
（実施例）
実施例の電解質膜構造体は上記（１）および（２）を備える。実施例の電解質膜構造体を模式的に表す上面透視図を図１に示す。実施例の電解質膜構造体を図１中Ａ−Ａ位置で切断した様子を模式的に表す断面図を図２に示す。図２の要部拡大図を図３に示す。実施例の電解質膜構造体の製造方法を模式的に説明する説明図を図４〜図７に示す。以下、実施例における上、下とは、図２に示す上、下を指す。
【００１７】
実施例の電解質膜構造体１は、図２に示すように、電解質膜２と、一対の触媒電極層３と、一対のガス拡散層４と、フレーム部材５と、を持つ。
【００１８】
電解質膜２は、固体高分子材料からなるプロトン伝導性のイオン交換膜である。実施例の電解質膜構造体１における電解質膜２は、パーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂からなり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。図１〜図３に示すように、電解質膜２の外周部２ｘには、複数の貫通孔２０が形成されている。各貫通孔２０は、電解質膜２の外周に沿って配列している。また、各貫通孔２０は電解質膜２の内周−外周方向に２列に配列している。各貫通孔２０は、丸孔状をなし、電解質膜２の厚さ方向に延び、電解質膜２の上面２ａと下面２ｂとにそれぞれ開口している。また、各貫通孔２０はほぼ等間隔で配列している。
【００１９】
図２〜図３に示すように、触媒電極層３は、電解質膜２の両面にそれぞれ積層されている。詳しくは、電解質膜２の上面２ａには第１の触媒電極層３０が積層され、電解質膜２の下面２ｂには第２の触媒電極層３２が積層されている。第１の触媒電極層３１および第２の触媒電極層３２は、電解質膜２の内周部２ｙにのみ積層され、電解質膜２の外周部２ｘには積層されていない。実施例の電解質膜構造体１における第１の触媒電極層３１および第２の触媒電極層３２は、ともに白金を主材料としてなる。白金は電気化学反応を促進する触媒である。
【００２０】
図２〜図３に示すように、ガス拡散層４は、触媒電極層３に積層されている。詳しくは、第１の触媒電極層３１の上面２ａには第１のガス拡散層４１が積層され、第２の触媒電極層３２の上面２ａには第２のガス拡散層４２が積層されている。実施例の電解質膜構造体１における第１のガス拡散層４１および第２のガス拡散層４２は、ともにカーボン繊維を主材料としてなりペーパー状をなす導電性の多孔質材料である。カーボンクロスは導電性の多孔質材料である。第１のガス拡散層４１および第２のガス拡散層４２は、第１の触媒電極層３１および第２の触媒電極層３２と同様に、電解質膜２の内周部２ｙにのみ積層され、電解質膜２の外周部２ｘには積層されていない。したがって、電解質膜２と触媒電極層３とガス拡散層４とからなる中間積層体において、電解質膜２の外周部２ｘは露出し、電解質膜２の外周部２ｘに形成されている貫通孔２０もまた露出している。
【００２１】
フレーム部材５は、熱可塑性樹脂材料であるポリプロピレンを材料としてなる。図２〜図３に示すように、フレーム部材５は、第１のフレーム部５１と、第２のフレーム部５２と、第３のフレーム部５３と第４のフレーム部５４とからなる。第１のフレーム部５１は電解質膜２の外周部２ｘの上面２ａを覆う。第２のフレーム部５２は電解質膜２の外周部２ｘ下面２ｂを覆う。第３のフレーム部５３は各貫通孔２０に入り込み、第１のフレーム部５１の下面と第２のフレーム部５２の上面とを連結している。第４のフレーム部５４は電解質膜２の外周端面２ｃを覆うとともに、第１のフレーム部５１の外周端部と第２のフレーム部５２の外周端部とを連結している。第１のフレーム部５１の上面５１ａと第１のガス拡散層４１の上面４１ａとは面一であり、第２のフレーム部５２の下面５２ｂと第２のガス拡散層４２の下面４２ｂともまた面一である。
【００２２】
実施例の電解質膜構造体１は、電解質膜２の外周部２ｘ（すなわち、電解質膜２のなかで触媒電極層３およびガス拡散層４で補強されていない部分）をフレーム部材５で覆ったことで、電解質膜２を補強できる。また、フレーム部材５の一部（第３のフレーム部５３）が電解質膜２の貫通孔２０に入り込んでいることで、フレーム部材５と電解質膜２とは機械的に一体化されている。このためフレーム部材５と電解質膜２とは剥離し難い。換言すると、フレーム部材５と電解質膜２とは、第３のフレーム部５３と貫通孔２０とのアンカー効果によって剥離し難い。このため、実施例の電解質膜構造体１は耐久性に優れる。
【００２３】
また、フレーム部材５のなかで電解質膜２の外周部２ｘの上面２ａを覆う部分（第１のフレーム部５１）と電解質膜２の外周部２ｘの下面２ｂを覆う部分（第２のフレーム部５２）とは、第３のフレーム部５３と第４のフレーム部５４とによって連結されている。このためフレーム部材５は電解質膜２に対して三次元的に固定されている。このためフレーム部材５と電解質膜２とはより一層剥離し難い。
【００２４】
さらに、貫通孔２０と、貫通孔２０に入り込んでいる第３のフレーム部５３と、が均一に配列していることで、フレーム部材５と電解質膜２とは均一に一体化する。よって、フレーム部材５と電解質膜２とはより一層剥離し難い。
【００２５】
さらに、貫通孔２０と、貫通孔２０に入り込んでいる第３のフレーム部５３と、は電解質膜２の内周−外周方向に複数列で配列している。このことによってもフレーム部材５と電解質膜２とは均一に一体化し、フレーム部材５と電解質膜２とはより一層剥離し難い。
【００２６】
さらに、電解質膜２の外周端面２ｃは第４のフレーム部５４で覆われているため、電解質膜２の内周−外周方向のガスの漏出（あるいはガスの侵入）は第４のフレーム部５４によって干渉される。このため、実施例の電解質膜構造体１は、ガスシール性に優れる。
【００２７】
ところで、一般的な固体高分子型燃料電池はスペーサを挟んで配列する複数の電解質膜構造体を持つ。このため、電解質膜構造体の厚さが不均一であると、複数の電解質膜構造体を配列する工程が煩雑である。実施例の電解質膜構造体１では、第１のフレーム部５１の上面５１ａと第１のガス拡散層４１の上面４１ａとは面一であり、第２のフレーム部５２の下面５２ｂと第２のガス拡散層４２の下面４２ｂともまた面一である。このため、電解質膜構造体１の肉厚を一定にでき、複数の電解質膜構造体１を配列する工程を容易に行い得る利点がある。
【００２８】
実施例の電解質膜構造体１の製造方法を以下に説明する。
【００２９】
（１．中間積層体形成工程）
（１−１）パーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂を材料とするシート状の電解質膜材（図略）を準備し、所定形状に切断した。そして切断された電解質膜材の外周部に孔あけ加工を施して、複数の貫通孔２０を持つ電解質膜２を得た。
【００３０】
（１−２）白金を担持させたカーボン粉を準備し、パーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂とこの触媒担持カーボンとを混合して触媒ペーストを調製した。この触媒ペーストを上記の（１−１）工程で得た電解質膜２の内周部２ｙの上面２ａに塗布することで、電解質膜２の内周部２ｙの上層に第１の触媒電極層３１を積層した。同様に、触媒ペーストを電解質膜２の内周部２ｙの下面２ｂに塗布することで、電解質膜２の内周部２ｙの上層に第２の触媒電極層３２を積層した。
【００３１】
（１−３）第１の触媒電極層３１に対応する形状にカーボンクロスを切断して、第１のガス拡散層材（図略）を準備した。第２の触媒電極層３２に対応する形状にカーボンクロスを切断して、第２のガス拡散層材（図略）を準備した。第１のガス拡散層材を第１の触媒電極層３１の上層に積層し、第２のガス拡散層材を第２の触媒電極層３２の下層に積層するとともに、第１のガス拡散層材、第１の触媒電極層３１、電解質膜２、第２の触媒電極層３２および第２のガス拡散層材をプレス接合によって一体化した。以上（１−１）〜（１−３）の工程によって、電解質膜２と一対の触媒電極層３と一対のガス拡散層４とを持つ中間積層体６０を得た。（図４）
（２．電解質膜構造体形成工程）
図５に示すように、２つのフレーム材（第１フレーム材７１、第２フレーム材７２）を準備した。第１フレーム材７１および第２フレーム材７２はほぼ同形状をなす。詳しくは、第１フレーム材７１および第２フレーム材７２は、矩形の平板の中心部分が矩形にくりぬかれた枠状をなす。第２フレーム材７２を成形型の下型８２に配置し、第２フレーム材７２の上に中間積層体６０形成工程で得られた中間積層体６０を配置した。中間積層体６０の第２のガス拡散層４２および第２の触媒電極層３２は、第２フレーム材７２の枠内に入り込んだ。次いで、第１フレーム材７１を上型８１に配置した。この状態で、上型８１と下型８２とを加熱しつつ、上型８１を下型８２に向けて進行させて型締めした。このとき、中間積層体６０の第１のガス拡散層４１および第１の触媒電極層３１は、第１フレーム材７１の枠内に入り込んだ。そして、第１フレーム材７１および第２フレーム材７２は加熱されて溶融し、下型８２の型面と上型８１の型面と中間積層体６０の表面とで区画したキャビティに充填された。詳しくは、キャビティは、下型８２の型面、第２のガス拡散層４２の外周端面、第２の触媒電極層３２の外周端面、電解質膜２の外周部２ｘの下面２ｂ、電解質膜２の貫通孔２０の内面、電解質膜２の外周部２ｘの上面２ａ、第１の触媒電極層３１の外周端面、第１のガス拡散層４１の外周端面、および上型８１の型面で区画されている。このキャビティはフレーム部材５の形状に対応している。したがって、溶融した第１フレーム材７１および第２フレーム材７２がこのキャビティに充填（あるいは部分的に充填）されることで、フレーム部材５が中間積層体６０に一体成形された（図６）。この電解質膜構造体形成工程によって、電解質膜構造体１が形成された。
【００３２】
（３．冷却工程）
電解質膜構造体形成工程で得られた電解質膜構造体１を、成形型から取り出して冷却した。図７に示すように、このときフレーム部材５は収縮した。各貫通孔２０に入り込んでいる第３のフレーム部５３が収縮することで、電解質膜２の上面２ａを覆う第１のフレーム部５１と、電解質膜２の下面２ｂを覆う第２のフレーム部５２とが互いに近接する方向に引き寄せられ、電解質膜２に上下方向の圧縮力が作用した。そして、この圧縮力によってフレーム部材５は電解質膜２に圧接した。
【００３３】
フレーム部材５は、冷却工程において収縮して電解質膜２に圧接する。また、固体高分子型燃料電池の動作によって電解質膜２が膨潤すると、フレーム部材５と電解質膜２はさらに強く圧接する。このため、実施例の電解質膜構造体１の製造方法によると、フレーム部材５と電解質膜２とを圧接させるための他の部材を要することなく、フレーム部材５と電解質膜２とのシール性に優れる電解質膜構造体１を製造できる。フレーム部材５と電解質膜２とのシール性に優れる電解質膜構造体１において、電解質膜２はフレーム部材５によって十分に補強される。このため、実施例の電解質膜構造体の製造方法によると、耐久性に優れた電解質膜構造体１を製造できる。
【００３４】
なお、電解質膜２の材料、触媒電極層３の材料、およびガス拡散層４の材料は、実施例で挙げた材料に限定されない。これらは固体高分子型燃料電池用の膜−電極接合体に一般に用いられる材料を用いればよい。
【００３５】
また、フレーム部材５の材料は樹脂材料であればよく、熱可塑性の樹脂材料であっても良いし、熱硬化性の樹脂材料であっても良いが、実施例の製造方法のように、予め所定形状に成形したフレーム材７１、７２を溶融させてフレーム部材５を成形するためには、熱可塑性の樹脂材料を用いるのが良い。この場合、フレーム部材５（フレーム材７１、７２）の材料は、電解質膜２の材料よりも溶融温度（または軟化温度）が低い材料であるのが好ましい。なお、電解質膜構造体１の耐久性を考慮すると、フレーム部材５の材料の溶融温度（または軟化温度）は燃料電池の動作温度以上であるのが好ましい。さらに、フレーム部材５の材料は、電解質膜２よりも強度の高い材料であるのが好ましい。さらに、フレーム部材５の材料は、ガスシール性や絶縁性に優れた材料であるのが好ましい。これらの特性を満足するフレーム部材５の材料としては、オレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、フッ素系樹脂から選ばれる少なくとも一種を用いるのがよい。
【００３６】
ガス拡散層４の外周端面および触媒電極層３の外周端面と、フレーム部材５の内周端面との距離は、５ｍｍ以下であるのが好ましい。両者の距離がこの範囲であれば、電解質膜２における露出部分（補強されていない部分）が小さいために、電解質膜構造体１の耐久性が特に向上する。電解質膜構造体１の耐久性を考慮すると、ガス拡散層４の外周端面および触媒電極層３の外周端面と、フレーム部材５の内周端面とは、隣接しているか一部重なり合っているのがより好ましい。
【００３７】
電解質膜２の貫通孔２０の形状は、特に限定されない。貫通孔２０は、例えば、丸孔状、スリット状等の種々の形状にできる。
【００３８】
なお、実施例の電解質膜構造体１では、第１のフレーム部５１の上面５１ａと第１のガス拡散層４１の上面４１ａとを面一にし、第２のフレーム部５２の下面５２ｂと第２のガス拡散層４２の下面４２ｂとを面一にしたが、第１のフレーム部５１の上面５１ａおよび第２のフレーム部５２の下面５２ｂは平面状をなさなくても良い。例えば、第１のフレーム部５１の上面５１ａおよび第２のフレーム部５２の下面５２ｂに突起形状または陥没形状の係合部を設け、この係合部と対応する被係合部をスペーサに設ける場合には、フレーム部材５にスペーサとの位置決め機能を付与できる。
【００３９】
さらに、実施例の電解質膜構造体１では、第４のフレーム部５４によって電解質膜２の外周端面２ｃを覆うとともに第１のフレーム部５１と第２のフレーム部５２とを連結したが、本発明の電解質膜構造体１は第４のフレーム部５４を持たなくても良い。この場合にも、第３のフレーム部５３と貫通孔２０とのアンカー効果によって、フレーム部材５と電解質膜２とを十分に固定できる。また、本発明の電解質膜構造体１では、第３のフレーム部５３は貫通孔２０に部分的に入り込むだけであっても良い。すなわち、第１のフレーム部５１と第２のフレーム部５２とは連結されていなくても良い。この場合には、第１のフレーム部５１と第２のフレーム部５２とが連結されている場合よりもフレーム部材５と電解質膜２との結合強度が小さくなる。しかし、第３のフレーム部５３によってフレーム部材５と電解質膜２とが三次元的に一体化されるため、フレーム部材５と電解質膜２との剥離は抑制され、電解質膜構造体１には十分な耐久性が付与される。
【００４０】
実施例の電解質膜構造体１の製造方法ではフレーム部材５をプレス成形したが、フレーム部材５はインサート成形などの方法で成形しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施例の電解質膜構造体を模式的に表す上面透視図である。
【図２】実施例の電解質膜構造体を図１中Ａ−Ａ位置で切断した様子を模式的に表す断面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】実施例の電解質膜構造体の製造方法を模式的に説明する説明図である。
【図５】実施例の電解質膜構造体の製造方法を模式的に説明する説明図である。
【図６】実施例の電解質膜構造体の製造方法を模式的に説明する説明図である。
【図７】実施例の電解質膜構造体の製造方法を模式的に説明する説明図である。
【図８】従来の固体高分子型燃料電池の電解質膜を模式的に表す断面図である。
【図９】図８の要部拡大図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：電解質膜構造体            ２：電解質膜                ３：触媒電極層
４：ガス拡散層                ５：フレーム部材            ２０：貫通孔
２ｘ：電解質膜の外周部        ２ｙ：電解質膜の内周部
５１：第１のフレーム部        ５２：第２のフレーム部      ５３：第３のフレーム部
５４：第４のフレーム部        ６０：中間積層体
【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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