CN100568599C - Mea、mea的制造方法和高分子电解质型燃料电池 - Google Patents

Mea、mea的制造方法和高分子电解质型燃料电池 Download PDF

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Abstract

本发明的MEA包括板状的热塑性树脂构成的框体(6)、在框体(6)的两个面上夹持框体(6)形成的密封垫圈(7)，密封垫圈(7)具有所述密封垫圈具有环状部(7A)，它沿所述框体(6)的内缘形成环状；延伸部(7B1～7B8)，它从该环状部(7A)延伸，通过所述框体(6)的内边缘和所述高分子电解质膜的周缘部(5D)上，形成为与所述电极层(5C)的侧面相接触。

Description

MEA、MEA的制造方法和高分子电解质型燃料电池
技术领域
本发明涉及MEA(膜电极组件)、MEA的制造方法和高分子电解质型燃料电池。本发明特别涉及在MEA主体部的周缘部接合了垫圈而成的MEA、该MEA的制造方法和使用该MEA的高分子电解质型燃料电池。
背景技术
高分子电解质型燃料电池(以下称为PEFC)通过使含氢的燃料气体和空气等的含氧的氧化剂气体在MEA主体部中进行电化学反应，从而同时产生电和热。
PEFC一般使单电池层叠而构成。单电池通过用一对导电性隔板、具体来说用阳极隔板和阴极隔板夹住MEA的两面周缘部的垫圈而构成。MEA构成为包括MEA主体部以及配置成与延伸到MEA主体部的周缘部的高分子电解质膜相接合而包围MEA主体部的密封垫圈、或框体和密封垫圈。MEA主体部由高分子电解质膜和在它的两面上形成的一对电极层构成。并且电极层的两面分别暴露在燃料气体和氧化剂气体中，发生电化学反应，并且用密封垫圈或框体和密封垫圈切断或抑制燃料气体和氧化剂气体向外部泄漏。
其中，PEFC中存在的重要问题之一是燃料气体和氧化剂气体的利用效率降低的问题。具体说，MEA因加工工序上的制约等原因，使密封垫圈的内缘和电极层的外缘完全密封而进行制作是困难的。即在密封垫圈的内缘和电极层的外缘之间产生间隙(下面称为MEA主体部周缘间隙)。并且，在PEFC运转时，燃料气体和氧化剂气体向MEA主体部周缘间隙泄漏，而且泄漏的燃料气体和氧化剂气体几乎没有暴露在MEA主体部中就直接排到外部，由此导致燃料气体和氧化剂气体的利用效率降低，导致高分子电解质型燃料电池的效率降低。例如在专利文献1中，提出了由规定的橡胶材料构成的覆盖电极层的外缘进行密封的与高分子电解质膜一体化构成的密封垫圈。
专利文献1：日本特开2001-155745号公报
发明内容
可是用专利文献1的密封垫圈，恰当地在电极层的周缘部配置均匀密合的密封材料非常费事，至少不适合大量生产。此外申请人在以前的申请(日本特愿2003-298628和日本特愿2004-296702，都还未公开)中，提出了把MEA主体部周缘间隙的一部分闭塞或者部分封闭的MEA。在这些方案中，在电极层周围配置多个密封垫圈的提案(日本特愿2003-298628和日本特愿2004-296702)中需要增加MEA的制造工序。此外，在使电极层周缘部的形状做成复杂形状的提案(日本特愿2003-298628)中，在MEA的制造工序中要求高的精度。此外，在高分子电解质膜的周缘部设置密封垫圈后制作电极层的提案(日本特愿2003-298628)中，不能在很宽的高分子电解质膜上形成多个电极层，不得不把高分子电解质膜裁剪成所需要的大小，在配置框体和密封垫圈后，逐一在高分子电解质膜上形成电极层。即在这些MEA的制造方法中存在有改进的余地。
本发明是为了解决上述课题而完成的，本发明的目的是提供一种在高分子电解质型燃料电池组装的状态下，可以切断或抑制燃料气体和氧化剂气体在MEA主体部周缘间隙中的流动，而且构造和它的制造方法简单，适合大量生产的MEA、该MEA的制造方法和使用该MEA的高分子电解质型燃料电池。
本发明人对适合大量生产的MEA主体部周缘间隙的一部分闭塞或变窄的MEA的结构和它的制造方法进行了深入的研究。首先研究了MEA的制造顺序，在高分子电解质膜上配置密封垫圈或框体和密封垫圈后，在高分子电解质膜上形成电极层的工序中，每个MEA都需要形成电极层的工序。与此相反，如搞成在形成了电极层的高分子电解质膜上配置框体的工序，在高分子电解质膜上形成多个电极层后，通过把高分子电解质膜进行切分，可以大量生产MEA主体部。即发现优选的是在形成了电极层的高分子电解质膜即MEA主体部上配置框体的制造顺序。
然后对在MEA主体部的周缘部配置密封垫圈或者框体和密封垫圈的构造进行了研究。为了简化构造，优选的是省略了框体只配置密封垫圈的构造。可是如申请人已经研究的那样(参照日本特愿2004-296702)，在只配置密封垫圈的构造中，由于密封垫圈是弹性体，存在有燃料气体和氧化剂气体的交叉泄漏的可能。所以研究了配置框体和密封垫圈的构造和制造方法，发现通过用热塑性树脂构成框体，用选自热塑性树脂和热塑性弹性体的至少一种构成的原材料，构成密封垫圈，可以在成形机中连续成型。此外，通过在密封垫圈的配置构造上想办法，还发现可以闭塞MEA主体部周缘间隙的一部分或使它变窄，通过这些研究结果想到了本发明。
即第1个本发明的MEA包括：MEA主体部，它具有在高分子电解质膜和该高分子电解质膜的周缘部内侧的部分的两个面上形成的一对电极层；板状的由热塑性树脂构成的框体，它是以相对于所述一对电极层有一定间隔而夹持所述高分子电解质膜的周缘部，并且以使得包围该高分子电解质膜的外缘的方式形成；一对密封垫圈，它以在所述框体的两个面上夹持该框体的方式形成，由选自热塑性树脂和热塑性弹性体的至少一种构成。所述密封垫圈具有：环状部，它沿所述框体的内缘形成为环状；延伸部，它从该环状部延伸，通过所述框体的内缘部和所述高分子电解质膜的所述周缘部之上，与所述电极层的侧面接触而形成。采用这样的构成时，MEA在高分子电解质型燃料电池组装状态下，可以切断或抑制燃料气体和氧化剂气体在MEA主体部周缘间隙中的流动，进而可以提高燃料气体和氧化剂气体的利用效率，而且构造简单，适合大量生产。这里，本发明中所谓“沿框体的内缘形成为环状的环状部”，是指在平面视图中，沿框体的内缘(开口)形成为环状的环状部。可是在构成供给MEA的流体流过的流路的部分中，也可以不沿框体的内缘(开口)(例如参照后述的图3)。所谓平面视图是指从板状的框体的厚度方向看的情况。
此外在本发明中，所谓的“MEA主体部”是指具有至少包括阳极(气体扩散电极)、阴极(气体扩散电极)、配置在所述阳极(气体扩散电极)和所述阴极(气体扩散电极)之间的高分子电解质膜的结构的层叠体。
此外，第12个本发明的MEA的制造方法包括：使热塑性树脂流入第1模具和第2模具的间隙中，在框内缘上形成配置MEA主体部周缘部的平坦部，使这样的框状的第1成形构件成形的工序；将嵌合在所述第1模具的所述成形构件的框内预先制作的MEA主体部，配置成平面状，而且在所述平坦部上配置该MEA主体部的周缘部的工序；使第3模具与配置了所述MEA主体部的成形构件所嵌合的第1模具相接合，使所述热塑性树脂流入第1模具和第3模具的间隙中，使接合了MEA主体部状态的框体成形的工序；把接合了所述MEA主体部的框体夹在中间，并把第4模具和第5模具接合，使热塑性树脂或热塑性树脂弹性体流入第4模具和第5模具的间隙中，在框体表面成形密封垫圈的工序。采用这样的构成，MEA的制造方法简单，而且适合大量生产。此外制造的MEA在高分子电解质型燃料电池组装的状态下，可以切断或抑制燃料气体和氧化剂气体在MEA主体部周缘间隙中的流动，进而可以提高燃料气体和氧化剂气体的利用效率。
此外第13个本发明的高分子电解质型燃料电池是把一个以上的具有权利要求1所述的MEA、以及把该MEA夹在中间配置的阳极隔板和阴极隔板的单电池层叠而成。采用这样的构成，高分子电解质型燃料电池可以切断或抑制燃料气体和氧化剂气体在MEA主体部周缘间隙中的流动，进而可以提高燃料气体和氧化剂气体的利用效率。
第2个发明的MEA用于具有在与所述电极层接触的表面和面对所述电极层周围的表面之间形成有连通用流路槽的隔板的高分子电解质型燃料电池中，可以在所述连通用流路槽接触的位置的两个侧面形成所述延伸部。采用这样的构成，由于可以切断或抑制燃料气体从连通用流路槽向MEA主体部周缘间隙的泄漏，所以可以更可靠地得到上述发明的效果。
第3个发明的MEA用于具有隔板的高分子电解质型燃料电池中，所述隔板形成为流路槽在所述电极层的缘部有弯曲部，所述流路槽形成在与所述电极层接触的表面上，可以在相当于所述弯曲部之间的位置接触的位置上形成所述延伸部。采用这样的构成，由于可以切断或抑制从弯曲部向MEA主体部周缘间隙漏出的燃料气体和氧化剂气体在MEA主体部周缘间隙40中的流动，所以可以更可靠地得到上述发明的效果。
第4个发明的MEA用于具有形成多个所述弯曲部的隔板的高分子电解质型燃料电池，可以仅在相当于所述弯曲部之间的位置所接触的位置的一部分上形成所述延伸部。采用这样的构成，可以进一步简化MEA的构造。
第5个发明的MEA可以在所述框体的组成和所述密封垫圈的组成中包括共同的可塑成分。采用这样的构成，可以使框体和密封垫圈热熔接，得到牢固的接合。
第6个发明的MEA可以为，所述密封垫圈的所述延伸部的前端部形成为覆盖所述电极层的侧面的大致整个区域。采用这样的构成，由于利用延伸部几乎全部阻碍气体从电极层的侧面流出，所以可以更可靠地切断或抑制在高分子电解质型燃料电池组装的状态下的燃料气体和氧化剂气体在MEA主体部周缘间隙中的流动。
第7个发明的MEA可以为，在所述高分子电解质膜的两个主面中的至少一个主面的所述周缘部上，还配置有保护该周缘部的镜框状的保护膜，所述电极层具有层叠结构，该层叠结构具有气体扩散层、配置在该气体扩散层和所述高分子电解质膜之间的催化剂层，所述保护膜的内边缘部填入到所述催化剂层和所述气体扩散层之间。采用这样的构成，可以防止在制造MEA时损伤高分子电解质膜的周缘部。
第8个发明的MEA可以为，在所述高分子电解质膜的两个主面中的至少一个主面的所述周缘部上，还配置有保护该周缘部的镜框状的保护膜，所述保护膜和所述电极层相互不重叠地并排设置在所述高分子电解质膜的所述主面上。采用这样的构成，可以防止在制造MEA时损伤高分子电解质膜的周缘部。
第9个发明的MEA可以为，在所述高分子电解质膜的两个主面中的至少一个主面的所述周缘部上，还配置有保护该周缘部的镜框状的保护膜，所述电极层具有层叠结构，该层叠结构具有气体扩散层、配置在该气体扩散层和所述高分子电解质膜之间的催化剂层，所述保护膜的内缘部填入到所述高分子电解质膜和所述催化剂层之间。采用这样的构成，可以防止在制造MEA时损伤高分子电解质膜的周缘部。
第10个发明的MEA可以为，在所述密封垫圈的环状部的顶面上，以沿它的延伸方向延伸的方式形成筋，该筋的至少一部分在所述高分子电解质膜的周缘部的内周侧形成。采用这样的构成，在高分子电解质型燃料电池组装的状态下，通过MEA的环状部的正反面的筋的按压力，可以强化高分子电解质膜的周缘部和框体的密合性和接合力。
第11个发明的MEA可以为所述密封垫圈的延伸部的前端很浅地延伸到所述电极层的面上。采用这样的构成，由于可以进一步提高延伸部和电极层的侧面的密合性，所以可以更可靠地切断或抑制在高分子电解质型燃料电池组装的状态下燃料气体和氧化剂气体在MEA主体部周缘间隙中的流动。
本发明的上述目的、其他目的、特征和优点，参照附图从以下适宜的实施方式的详细说明中可以清楚。
如上所述，本发明的MEA、该MEA的制造方法和使用该MEA的高分子电解质型燃料电池具有如下效果：可以切断或抑制燃料气体和氧化剂气体在高分子电解质型燃料电池组装的状态下在MEA主体部周缘间隙中的流动，进而可以提高燃料气体和氧化剂气体的利用效率，而且构造和它的制造方法简单，适合大量生产。
附图说明
图1是把本发明优选的一个实施方式的高分子电解质型燃料电池的构造分解一部分进行示意表示的立体图。
图2是将图1的II-II线截面上的单电池10的层叠截面分解一部分表示的截面图。
图3是表示图1的MEA的阳极隔板一侧的构造的俯视图。
图4是表示图1的MEA的阴极隔板一侧的构造的俯视图。
图5是MEA的密封垫圈的延伸部中的截面立体图。
图6是在图3和图4的IV-IV线截面中示意表示MEA的各制造工序的制造工序图。
图7是伴随燃料气体流路的变形的图1的MEA的阳极隔板一侧的俯视图。
图8是伴随氧化剂气体流路的变形的图1的MEA的阴极隔板一侧的俯视图。
图9是表示第5延伸部7B5和第8延伸部7B8的形成位置的变形例的图1的MEA的阳极隔板一侧的俯视图。
图10是表示第6延伸部7B6和第7延伸部7B7的形成位置的变形例的图1的MEA阴极隔板一侧的俯视图。
图11是对比表示实施例的PEFC和比较例的PEFC在相同条件下的输出性能的曲线图。
图12是举例表示MEA周缘部中的保护膜和催化剂层的缘部之间的干涉形态的截面图。
图13是举例表示MEA周缘中的保护膜和催化剂层的缘部之间的干涉形态的截面图。
图14是举例表示MEA周缘中的保护膜和催化剂层的缘部之间的干涉形态的截面图。
图15是表示变形例5的MEA的阳极隔板一侧构造的俯视图。
图16是示意表示变形例6的MEA的第4制造工序中的图3和图4的VI-VI线截面的图。
符号说明
1MEA
2阳极隔板
3阴极隔板
4螺栓孔
5MEA主体部
5A高分子电解质膜
5B催化剂层
5C气体扩散层
5D周缘部
6框体
6A槽部
6B成形用贯通孔
6C成形构件
6C1平坦部
6D MEA主体部固定部
7密封垫圈
7A环状部
7B 延伸部
7B1第1延伸部
7B2第2延伸部
7B3第3延伸部
7B4第4延伸部
7B5第5延伸部
7B6第6延伸部
7B7第7延伸部
7B8第8延伸部
7C筋
7D重叠部
9密封构件
10单电池
11A外侧接合部
11B内侧接合部
12、22、32燃料气体集流管(manifold)孔
13、23、33氧化剂气体集流管孔
14、24、34水集流管孔
21燃料气体流路槽
21A气体扩散层接触部
21B连通部
21C弯曲部
31氧化剂气体流路槽
31A气体扩散层接触部
31B连通部
31C弯曲部
40MEA主体部周缘间隙
50水流路槽
60保护膜
100高分子电解质型燃料电池(PEFC)
T1第1模具
T1A凹陷部
T1B平坦部
T1C框体部
T1D凸部
T2第2模具
T2B平坦部
T2C框体部
T2D凸部
T3第3模具
T3A凹陷部
T4第4模具
T5第5模具
P实施例
Q比较例
S框面
V输出电压
H时间
具体实施方式
下面参照附图对用于实施本发明的最佳方式进行说明。
图1是把本发明优选的一个实施方式的高分子电解质型燃料电池的构造分解一部分进行示意表示的立体图。
如图1所示，使单电池10层叠而构成PEFC100。此外图中没有表示，在电池10两端的最外层安装有集电板、绝缘板、端板，单电池10用插入螺栓孔4的连结螺栓和螺母从两端连结而构成。在本实施方式中，层叠了60个单电池10，插入螺栓孔4的螺栓和螺母用10kN的连结力连结。
用一对导电性的隔板、具体说用阳极隔板2和阴极隔板3夹持MEA1的两面周缘部的框体6、更正确地说是密封垫圈7而构成单电池10。这样MEA主体部5的电极层中的配置在最外侧的气体扩散层5C与隔板2、3接触，用气体扩散层5C覆盖阳极隔板2的燃料气体流路槽21的气体扩散层接触部21A和阴极隔板3的氧化剂气体流路槽31的气体扩散层接触部31A。即在阳极上使隔板2一侧的气体扩散层5C暴露于在气体扩散层接触部21A中流通的燃料气体中，阴极隔板3一侧的气体扩散层5C暴露于在气体扩散层接触部31A中流动的氧化剂气体中，可以发生PEFC100的电化学反应。此外在层叠的单电池10中，相邻的MEA主体部5互相电串联连接，有时并联连接。
燃料气体和氧化剂气体流过的各一对贯通孔、即燃料气体集流管孔12、22、32和氧化剂气体集流管孔13、23、33在隔板2、3和MEA1的周缘部即框体6上穿通。在单电池10层叠的状态下，这些贯通孔层叠结合，形成燃料气体进气管和氧化剂气体管道(manifold)。并且在阳极隔板2内侧的主面上，连接一对燃料气体集流管孔22、22之间而形成有燃料气体流路槽21。在阴极隔板3内侧的主面上，连接一对氧化剂气体集流管孔33、33之间而形成有氧化剂气体流路槽31。即构成为氧化剂气体和燃料气体分别从一个管道，也就是从供给一侧的管道分流到流路槽21、31，分别流通到另一个管道，也就是流通到排出一侧的管道。
燃料气体流路槽21构成为具有气体扩散层接触部21A和一对连通部(连通用流路槽)21B，气体扩散层接触部21A形成在单电池10组装状态下与气体扩散层5C接触的表面上，一对连通部(连通用流路槽)21B形成在与气体扩散层5C接触的表面和与气体扩散层5C的周围相对的表面之间。同样，流路槽31构成为具有气体扩散层接触部31A和一对连通部(连通用流路槽)31B，气体扩散层接触部31A形成在单电池10组装状态下与气体扩散层5C接触的表面上，一对连通部(连通用流路槽)31B形成在与气体扩散层5C接触的表面和与气体扩散层5C的周围相对的表面之间。这里，连通部21B、31B形成为连接一对集流管孔22、33和气体扩散层接触部21A、31A。因此氧化剂气体和燃料气体分别从供给一侧的燃料气体集流管孔22和氧化剂气体集流管孔33分路到连通部21B、31B流入，气体扩散层5C分别在气体扩散层接触部21A、31A中暴露在燃料气体和氧化剂气体中，引起电化学反应。并且它们的剩余气体和反应生成成分经过连接于排出一侧的燃料气体集流管孔22和氧化剂气体集流管孔33上的连通部21B、31B，排出到排出一侧的燃料气体集流管孔22和氧化剂气体集流管孔33。
并且，在MEA1的框体6的两个面上，以夹持该框体6的方式配置密封垫圈7。密封垫圈7配置成使得氧化剂气体和燃料气体不从规定的流路槽21、31泄漏。即密封垫圈7配置成包围集流管孔12、13、14的周围和框的周围。此外，这里，在阳极隔板2一侧，在单电池10组装状态下，在燃料气体流路槽21的连通部21B接触的位置不配置密封垫圈7，而且密封垫圈7被配置成一体包围燃料气体集流管孔12和MEA主体部5。同样，在阴极隔板3一侧，在单电池10组装状态下，在氧化剂气体流路槽31的连通部31B接触的位置不配置密封垫圈7，而且密封垫圈7被配置成一体包围氧化剂气体集流管孔13和MEA主体部5。
因此密封垫圈7不会成为在燃料气体集流管孔12和MEA主体部5之间流通的燃料气体和在氧化剂气体集流管孔33和MEA主体部5之间流通的氧化剂气体的流路阻力，而且用密封垫圈7可以切断或抑制燃料气体和氧化剂气体向外部泄漏。此外在图1中，为了说明上的方便，省略了密封垫圈7的延伸部7B(参照图3和图4)、筋7C(参照图2)。此外把隔板2、3的气体扩散层接触部21A、31A的流路槽21、31的蛇行构造放大显示，以便容易理解，所以与图3、图4、图9、图10和图15的流路槽21、31的流路构造不一致。
其中集流管可以由所谓的外部集流管构成。即在MEA1和隔板2、3上不形成燃料气体集流管孔12、22、32和氧化剂气体集流管孔13、23、33，燃料气体流路槽21和氧化剂气体流路槽31的连通部21B、31B延伸到各自隔板2、3的端面。并且在各隔板2、3的端面上分路而接合构成分别提供燃料气体和氧化剂气体的配管。在外部集流管的情况下，密封垫圈7配置成沿燃料气体流路槽21和氧化剂气体流路槽31的连通部21B、31B各自的周围，延伸到框体6的端面。
与燃料气体集流管孔12、22、32和氧化剂气体集流管孔13、23、33相同，在隔板2、3和MEA1的周缘部穿通有形成使水流通的两对集流管的水集流管孔14、24、34。因此在单电池10层叠状态下，这些集流管孔分别层叠，形成两对水集流管。
图2是将在图1的II-II线截面上的单电池10的层叠截面分解一部分表示的截面图。
MEA主体部1由有选择地输送氢离子的高分子电解质膜5A、以及在高分子电解质膜5A的周缘部的内侧的部分的两个面上形成的一对电极层、即阳极和阴极电极层构成。电极层具有层叠构造，该层叠构造具有气体扩散层5C、配置在气体扩散层5C和高分子电解质膜5A之间的催化剂层5B。一般，催化剂层5B将担载有铂族金属催化剂的碳粉作为主要成分，在高分子电解质膜5A的表面上形成。此外，气体扩散层5C在催化剂层5B的外面形成，同时具有透气性和电子传导性。
阳极隔板2和阴极隔板3为平板状，与MEA1接触的侧面、也就是内面具有台阶，其中央部突出成梯形状，以对应于MEA1的形状，更具体地说对应于因框体6和MEA主体部5厚度不同而形成的台阶。这里，在阳极隔板2和阴极隔板3中使用东海碳株式会社制的玻璃碳(厚度3mm)。在隔板2、3中各种集流管孔22、23、24、32、33、34、螺栓孔4在厚度方向贯通该隔板2、3。此外在隔板2、3的内面形成燃料气体流路槽21、氧化剂气体流路槽31，在隔板2、3的背面形成水流路槽50。各种集流管孔22、23、24、32、33、34、螺栓孔4、燃料气体流路槽21、氧化剂气体流路槽31和水流路槽50等用切削加工或成形加工形成。
其中水流路槽50形成为连接两对水集流管孔24、34之间。即构成为水分别从一个集流管即供给侧的集流管分路到水流路槽50，分别流向另一个集流管即排出侧的集流管。这样利用水的传热能力，可以使单电池10保持在适合电化学反应的规定的温度。此外，与燃料气体和氧化剂气体相同，也可以在隔板2、3和MEA1的周缘部不形成水集流管孔14、24、34，使冷却水给排流路采用外部集流管构造。再有也可以在隔板2、3的背面不形成水流路槽50，在相邻的单电池10之间插入使冷却水循环的冷却单元，使单电池10层叠而构成。
密封垫圈7用弹性体构成，利用MEA1和隔板2、3的按压，根据隔板2、3的形状而变形，密封MEA主体部5的周围和集流管孔14的周围。同样在燃料气体集流管孔12和氧化剂集流管孔13上也一样，用密封垫圈7密封各个集流管孔的周围(参照图3)。如图2所示，在密封垫圈7的顶面以沿着它的延伸方向延伸的方式，形成筋7C。该筋7C在单电池10组装状态下，将按压力集中在筋7C上，所以可以更合适地密封各集流管孔12～14和MEA主体部5的周围。即可以更可靠地进行密封垫圈7的密封。
其中框体6由热塑性树脂构成。该热塑性树脂在PEFC100的运行温度以下，化学上是干净而且稳定的，具有适当的弹性模量和比较高的负荷挠曲温度。例如在以隔板2、3的燃料气体流路21和氧化剂气体流路31的宽度为1至2mm左右，而且框体6的厚度大约在1mm以下为前提的情况下，优选框体6的材料的压缩弹性模量至少在2000MPa以上。这里，所谓的弹性模量是指用JIS-K7181中规定的压缩弹性模量测定方法测量的压缩弹性模量。此外，由于PEFC100的运转温度一般在90℃以下，所以优选框体6的负荷挠曲温度为120℃以上。此外，从化学稳定性的观点看，优选框体6不是非晶性树脂，而是结晶性树脂，其中优选机械强度大而且耐热性好的材质。
例如适合采用所谓的超工程塑料级的材质。举例的话，聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶聚合物(LCP)、聚醚腈(PEN)等具有几千到几万MPa的压缩弹性模量和150℃以上的负荷挠曲温度，是适用的材料。此外即使是通用的树脂材料，例如填充了玻璃填料的聚丙烯(GFPP)等具有不填充的聚丙烯(压缩弹性模量1000～1500MPa)的几倍的弹性模量，而且具有接近150℃的负荷挠曲温度，是适用的材料。在本实施方式中使用热塑性树脂的添加玻璃填料的PPS(大日本油墨株式会社DIC-PPS FZ1140-B2)。
此外，密封垫圈7由选自热塑性树脂和热塑性弹性体的至少一种构成。此热塑性树脂和热塑性弹性体在PEFC100的运转温度以下化学稳定，特别是具有不发生水解等的耐热水性。例如优选密封垫圈7的压缩弹性模量为200MPa以下。适合的材料是选自聚乙烯、聚丙烯(PP)、乙烯-丙烯-二烯烃共聚物(EPDM：Ethylene-Propylene-DieneMethylene linkage)、聚丁烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚缩醛、聚氨酯、聚硅酮、氟树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、间规-聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、液晶聚合物、聚醚腈、改性聚苯醚、聚砜、聚醚砜、多芳基化合物(polyarylate)、聚酰胺-酰亚胺、聚醚酰亚胺、以及热塑性聚酰亚胺的一种。这样在PEFC100连接负荷中，可以确保良好的密封性。在本实施方式中，使用具有PP和EPDM而形成的聚烯烃类热塑性弹性体的サントプレン8101-55(Advanced Elasotomer System公司制)。
在阳极隔板2和阴极隔板3的背面，在各种集流管孔的周围，配置有由耐热性材质构成的挤压式填料等的一般的密封构件9。这样可以防止来自各种集流管孔22、23、24、32、33、34的单电池10之间的连接部到燃料气体、氧化剂气体和水在相邻的单电池10之间的泄漏。
图3是表示图1的MEA的阳极隔板一侧构造的俯视图，图4是表示图1的MEA的阴极隔板一侧构造的俯视图。在图中，表示在单电池10组装状态下，阳极隔板2和阴极隔板3的燃料气体流路21和氧化剂气体流路31接触或面对的位置。
如图3和图4所示，本实施方式的MEA1在MEA主体部5的周缘部配置框体6，在框体6的两个主面上配置密封垫圈7。在MEA1的框体6的中央开口部的两个面上用高分子电解质膜5A(参照图2)的周缘部5D隔开，露出气体扩散层5C。
框体6是夹持MEA主体部5的高分子电解质膜5A的周缘部5D(参照图2)，而且与该高分子电解质膜5A的外缘接合的矩形板状的框体。在框体6上形成一对燃料气体集流管孔12、一对氧化剂气体集流管孔13、两对水集流管孔14，在框体6的角部附近形成四个螺栓孔4，使它们在厚度方向上贯通该框体6。在本实施方式中，框体6构成为外形尺寸为200mm×180mm、开口部26的尺寸为124mm方形的矩形平板状。此外框体6的厚度为0.8mm。
密封垫圈7构成为，在框体6的各主面上具有：环状部7A，它沿框体6的内缘形成环状；延伸部7B，它形成为从环状部7A延伸，通过框体6的内缘部和高分子电解质膜的周缘部5D的上面，与电极层(气体扩散层5C)大侧面相接触。
环状部7A形成为包围一对燃料气体集流管孔12、一对氧化剂气体集流管孔13、两对水集流管孔14，而且包围MEA主体部5的气体扩散层5C的方式。这里，如前所述，在单电池10组装状态下，在燃料气体流路槽21和氧化剂气体流路槽31的连通部21B、31B相接触的区域中，不配置密封垫圈7，而且如图3所示，在阳极隔板2一侧，以一体包围燃料气体集流管孔12和MEA主体部5的方式形成环状部7A，如图4所示，在阴极隔板3一侧，以一体包围氧化剂气体集流管孔13和MEA主体部5的方式形成环状部7A。这样可以减小燃料气体流路槽21和氧化剂气体流路槽31的连通部21B、31B的流路阻力，而且可以切断或抑制燃料气体和氧化剂气体向外部泄漏。即在框体6的两个面上，环状部7A沿内缘形成环状。此外，在构成向MEA供给的流体流通的流路的一部分(连通部21B、31B接触的区域)中，也可以不沿着框体6的内缘(开口)。
此外，在单电池10组装状态下，在燃料气体流路槽21和氧化剂气体流路槽31的连通部21B、31B接触的位置，也可以设置密封垫圈7的环状部7A。在这种情况下，环状部密封垫圈7的环状部7A使燃料气体流路槽21和氧化剂气体流路槽31的连通部21B、31B的流路阻力产生，但由于槽的深度足够，所以对燃料气体和氧化剂气体的流通没有障碍。
这里，如图2所示，在环状部7A和MEA主体部5的气体扩散层5C之间，形成MEA主体部周围间隙40。如后所述，利用密封垫圈7的延伸部7B来切断MEA主体部周围的间隙40或使其变窄。
此外，如图2和图3所示，密封垫圈7的环状部7A的筋7C的至少一部分在高分子电解质膜5A的周缘部5D的内周侧形成。采用这样的构造，在单电池10组装状态下，利用MEA1的环状部7A的正反面的筋7C之间的挤压力，可以强化周缘部5D和框体6的密合性和接合力。
还有，在框体6的两个表面的密封垫圈7的环状部7A延伸的部分上，形成槽部6A，以把此槽部6A埋入的方式形成环状部7A。用该槽部6A可以提高密封垫圈7和框体的接合性。
图5是MEA的密封垫圈的延伸部上的截面立体图。如图3至图5所示，延伸部7B以切断环状的MEA主体部周缘间隙40的一部分的方式延伸，从环状部7A通过MEA主体部5的周缘部5D上而与电极层(气体扩散层5C)的侧面相接触。这样，在单电池10组装状态下，环状的MEA主体部周缘间隙40被密封垫圈7的延伸部7B，切断或使其环的至少一部分变窄。
这里形成多个延伸部7B。
首先，如图3所示，在阳极隔板2一侧的面上，在单电池10组装状态下，在接触连通部21B的位置的两侧，形成第1延伸部7B1。以此可以在单电池10组装状态下切断或抑制燃料气体从连通部21B向MEA主体部周缘间隙40泄漏。此外，如图4所示，在它的背面，也就是在阴极隔板3一侧的面上，在面对第1延伸部7B1的位置上形成第2延伸部7B2。因此，由于把第1延伸部7B1支承并按压在第2延伸部7B2上，所以可以进一步可靠地切断或抑制燃料气体从连通部21B向MEA主体部周缘间隙40泄漏。
同样，如图4所示，在阴极隔板3一侧的面上，在单电池10组装状态下，在接触连通部31B的位置的两侧，形成第3延伸部7B3。以此可以在单电池10组装状态下切断或抑制氧化剂气体从连通部31B向MEA主体部周缘间隙40泄漏。此外，如图3所示，在它的背面，也就是在阳极隔板2一侧的面上，在、对第3延伸部7B3的位置上形成第4延伸部7B4。因此，由于把第3延伸部7B3支承并按压在第4延伸部7B4上，所以可以更加可靠地切断或抑制氧化剂气体从连通部31B向MEA主体部周缘间隙40泄漏。
下面，如图3所示，当燃料气体流路槽21的气体扩散层接触部21A在气体扩散层5C的缘部有多个弯曲部21C时，在阳极隔板2一侧的密封垫圈7上形成第5延伸部7B5。弯曲部21C在阳极隔板2上形成，在单电池10的组装状态下，与MEA1的气体扩散层5C的缘部相接触。另一方面，在MEA1上沿气体扩散层5C的缘部，形成环状部7A。因此，在单电池10的组装状态下，环状部7A与相邻的弯曲部5C之间的间部的附近相接触。
这里，在单电池10组装状态下，在阳极隔板2的接触相邻的弯曲部21C之间的间部的位置的附近的环状部7A上形成第5延伸部7B5。这样，燃料气体不沿燃料气体流路槽21流通而可以切断或抑制从弯曲部21C向MEA主体部周缘间隙40漏出的燃料气体在MEA主体部周缘间隙40中的流通，可以抑制燃料气体利用效率的降低。此外，如图4所示，在它的背面，也就是在阴极隔板3一侧的面上，在面对第5延伸部7B5的位置上形成第6延伸部7B6。因此，由于把第5延伸部7B5支承并按压在第6延伸部7B6上，所以可以更可靠地切断或抑制燃料气体在MEA主体部周缘间隙40中的流通，可以抑制燃料气体的利用效率的降低。
同样，如图4所示，在氧化剂气体流路31的气体扩散层接触部31A在气体扩散层5C的缘部有多个弯曲部31C的情况下，在阴极隔板3一侧的密封垫圈7上形成第7延伸部7B7。弯曲部31C在阴极隔板3上形成，在单电池10组装状态下，与MEA1的气体扩散层5C的缘部相接触。另一方面，在MEA1上沿气体扩散层5C的缘部，形成环状部7A。因此，在单电池10组装状态下，环状部7A与相邻的弯曲部5C之间的间部的附近相接触。
这里，在单电池10组装状态下，在阴极隔板3的接触相邻的弯曲部31C的间部的位置附近的环状部7A上形成第7延伸部7B7。这样，氧化剂气体不沿氧化剂气体流路槽31流通，可以切断或抑制从弯曲部31C向MEA主体部周缘间隙40漏出的氧化剂气体在MEA主体部周缘间隙40中的流通，可以抑制氧化剂气体利用效率的降低。此外，如图3所示，在它的背面，也就是在阳极隔板2一侧的面上，在面对第7延伸部7B7的位置上形成第8延伸部7B8。因此，由于把第7延伸部7B7支承并按压在第8延伸部7B8上，所以可以更可靠地切断或抑制氧化剂气体在MEA主体部周缘间隙40中的流通，可以抑制氧化剂气体的利用效率的降低。
下面对MEA1的制造方法进行说明。
首先，用一般的方法在高分子电解质膜5A的中央部两个面上，分别形成催化剂层5B和气体扩散层5C，制作MEA主体部5。例如按如下方法制作。
首先，按如下方法形成催化剂层5B。以重量比1∶1的比例把铂担载在科琴碳黑EC(KETJENBLACK INTERNATIONAL公司制炉黑，比表面积800m2/g，DBP吸油量360ml/100g)上。然后把水35g和氢离子传导性高分子电解质的乙醇分散液(旭硝子株式会社制，9％FSS)59g与该催化剂粉末10g混合，用超声波搅拌机分散，制作了催化剂层墨汁。然后在高分子电解质膜5A的两个主面上喷涂20μm厚的该催化剂层墨汁，此后在115℃下进行20分钟的热处理，形成催化剂层5B。此外，在进行喷涂时，在高分子电解质膜5A上覆盖具有120mm×120mm的开口部的掩模而进行。这里，高分子电解质膜5A使用外形尺寸为140mm的方形、厚度50μm的全氟化碳磺酸膜(DUPONT公司制Nafion117(注册商标))。
然后形成气体扩散层5C。气体扩散层5C由具有很多微细孔部的多孔质体构成。因此，由于燃料气体或氧化剂气体渗入到孔部，使这些气体扩散，容易到达催化剂层5B。在本实施方式中，把123mm方形的碳纤维布(JAPAN GORE-TEX公司制Carbel CL400、厚400μm)，覆盖在涂敷催化剂层5B的高分子电解质膜5A的两个主面上。通过把该碳纤维布在压力0.5MPa、135度、5分钟的条件下进行热压，使其接合在高分子电解质膜5A的两个主面的催化剂层5B上，形成气体扩散层5C。
这里，在高分子电解质膜5A的两个主面中的至少一个主面的周缘部5D上，还配置有保护周缘部5D的镜框状的保护膜60。用该保护膜60可以防止在制造MEA1时对高分子电解质膜5A的周缘部5D造成损伤。作为造成损伤的主要原因例如有与模具的接触或密封垫圈7的射出压力所造成的压迫。
图12至图14是举例表示MEA周缘部上的、保护膜内缘部和电极层的干涉方式的截面图。
在图12中表示保护膜60的内缘部填入催化剂层5B和气体扩散层5C之间的方式。也就是，可以在形成催化剂层5B的工序后，实施保护膜60的配置工序，制作表示保护膜60的内缘部填入到催化剂层5B和气体扩散层5C之间的方式的该方式的MEA1。然后在制作气体扩散层5C时，催化剂层5B的缘部和保护膜60的缘部被压缩。
此外在图13中表示保护膜60和电极层(5B、5C)相互不重叠，并排配置在高分子电解质膜5A的上述主面上的方式。在此方式的MEA1中，对催化剂层5B的形成工序和保护膜60的配置工序的顺序没有限制。然后在制作气体扩散层5C时，催化剂层5B的外缘部和保护膜60的内缘部由于在厚度方向上的压缩而延伸，成为缘部之间接近或接触的形态。
在图14中表示保护膜60的内缘部填入到高分子电解质膜5A和催化剂层5B之间的方式。可以在保护膜60的配置工序后实施催化剂层5B的形成工序，来制作此方式的MEA1。然后在制作气体扩散层5C时，催化剂层5B和保护膜60的内缘部被压缩。
这里，如图12和图14所示，在催化剂层5B和保护膜60的内缘部的层叠部中，即使气体扩散层5C成为有些隆起的状态，在单电池10组装状态下，由于被隔板2、3按压，气体扩散层5C挠曲，所以对MEA1的功能也没有妨碍。此外，如图13所示，由于催化剂层5B和保护膜60的厚度不同，所以在气体扩散层5C的外缘部中，即使成为产生一些凹凸的形态，在单电池10组装状态下，由于被隔板2、3按压，气体扩散层5C挠曲，所以对MEA1的功能也没有妨碍。
这里优选保护膜60在化学方面是惰性的，非粘着性的。从得到足够的保护效果的观点出发，保护膜的厚度优选10～50μm，更优选10～30μm。因此在材质方面，优选在此程度的厚度下可以延伸的材质。例如选自：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚偏氯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚硅酮、氟树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、液晶聚合物、聚醚腈、改性聚苯醚、聚砜、聚醚砜、多芳基化合物、聚酰胺-酰亚胺、聚醚酰亚胺、以及热塑性聚酰亚胺。
此外保护膜60即使与高分子电解质膜5A的任意单面相接合，也可以防止从该面一侧对周缘部5D造成的损伤。
然后在MEA主体部5的周缘部5D上形成框体6。
图6是简要表示在图3和图4的VI-VI线截面中的MEA各制造工序的制造工序图。
首先在第一工序中，使框体6的一部分的成形构件6C成形。如图6(a)所示，把第1模具T1和第2模具T2相接合，在第1模具T1和第2模具T2的间隙通过喷射流入成形构件6C、也就是框体6的热塑性树脂，使成形构件6C成形。成形构件6C在框体内缘形成配置MEA主体部5的周缘部5D的平坦部6C1。
这里第1模具T1构成为框体部T1C具有对应于成形构件6C的形状，也就是具有对应于框体6的下半面的形状。此外第1模具T1的框内部分构成可以配置MEA主体部5的周缘部5D的平坦部T1B。也就是，平坦部T1B具有从框体部T1C的框内缘一侧与成形构件6C大体平行延伸的顶面，也就是大体与框体6的框面S平行延伸的顶面。此外，在第1模具T1的框内部分上，形成可以把MEA主体部5平面状收容配置的凹陷部T1A。也就是凹陷部T1A在平坦部T1B的顶面延伸构成的第1模具T1的框内部分，以比气体扩散层5C的外缘多延伸几毫米左右的宽度，底部以平坦部T1B的顶面为基准，成为深度为MEA主体部5的催化剂层5B和气体扩散层5C的厚度左右的平面。
第2模具T2构成为框体部T2C成形成形构件6C，也就是成形框体6的上半面。但是在第2模具T2的框内缘部分构成平坦部T2B，使得可以配置MEA主体部5的周缘5D。即平坦部T2B具有与第1模具T1的平坦部T1B的顶面相接触，向框的外缘延伸到MEA1的周缘部5D的宽度以上的顶面。
在框体部T1C、T2C中，在配置密封垫圈7的位置上，也就是在包围集流管孔12、13、14而且包围框体6的框内的位置上，形成凸部T1D、T2D。这里，凸部T1D、T2D的截面为深约0.5mm、宽约为0.5mm。这样在成形构件6C上，也就是在框体6上成形槽部6A。此外，框体T1C、T2C也可以构成没有凸部T1D、T2D，在框体6完成后用切削加工形成槽部6A而进行加工。
此外框体部T1C、T2C具有形成集流管孔12、13、14的形状。这样用成形加工来形成集流管孔12、13、14。此外框体部T1C、T2C也可以构成为没有集流管孔12、13、14的形状，框体6也可以用切削加工或冲压加工形成集流管孔12、13、14而加工。
然后在第二工序中，把第2模具T2从成型构件6C取下，把MEA主体部5配置在嵌合在第1模具T1内的成形构件6C的框内，成平面状，而且在平坦部6C1上配置MEA主体部5的周缘部5D。详细地说，如图6(b)所示，用延伸至MEA主体部5的周围的保护膜5D覆盖的高分子电解质膜5A位于成形构件6C的平坦部6C1上，而且气体扩散层5C配置成位于第1模具T1的凹陷部T1A上。这样MEA主体部5被配置成平面状态。
然后在第三工序中，制作接合了MEA主体部5的框体6。详细地说，如图6(c)所示，把第3模具T3与嵌合有配置了MEA主体部5的成形构件6C的第1模具T1相接合。这里，第3模具T3与第1模具同样，在与气体扩散层5C干涉的部分形成使气体扩散层5C与第3模具T3不接触而凹陷的凹陷部T3A。即凹陷部T3A为与凹陷部T1A同样的形状。这样在第三工序时，由于第3模具T3和气体扩散层5C不干扰，所以可以防止MEA主体部5的损伤。
然后用喷射等使框体6的热塑性树脂流入第1模具T1和第3模具T3的间隙，也就是流入到MEA主体部固定部6D的位置，与成形构件6C一体化而成形框体6。这里，第3模具T3构成为使成形构件6C的平坦部6C1的部分成为框体6的上半面的形状。即，在第3模具T3的框体部T3B和成形构件6C之间形成的间隙中构成MEA主体部固定部6D。
然后，在第四工序中，在接合有MEA主体部5的框体6上形成密封垫圈7，制作MEA1。如图6(d)所示，接合有MEA主体部5的框体6从第1模具T1和第3模具T3上取下，夹在第4模具T4和第5模具T5中，把第4模具T4和第5模具T5接合。用喷射等使密封垫圈7的热塑性树脂或热塑性弹性体，流入到第4模具T4和第5模具T5与框体6的间隙中，在框体6的两个表面上成形密封垫圈7。这里，在第4模具T4和第5模具T5中构成密封垫圈7的环状部7A和延伸部7B的成形形状，然后在环状部7A上使筋7C成形的形状。
如上所述，本发明的MEA1的制造方法除了在第二工序中配置MEA主体部5以外，MEA1是成形加工。因此，MEA1在成形机内制造，由于仅将在第二工序中预先制作的MEA主体部1装入并配置到成形机内就可以制造，所以本发明的MEA1的制造方法适合燃料气体和氧化剂气体的利用效率高的MEA1的大量生产。
除此之外，可以通过使用滑动模具或转动模具，在一个成形机内可以连续进行第一工序到第三工序。这样工序更简化，可以进一步提高MEA1的批量生产率。
下面对PEFC100运转时的作用进行说明。
供给PEFC100的燃料气体通过一个燃料气体集流管，从阳极隔板2的燃料气体集流管孔22分流到燃料气体流路槽21，暴露在MEA主体部5中，在另一个燃料气体集流管孔22中，排出到另一个燃料气体集流管，通过燃料气体集流管而从PEFC100排出。对于氧化剂气体也是在一个氧化剂气体集流管中通过，同样从另一个氧化剂气体集流管排出。这里，在燃料气体流路21的连通部21B中，燃料气体能向MEA主体部周缘间隙40泄漏，但是由于连通部21B和两侧的MEA主体部周缘间隙40用密封垫圈7的第1延伸部7B1切断或变窄，所以可以切断或抑制燃料气体的泄漏。即可以切断或抑制迂回到气体扩散层接触部21A、在MEA主体部周缘间隙40中传递、流过一对燃料气体集流管22、22之间的燃料气体的流通。此外，在燃料气体流路21的气体扩散层接触部21A的弯曲部21C中，燃料气体能向MEA主体部周缘间隙40泄漏，但是由于用第5延伸部7B5使相邻的弯曲部21C之间的MEA主体部周缘间隙40切断或变窄，所以可以切断或抑制向MEA主体部周缘间隙40漏出的燃料气体在MEA主体部周缘间隙40中的流通，可以抑制燃料气体的利用效率降低。氧化剂气体也一样，由于用密封垫圈7的第3延伸部7B3和第7延伸部7B7可以使MEA主体部周缘间隙40切断或变窄，所以可以切断或抑制迂回到气体扩散层接触部31A、在MEA主体部周缘间隙40传递、流过一对氧化剂气体集流管33、33之间的氧化剂气体的流通，或从气体扩散层接触部31A的弯曲部31C漏出的氧化剂气体在MEA主体部周缘间隙40中的流通。
以上对本发明的实施方式进行了详细地说明，但本发明不限于上述的实施方式，在本发明的范围内本领域技术人员可以进行各种改进或采用替代手段。例如有以下的变形例。
[变形例1]
密封垫圈7可以熔接在框体6上形成。这样可以得到更牢固的接合。
作为槽部6A的变形例，在密封垫圈7由具有与框体6共通的可塑成分的材质构成的情况下，使框体6和密封垫圈7热熔接，可以得到牢固的接合。或者省略了槽部6A，可以进一步使MEA1的构造简化。例如，在框体6中使用添加玻璃纤维的聚丙烯(出光石油化学公司制R350G)。而在密封垫圈7中使用サントプレン8101-55(AdvancedElasotomer System公司制)。由于密封垫圈7和框体6共有聚丙烯作为可塑成分，所以在密封垫圈7成形时，密封垫圈7熔接在框体6上而一体化，可以得到没有剥离以外的其它结构缺陷的牢固的接合构造。
[变形例2]
作为另外的槽部6A的变形例，也可以使槽部6A为形成为列状的贯通孔。即在第三工序中，通过贯通孔连接形成框体6的两个表面的密封垫圈7之间，所以可以提高框体6和密封垫圈7的接合性。
[变形例3]
MEA1在对应于燃料气体流路21和氧化剂气体流路31的弯曲部21C、31C的位置上，构成第5到第8延伸部7B5、7B6、7B7、7B8。图7是伴随燃料气体流路的变形的图1的MEA的阳极隔板一侧的俯视图，图8是伴随氧化剂气体流路的变形的图1的MEA的阴极隔板一侧的俯视图。在图中表示在单电池10组装状态下，阳极隔板2和阴极隔板3的燃料气体流路21和氧化剂气体流路31接触或面对的位置。如图所示，在MEA主体部5的正反面，具有在相面对的位置构成的弯曲部21C和弯曲部31C的情况下，由于第5延伸部7B5和第6延伸部7B6，而不需要设置第7延伸部7B7和第8延伸部7B8的一部分。此外，燃料气体流路21的气体扩散层接触部21A和氧化剂气体流路31的气体扩散层接触部31A在MEA主体部5的正反面中，相互在同一方向蛇行而构成的情况下，第5延伸部7B5和第6延伸部7B6与第7延伸部7B7和第8延伸部7B8的重复进一步增加，可以使延伸部7B的设置数量合理化。
[变形例4]
图9是表示形成第5延伸部7B5和第8延伸部7B8的位置的变形例的图1的MEA的阳极隔板一侧的俯视图，图10是表示形成第6延伸部7B6和第7延伸部7B7的位置的变形例的图1的MEA的阴极隔板一侧的俯视图。如图所示，仅在相邻的弯曲部21C、31C的间部接触的位置中的一部分上形成第5延伸部7B5和第7延伸部7B7。因流路槽21、31的根数、流路槽21、31的流路形状或槽的形状、气体扩散层5C的气体透过性和流路槽21、31中的燃料气体和氧化剂气体的流速、流路槽21、31的压力损失、燃料气体和氧化剂气体的露点的关系，即使不在全部的弯曲部21C、31C之间形成第5延伸部7B5和第7延伸部7B7，也不会产生PEFC100的燃料气体和氧化剂气体的利用效率的显著降低。即第5延伸部7B5和第7延伸部7B7可以根据PEFC100的燃料气体和氧化剂气体的流路条件而省略。这样也可以减少第6延伸部7B6和第8延伸部7B8的形成位置，可以进一步简化MEA1的构造。
[变形例5]
图15是表示变形例5的MEA的阳极隔板一侧的构造的俯视图。如图所示，在变形例5中，在集流管孔12、13、14和MEA主体部5之间，从用平行的两根密封垫圈7分割的双层构造的环状部7A，变形成用一根密封垫圈7分割的单层构造的环状部7A。这样可以简化环状部7A的构造。
此外，以与电极层(气体扩散层5C)的侧面大体整个区域接触的方式形成延伸部7B。也就是延伸部7B延伸为使环状的MEA主体部周缘间隙40的一部分被切断，从环状部7A通过MEA主体部5的周缘5D上而与电极层(气体扩散层5C)的侧面接触。除此之外，延伸部7B的前端部在周缘部5D上延伸，与其他的延伸部7A的前端部结合，形成为覆盖周缘部5D的大体整个区域。采用这样的构造，由于用延伸部7B几乎全部阻止气体从电极层(气体扩散层5C)的侧面流出，所以可以更可靠地切断或抑制燃料气体和氧化剂气体从燃料流路21和氧化剂气体流路31向MEA主体部周缘间隙的泄漏。
[变形例6]
图16是简要表示在变形例6的MEA第4制造工序中的图3和图4的VI-VI线截面的图。如图所示，在变形例6中，在密封垫圈7的延伸部7B的前端形成重叠部7D。重叠部7D在气体扩散层5C的面上薄薄地延伸。采用这样的重叠部7D的构成，在单电池10组装状态下，重叠部7D通过被气体扩散层5C和隔板2、3夹持按压，可以进一步提高延伸部7B和气体扩散层5C的密合性，所以可以更可靠地切断或抑制燃料气体和氧化剂气体向燃料流路21和氧化剂气体流路31外的泄漏。
[实施例]
下面举出实施例对本发明进行更详细地说明，但是本发明并不限定于这些实施例。
(实施例1)
作为实施例，进行了PEFC100的输出性能试验。输出性能试验使燃料气体和氧化剂气体的供给条件和PEFC100的输出条件保持一定，测量了每个单电池10的输出电压V。这些条件为：供给的燃料气体的湿度为露点65℃、供给的氧化剂气体的湿度为露点65℃、氧化剂气体的利用率为40％、燃料气体的利用率为75％、PEFC100的温度为65℃、电流密度为0.08A/cm2。这里PEFC100的输出条件为部分负荷，设成燃料气体和氧化剂气体的压力损失降低的条件。
(比较例1)
此外作为比较例，在PEFC100中使用把在框体6上形成的密封垫圈改变成没有延伸部7B的密封垫圈，即改变成仅形成环状部7A的密封垫圈的PEFC，在与PEFC100相同条件下进行了输出性能试验。
图11是对比表示实施例的PEFC和比较例的PEFC在相同条件下的输出性能的曲线图。如图所示，实施例P的输出电压比比较例Q的输出电压更高，而且稳定。
根据以上说明，本发明的MEA1、该MEA1的制造方法以及使用该MEA1的PEFC100在PEFC100组装状态下，可以切断或抑制燃料气体和氧化剂气体在MEA主体部周缘间隙40中的流通，进而可以提高燃料气体和氧化剂气体的利用效率，而且构造和它的制造方法简单，适合大量生产。
工业上的可利用性
本发明作为在高分子电解质型燃料电池组装状态下，可以切断或抑制燃料气体和氧化剂气体在MEA主体部周缘间隙中的流通，进而可以提高燃料气体和氧化剂气体的利用效率，而且构造和它的制造方法简单，适合大量生产的MEA、该MEA的制造方法以及使用该MEA的高分子电解质型燃料电池是有用的。

Claims (12)

1.一种MEA，其特征在于，
是用于具有隔板的高分子电解质型燃料电池中的MEA，所述隔板形成为在与电极层接触的表面形成的流路槽在所述电极层的缘部具有多个弯曲部，所述MEA包括：
MEA主体部，其具有高分子电解质膜和一对所述电极层，所述电极层在该高分子电解质膜的周缘部的内侧部分的两个面上形成；
板状的由热塑性树脂构成的框体，其形成为相对于所述一对电极层有间隔地夹着所述高分子电解质膜的周缘部，并且包围该高分子电解质膜的外缘；
一对密封垫圈，其在所述框体的两个面上夹着该框体而形成，由选自热塑性树脂和热塑性弹性体的至少一种构成，
所述密封垫圈具有环状部和延伸部，所述环状部沿所述框体的内缘形成为环状，所述延伸部从相邻的所述弯曲部之间的间部所接触的位置的附近的所述环状部起延伸，通过所述框体的内缘部和所述高分子电解质膜的所述周缘部的上方而与所述电极层的侧面接触。
2.根据权利要求1所述的MEA，其特征在于，
用于具有隔板的高分子电解质型燃料电池中，所述隔板在与所述电极层接触的表面和与所述电极层的周围相对的表面之间形成有连通用流路槽，
在所述连通用流路槽所接触的位置的两旁的所述环状部上形成有所述延伸部。
3.根据权利要求1所述的MEA，其特征在于，
用于具有隔板的高分子电解质型燃料电池中，在与所述电极层接触的表面形成的流路槽在所述电极层的缘部有多个弯曲部而形成所述隔板，
在接触相邻的所述弯曲部之间的间部的位置的附近的所述环状部上，形成所述延伸部，
仅在相邻的所述弯曲部之间的间部所接触的位置的附近的所述环状部的一部分上形成有所述延伸部。
4.根据权利要求1所述的MEA，其特征在于，
在所述框体的组成和所述密封垫圈的组成中，包括共同的可塑成分。
5.根据权利要求1所述的MEA，其特征在于，
所述密封垫圈的所述延伸部的前端部形成为与所述电极层的侧面的大致整个区域相接触。
6.根据权利要求1所述的MEA，其特征在于，
在所述高分子电解质膜的两个主面中的至少一个主面的所述周缘部上，还配置有保护该周缘部的镜框状的保护膜，
所述电极层具有层叠结构，该层叠结构具有气体扩散层和配置在该气体扩散层和所述高分子电解质膜之间的催化剂层，
所述保护膜的内缘部填入到所述催化剂层和所述气体扩散层之间。
7.根据权利要求1所述的MEA，其特征在于，
在所述高分子电解质膜的两个主面中的至少一个主面的所述周缘部上，还配置有保护该周缘部的镜框状的保护膜，
所述保护膜和所述电极层不相互重叠地并排设置在所述高分子电解质膜的所述主面上。
8.根据权利要求1所述的MEA，其特征在于，
在所述高分子电解质膜的两个主面中的至少一个主面的所述周缘部上，还配置有保护该周缘部的镜框状的保护膜，
所述电极层具有层叠结构，该层叠结构具有气体扩散层和配置在该气体扩散层和所述高分子电解质膜之间的催化剂层，
所述保护膜的内边缘部填入到所述高分子电解质膜和所述催化剂层之间。
9.根据权利要求1所述的MEA，其特征在于，
在所述密封垫圈的环状部的顶面上，以沿着其延伸方向延伸的方式形成筋，该筋的至少一部分形成在所述高分子电解质膜的周缘部的内周一侧。
10.根据权利要求1所述的MEA，其特征在于，
在所述密封垫圈的延伸部的前端具有很浅地延伸到所述电极层的面上的重叠部。
11.一种MEA的制造方法，其特征在于，
该制造方法是制造权利要求1所述的MEA的方法，包括：
使热塑性树脂流入第1模具和第2模具的间隙中而形成框状的成形构件的工序，该框状的成形构件在框内缘形成有平坦部；
在嵌合于所述第1模具中的所述成形构件的框内，将预先制作的MEA主体部配置成平面状，并且在所述平坦部上配置该MEA主体部的周缘部的工序；
使第3模具与嵌合有配置了所述MEA主体部的成形构件的第1模具相接合，使所述热塑性树脂流入第1模具和第3模具的间隙中，使接合有MEA主体部的状态的框体成形的工序；
把接合了所述MEA主体部的框体夹在中间，并接合第4模具和第5模具，使热塑性树脂或热塑性弹性体流入第4模具和第5模具的间隙中，在框体表面使密封垫圈成形，在所述密封垫圈上成形环状部和延伸部的工序，所述环状部沿所述框体的内缘形成为环状，所述延伸部从相邻的弯曲部之间的间部所接触的位置的附近的所述环状部起延伸，通过所述框体的内缘部和所述高分子电解质膜的周缘部的上方而与电极层的侧面接触。
12.一种高分子电解质型燃料电池，其特征在于，
是把一个以上的具有权利要求1所述的MEA、以及配置成将该MEA夹在中间的阳极隔板和阴极隔板的单电池层叠而成。
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