CN103109405A - 膜电极接合体及使用了该膜电极接合体的燃料电池、膜电极接合体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种抑制燃料电池中的电解质膜的劣化的技术。燃料电池（100）具备膜电极接合体（5）。膜电极接合体（5）是在具有质子传导性的电解质膜（1）的两侧配置有电极（2）的发电体。电极（2）具有将载持有催化剂的催化剂层（2c）和用于使反应气体向电极面遍及的气体扩散层（2g）层叠而成的层叠结构。气体扩散层（2g）的外周端部相比催化剂层（2c）的外周端向内侧缩进。

Description

膜电极接合体及使用了该膜电极接合体的燃料电池、膜电极接合体的制造方法
技术领域
本发明涉及燃料电池。
背景技术
作为燃料电池，已知有一种具备膜电极接合体的燃料电池，该膜电极接合体在具有质子传导性的电解质膜的两侧配置有电极。电极具有：用于使反应气体遍及电极面整体的气体扩散层；及载持有用于促进燃料电池反应的催化剂的催化剂层（下述专利文献1）。
然而，存在有如下情况：在燃料电池的发电时，作为反应气体的氢、氧分别透过电解质膜而向所供给一侧的电极的相反侧的电极移动。这种情况下，在膜电极接合体的相同电极侧存在氢和氧，所述氢与氧相互反应而可能会生成过氧化氢。已知过氧化氢发生了自由基化的过氧化氢自由基成为使电解质膜劣化的原因的情况。
另外，气体扩散层通常由具有导电性的纤维基材构成，但在纤维基材的外表面，尤其是在其端部存在有微细的突起即毛刺。在膜电极接合体中，该毛刺刺入至电解质膜，有时会造成电解质膜的损伤。到目前为止，实际情况是对于抑制这种电解质膜的劣化并未作出充分的研究。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-213830号公报
发明内容
发明的概要
发明要解决的课题
本发明的目的在于提供一种抑制燃料电池的电解质膜的劣化的技术。
用于解决课题的手段
本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式或应用例来实现。
[应用例1]
一种膜电极接合体，用于燃料电池，其中，具备：电解质膜；及配置在所述电解质膜的两侧的第一和第二电极层，所述第一和第二电极层具有与所述电解质膜相接配置的催化剂层及配置在所述催化剂层之上的气体扩散层，所述第一和第二电极层中的至少所述第一电极层中，使所述气体扩散层的所述催化剂层侧的面小于所述催化剂层的所述气体扩散层侧的面，由此，所述气体扩散层的外周端相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进。
根据该膜电极接合体，由于气体扩散层的外周端相比催化剂层的外周端向内侧缩进，从而抑制气体扩散层与电解质膜直接接触的情况。因此，在气体扩散层中产生的过氧化氢自由基在到达电解质膜之前通过催化剂层，能够使过氧化氢自由基在催化剂层消失。因此，能够抑制过氧化氢自由基引起的电解质膜的劣化。而且，能够使催化剂层作为用于保护电解质膜免于受到气体扩散层的端部的影响的保护层发挥作用。
[应用例2]
在应用例1记载的膜电极接合体中，所述气体扩散层由纤维基材构成，在所述第一和第二电极层中的至少第一电极层中，在所述催化剂层与所述气体扩散层之间设置疏水层，所述疏水层覆盖所述气体扩散层的外周端的端面的至少一部分。
根据该膜电极接合体，存在于气体扩散层的催化剂层侧的面和外周端面上的毛刺由疏水层覆盖，因此能够保护电解质膜免于受到存在于气体扩散层的基材外表面的毛刺的影响。尤其是因为在气体扩散层的外周端部存在大量毛刺，因此气体扩散层的外周端部由疏水层覆盖，从而能够进一步提高电解质膜的保护效果。
[应用例3]
在应用例2记载的膜电极接合体中，所述疏水层由以疏水性树脂为主成分的疏水性薄膜构成。
根据该膜电极接合体，通过疏水层即疏水性薄膜，能够覆盖气体扩散层的外表面的毛刺，从而能够更可靠地保护电解质膜。
[应用例4]
在应用例1～3中任一应用例记载的膜电极接合体中，在所述第一和第二电极层的至少一方，在发电区域的周缘部配置有用于抑制所述气体扩散层与所述催化剂层的分离的粘接构件。
根据该膜电极接合体，能抑制气体扩散层与催化剂层的分离，因此能够抑制反应气体的泄漏的发生，能够抑制电解质膜及电极的劣化。
[应用例5]
在应用例4记载的膜电极接合体中，至少在所述第一电极层中，为了抑制反应气体向比所述气体扩散层的外周端向外侧突出的所述催化剂层的外周端的扩散，所述粘接构件在沿着相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进的所述气体扩散层的外周端的周状的区域，浸渍到所述催化剂层及所述气体扩散层的内部。
根据该膜电极接合体，利用粘接构件抑制反应气体向从气体扩散层的外周端突出的催化剂层的外周端的扩散，抑制在催化剂层的外周端产生反应热的情况。因此，抑制反应热从该催化剂层的外周端的部位向电解质膜移动的情况，从而抑制反应热引起的电解质膜的劣化。
[应用例6]
在应用例1～5中任一应用例记载的膜电极接合体中，在所述第一和第二电极层中的至少所述第二电极层中设置卡定部，该卡定部通过将所述催化剂层的比所述气体扩散层的外周端突出的所述气体扩散层侧的面向所述气体扩散层侧折弯而形成，用于抑制所述催化剂层与所述气体扩散层的分离。
根据该膜电极接合体，利用从气体扩散层的外周端突出的催化剂层的部位，设置用于抑制气体扩散层与催化剂层的分离的卡定部，因此能够高效率地抑制气体扩散层与催化剂层的分离。
[应用例7]
在应用例1～6中任一应用例记载的膜电极接合体中，在所述第二电极层中设有卡定部，所述卡定部通过在所述气体扩散层的外周端将所述气体扩散层的比所述催化剂层的外周端突出的部位向所述催化剂层侧折弯而形成，用于抑制所述催化剂层与所述气体扩散层的分离。
根据该膜电极接合体，利用气体扩散层的比催化剂层突出的部位，来设置用于抑制气体扩散层与催化剂层的分离的卡定部，因此能够高效地抑制气体扩散层与催化剂层的分离。
[应用例8]
在应用例6记载的膜电极接合体中，所述电解质膜的外周端部向所述气体扩散层的外侧突出，并且所述第一电极层侧的面和所述第二电极层侧的面向沿着所述电解质膜的厚度方向的两方向分离而分别向所述第一和第二电极层侧折弯，在所述第一和第二电极层的所述催化剂层的外周端设有卡定部，该卡定部通过将所述催化剂层的所述气体扩散层侧的面在所述气体扩散层的外侧与所述电解质膜的外周端部一起朝向所述气体扩散层折弯而形成，用于抑制所述催化剂层与所述气体扩散层的分离。
根据该膜电极接合体，通过在2个电极层的外周端设置利用了电解质膜和催化剂层的卡定部，而高效率且可靠地抑制气体扩散层与催化剂层的分离。而且，通过该卡定部，膜电极接合体的一体性提高。
[应用例9]
一种燃料电池，具备应用例1～8中任一应用例记载的膜电极接合体。
根据该燃料电池，能抑制膜电极接合体的电解质膜的劣化，因此燃料电池的耐久性提高。
[应用例10]
一种制造方法，是燃料电池用的膜电极接合体的制造方法，所述燃料电池用的膜电极接合体具备电极层，该电极层具有以与电解质膜相接的方式配置的催化剂层和由纤维基材构成且配置在所述催化剂层之上的气体扩散层，其中，
所述制造方法具备如下工序：
（a）准备所述气体扩散层的基材即纤维基材的工序；
（b）在所述纤维基材的一个面上形成疏水层的工序；
（c）以所述气体扩散层的外周端相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进的方式将所述纤维基材的外周端切断的工序；及
（d）在预先形成于所述电解质膜的所述催化剂层上，以使所述催化剂层与所述疏水层相接的方式重叠接合所述纤维基材，形成所述电极层的工序，
所述工序（d）包括如下的工序：对所述纤维基材在切断前预先在要进行切断的切断线上进行按压，由此在所述纤维基材的表面上形成所述疏水层向所述纤维基材的内侧陷入的槽部，沿着所述槽部将所述纤维基材切断。
根据该制造方法，气体扩散层的基材的外周端面及催化剂层侧的面由疏水层覆盖，并且气体扩散层的基材的外周端面的毛刺立起被修整成朝向催化剂层的相反侧。因此，抑制气体扩散层的基材表面的毛刺造成的电解质膜的损伤。而且，根据利用该制造方法制造的膜电极接合体，气体扩散层的催化剂层侧的面比催化剂层的气体扩散层侧的面减小，因此能够抑制气体扩散层与电解质膜直接接触的情况，从而能够抑制过氧化氢自由基引起的电解质膜的劣化。
[应用例11]
一种制造方法，是燃料电池用的膜电极接合体的制造方法，所述燃料电池用的膜电极接合体具备电极层，该电极层具有以与电解质膜相接的方式配置的催化剂层和配置在所述催化剂层之上的气体扩散层，其中，
所述制造方法具备如下工序：
（a）准备在一个面上形成有所述催化剂层的电解质膜的工序；
（b）准备比所述催化剂层的尺寸小的纤维基材作为所述气体扩散层的基材的工序；
（c）以所述纤维基材的外周端比所述催化剂层的外周端处于内侧的方式将所述纤维基材配置在所述催化剂层之上的工序；及
（d）将所述催化剂层和所述纤维基材与所述电解质膜一起通过热压而进行接合，并且利用所述电解质膜和所述催化剂层的热收缩产生的变形，使所述催化剂层和所述电解质膜的向所述纤维基材的外侧突出的部位向所述纤维基材侧折弯，来设置对所述催化剂层与所述纤维基材的分离进行抑制的卡定部的工序。
根据该制造方法，利用与热压产生的热收缩相伴的变形，将用于抑制催化剂层与气体扩散层的分离的卡定部设置于膜电极接合体。因此，能够高效率地制造抑制了催化剂层与气体扩散层的分离的膜电极接合体。
[应用例12]
在应用例11记载的制造方法中，所述工序（d）包括如下的工序：准备层叠配置了所述催化剂层和所述纤维基材的第一和第二电解质膜，使所述第一和第二电解质膜彼此重叠进行热压，由此将所述催化剂层与所述纤维基材接合并将所述第一和第二电解质膜彼此接合。
根据该制造方法，在膜电极接合体的2个电极层中能够高效率地设置利用了电解质膜和催化剂层的外周端的卡定部。
需要说明的是，本发明能够以各种方式实现，例如，能够以燃料电池用的膜电极接合体、使用了该膜电极接合体的燃料电池、具备该燃料电池的燃料电池系统、搭载有该燃料电池系统的车辆等的方式来实现。
附图说明
图1是表示燃料电池的结构的简图。
图2是表示膜电极接合体的结构作为参考例的简图和用于说明膜电极接合体中的电解质膜的劣化的示意图。
图3是表示作为参考例的膜电极接合体的结构的简图和用于说明因设置保护片所造成的电解质膜的损伤的示意图。
图4是用于说明在膜电极接合体中抑制电解质膜的劣化的效果的示意图。
图5是表示作为第二实施例的燃料电池的结构的简图。
图6是按工序顺序表示电极的形成工序的示意图。
图7是表示气体扩散层的基材的端部的示意图。
图8是表示作为第二实施例的其他结构例的膜电极接合体的外周端部的示意图。
图9是表示作为第三实施例的燃料电池的结构的简图。
图10是表示作为第四实施例的燃料电池的结构的简图。
图11是表示作为第五实施例的燃料电池的结构的简图。
图12是表示2个电极的各自的粘接构件的浸渍区域的简图。
图13是用于说明气体扩散层与催化剂层的分离引起的不良情况的示意图。
图14是用于说明粘接构件产生的膜电极接合体的劣化的抑制功能的示意图。
图15是表示作为第五实施例的其他结构例的燃料电池的结构的简图。
图16是表示作为第六实施例的燃料电池的结构的简图。
图17是按工序顺序表示卡定部的形成工序的示意图。
图18是按工序顺序表示卡定部的其他形成工序的示意图。
图19是表示作为第六实施例的其他结构例的燃料电池的结构的简图。
图20是表示作为第六实施例的其他结构例的燃料电池的结构的简图。
图21是按工序顺序表示两种卡定部的形成工序的示意图。
图22是表示作为第六实施例的其他结构例的燃料电池的结构的简图。
图23是表示作为第六实施例的其他结构例的燃料电池的结构的简图。
图24是表示作为第七实施例的燃料电池的结构的简图。
图25是按工序顺序表示第七实施例的膜电极接合体的制造工序的示意图。
图26是按工序顺序表示第七实施例的膜电极接合体的其他制造工序的示意图。
图27是表示作为第七实施例的其他结构例的燃料电池的结构的简图。
具体实施方式
A.第一实施例：
图1是表示作为本发明的一实施例的燃料电池的结构的简图。该燃料电池100是接受氢和氧的供给作为反应气体而进行发电的固体高分子型燃料电池。燃料电池100具有层叠了多个单电池110而成的堆叠结构。单电池110具备密封一体型膜电极接合体10和夹持密封一体型膜电极接合体10的2个隔板40。
密封一体型膜电极接合体10具有膜电极接合体5、在膜电极接合体5的外周端设置的密封部20。膜电极接合体5是在电解质膜1的两侧一体地配置了具有气体扩散性的电极2的发电体，其中所述电解质膜1在湿润状态下显示良好的质子传导性。电极2具有：载持有用于促进燃料电池反应的催化剂（例如铂（Pt））的催化剂层2c；及用于使反应气体遍及电极面整体的气体扩散层2g。
作为电解质膜1，可以使用氟树脂系的离子交换膜。在电解质膜1的外表面上涂敷有使催化剂载持碳、电解质膜、同种的化合物即电解质分散在水溶性溶剂或有机溶剂中而成的混合溶液即催化剂墨液，并使之干燥，由此能够形成催化剂层2c。需要说明的是，催化剂层2c也可以通过将预先形成在薄膜基材的表面上的催化剂层转印到电解质膜1的表面而形成。
气体扩散层2g可以通过碳纤维、石墨纤维等的具有导电性及气体透过性/气体扩散性的多孔质的纤维基材构成。将构成气体扩散层2g的基材重叠配置在预先形成于电解质膜1的催化剂层2c上，利用热压等进行接合，由此形成电极2。
然而，在本实施例的膜电极接合体5中，在电极2中，通过使气体扩散层2g的尺寸构成为比催化剂层2c的尺寸小，而使气体扩散层2g的外周端相比催化剂层2c的外周端向内侧缩进，使催化剂层2c的内周缘部露出。如此，在电极2中，构成为气体扩散层2g的外周端相比催化剂层2c的外周端向内侧缩进的理由在后面叙述。
密封部20通过以覆盖膜电极接合体5的电解质膜1及电极2的外周端部的方式注塑成形树脂材料而设置。密封部20在由隔板40从两侧夹持时，在密封部20与隔板40之间形成密封线。通过该密封线，抑制反应气体向燃料电池100的外部的泄漏。需要说明的是，密封部20也可以通过利用树脂材料的注塑成形进行的形成工序以外的方法来形成。密封部20还可以通过对具有粘接性的树脂材料进行注入/固化来形成。
在此，在本实施例的燃料电池100中，电解质膜1的外周端部比催化剂层2c的外周端部突出，密封部20将该突出的外周端部覆盖。通过该结构，抑制经由电解质膜1及电极2的外周端面的反应气体的交叉泄漏。需要说明的是，在密封部20上形成有反应气体、制冷剂用的岐管，但其图示及说明省略。
隔板40通过具有导电性的气体不透过的板状构件（例如金属板）构成。在隔板40的电极2侧的面上反应气体用的流路槽43在发电区域（由密封部20包围的区域）整体上形成。需要说明的是，在隔板40上形成有反应气体、制冷剂用的岐管、制冷剂用的流路，但其图示及说明省略。
在单电池110中，在隔板40与电极2之间配置有用于使流路槽43的反应气体遍及气体扩散层2g整体的气体流路构件30。气体流路构件30也作为膜电极接合体5与隔板40之间的导电路径发挥作用。气体流路构件30可以通过将膨胀合金、冲压金属等的金属板加工成多孔质的构件、碳烧结体等具有导电性的多孔质构件构成。
需要说明的是，2个气体流路构件30的一方或其双方也可以省略。但是，这种情况下，优选构成为使设置在隔板40的外表面上的流路槽43的流路壁与电极2的气体扩散层2g直接接触。而且，2张隔板40中的一方或其双方的流路槽43也可以省略。
图2（A）是表示膜电极接合体5a的结构作为本发明的参考例的简图。该膜电极接合体5a除了电极2a的结构不同的点以外，与本实施例的膜电极接合体5大致相同。在参考例的电极2a中，构成为气体扩散层2g的尺寸比催化剂层2c的尺寸大，气体扩散层2g的外周端部与电解质膜1直接接触。
图2（B）是用于说明参考例的膜电极接合体5a的电解质膜1的劣化的示意图。在图2（B）中示意性地图示了构成燃料电池时的膜电极接合体5a的外周端部附近。气体扩散层2g如上所述，由纤维基材构成，因此其外表面、尤其是外周端部存在有微细的突起即毛刺2f。因此，如参考例的膜电极接合体5a那样，在气体扩散层2g与电解质膜1直接接触时，气体扩散层2g的毛刺2f会刺入电解质膜1，可能会引起反应气体的交叉泄漏、电极2彼此的短路。
另外，在燃料电池中，在其发电时，有时氢透过电解质膜而向阴极侧移动，或者氧透过电解质膜而向阳极侧移动。由于这种反应气体的透过移动，而在相同电极侧存在氢和氧时，该氢与氧发生反应而有时会生成过氧化氢（H2O2）。在膜电极接合体中产生的过氧化氢可能会发生自由基化而使电解质膜劣化。
在此，过氧化氢发生了自由基化后的过氧化氢自由基在催化剂层中，在催化剂的作用下，变换为水、氧，消失的可能性高。然而，在该参考例的膜电极接合体5a中，在催化剂层2c的外周具有电解质膜1与气体扩散层2g直接相接的区域。因此，在该区域上，过氧化氢自由基不会因催化剂作用而消失，到达电解质膜1，使电解质膜1劣化的可能性高。
图3（A）是表示作为本发明的参考例的膜电极接合体5b的结构的简图。图3（A）除了在催化剂层2c的外周设有保护片4的点以外，与图2（A）大致相同。在该参考例的膜电极接合体5b中，在催化剂层2c的外周配置有用于保护电解质膜1的保护片4，气体扩散层2g的外周端部配置在保护片4上。即，在膜电极接合体5b中，利用保护片4抑制气体扩散层2g与电解质膜1直接接触的情况。需要说明的是，保护片4可以由聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）等树脂构件构成。
图3（B）是用于说明因设置保护片4造成的电解质膜1的损伤的示意图。在图3（B）中阶段性地图示了向燃料电池安装而发电时的膜电极接合体5b的状态的变化。需要说明的是，在图3（B）中，仅图示了膜电极接合体5b的一部分，而省略了气体扩散层2g的图示及膜电极接合体5b以外的燃料电池的其他的结构部的图示。
在此，在燃料电池发电时，膜电极接合体成为高温（例如80℃左右），并且在其发电区域中，生成大量的水分，因此电解质膜发生膨润。然而，在参考例的膜电极接合体5b的电解质膜1中，由保护片4夹持的部位的膨润受到抑制，另一方面，由保护片4包围的中央区域发生膨润。因此，当电解质膜1的膨润开始时，在电解质膜1的由保护片4夹持的部位上，沿着朝向中央区域拉伸的方向产生应力，可能会发生膜破裂。
另外，在燃料电池的发电停止而膨润了的电解质膜1开始收缩时，由保护片4来抑制电解质膜1的收缩。因此，在电解质膜1中，应力作用在由保护片4夹持的部位与由保护片4包围的中央区域发生分离的方向上，可能会发生膜破裂。
图4是用于说明在本实施例的膜电极接合体5中抑制电解质膜1的劣化的效果的示意图。图4中示意性地图示了安装于燃料电池100时的膜电极接合体5的端部附近。需要说明的是，在图4中，仅图示膜电极接合体5的一方的电极2，而省略了另一方的电极2的图示。而且，在图4中，省略了燃料电池100的其他结构部的图示。
在本实施例的膜电极接合体5中，由于气体扩散层2g的外周端部配置在比催化剂层2c的外周端部靠内侧处，因此利用催化剂层2c抑制气体扩散层2g的毛刺2f刺入电解质膜1的情况。即，催化剂层2c作为电解质膜1的保护层发挥作用。而且，即使在电极2中生成过氧化氢且发生了自由基化的情况下，该过氧化氢自由基也由于催化剂层2c的催化剂作用而变换为氧、水，抑制到达电解质膜1的情况。
如此，在本实施例的燃料电池100中，就膜电极接合体5而言，气体扩散层2g的外周端部相比催化剂层2c的外周端部向内侧缩进，抑制气体扩散层2g与电解质膜1的直接的接触。因此，能够抑制由于气体扩散层2g的毛刺、过氧化氢自由基而电解质膜1发生损伤/劣化的情况。
B.第二实施例：
图5是表示作为本发明的第二实施例的燃料电池100A的结构的简图。图5除了电极2A的结构不同的点以外，与图1大致相同。在该燃料电池100A的膜电极接合体5A中，气体扩散层2g的外周端部由朝向催化剂层2c侧而前端变细的大致锥状的倾斜面构成。即，气体扩散层2g的端面与气体扩散层2g的催化剂层2c侧的表面形成的角度为锐角。而且，在气体扩散层2g的外表面设有疏水层3。疏水层3将气体扩散层2g的催化剂层2c侧的表面和外周端面的一部分覆盖。
图6（A）～（F）是按工序顺序表示电极2A的形成工序的示意图。需要说明的是，在图6（A）～（F）中，仅图示了一方的电极2A的形成工序，但由于另一方的电极2A的形成工序也同样，因此省略其图示及说明。在第一工序中，准备电解质膜1（图6（A））。在第二工序中，在电解质膜1的外表面上涂敷与第一实施例中说明的情况同样的催化剂墨液，并使其干燥/固化，从而形成催化剂层2c（图6（B））。
在第三工序中，准备气体扩散层2g的基材（图6（C））。气体扩散层2g的基材是与在第一实施例中说明的情况同样的纤维基材。在此，在气体扩散层2g的基材上的与催化剂层2c接触的面整体上形成疏水层3。疏水层3在气体扩散层2g的基材表面上作为以聚四氟乙烯（PTFE）等疏水性树脂和碳黑等导电性材料为主成分的疏水薄膜（多微孔层（MPL））而形成。
如图5中说明那样，在构成电极2A时，疏水层3配置在气体扩散层2g与催化剂层2c之间。这样的话，通过在气体扩散层2g与催化剂层2c之间设置疏水层3，在燃料电池100的运转中，良好地保持电解质膜1的湿润状态，并抑制气体扩散层2g的细孔因水分而闭塞的情况。需要说明的是，该燃料电池100A的疏水层3也具有保护电解质膜1的功能，其详细情况在后面叙述。
在第四工序中，以气体扩散层2g的尺寸比催化剂层2c的尺寸小的方式切断气体扩散层2g的基材的外周端部。需要说明的是，该切断加工通过以下说明的两阶段的工序来实施。具体而言，首先，在外周端部的切断之前，利用按压工具200沿着应切断的切断线预先按压气体扩散层2g的基材的疏水层3侧的表面，形成沿着切断线的槽部6（图6（D））。需要说明的是，在该槽部6的形成工序中，以使疏水层3陷入到气体扩散层2g的内侧并利用疏水层3构成槽部6的内壁面的方式按压气体扩散层2g的表面。
接下来，利用切削工具202将槽部6的底面部切断（图6（E））。通过图6（D）、（E）的工序，气体扩散层2g的基材的尺寸比催化剂层2c的尺寸减小，气体扩散层2g的外周端面作为其一部分由疏水层3覆盖的倾斜面构成。此外，在第五工序中，气体扩散层2g的基材以疏水层3与催化剂层2c接触的方式重叠接合于催化剂层2c（图6（F））。由此，在电解质膜1上形成电极2A。
图7是表示图6（F）所示的虚线区域7的气体扩散层2g的基材的端部的示意图。在气体扩散层2g的基材的外表面、尤其是其外周端部如上述那样存在毛刺2f。然而，在气体扩散层2g的电解质膜1侧的表面及外周端面设有疏水层3，该毛刺2f成为由疏水层3覆盖的状态。因此，在气体扩散层2g与催化剂层2c接合时，毛刺2f经由催化剂层2c而刺入电解质膜1，从而抑制使电解质膜1损伤的情况。
即，疏水层3可以解释为作为用于与催化剂层2c一起保护电解质膜1的保护层发挥作用。尤其是在膜电极接合体5A中，直至气体扩散层2g的外周端面为止覆盖疏水层3，因此能够抑制因在气体扩散层2g的外周端部存在的毛刺2f造成电解质膜1的损伤的情况。
另外，在电极2A的形成工序中，在气体扩散层2g的外周端部的切断之前，将疏水层3向气体扩散层2g的内侧折入，形成了图6（D）中说明的槽部6。通过该加工，气体扩散层2g的外周端部的毛刺立起的方向被修整为朝向槽部6的底面侧（电极2A的外侧）。因此，进一步抑制毛刺2f的刺入造成的电解质膜1的损伤。
图8是表示作为第二实施例的其他结构例的膜电极接合体5Aa的外周端部的示意图。该膜电极接合体5Aa的结构除了以下说明的点以外，与上述的膜电极接合体5A相同。在膜电极接合体5Aa的电极2Aa中，气体扩散层2g与催化剂层2c由大致相同尺寸构成。然而，在气体扩散层2g的外周端部上设有通过按压催化剂层2c侧的角部而形成的疏水层3的倾斜面。由此，在膜电极接合体5Aa中，与催化剂层2c的气体扩散层2g侧的面相比，气体扩散层2g的催化剂层2c侧的面变大，气体扩散层2g的外周端部向催化剂层2c的外周端的内侧缩进。即便为这种结构，也能够利用疏水层3来保护电解质膜1免于受到气体扩散层2g的毛刺的损害。
在此，在膜电极接合体5Aa中，与第一实施例的膜电极接合体5同样地，催化剂层2c的内周缘表面从气体扩散层2g露出。该露出面、催化剂层2c、气体扩散层2g的端面由密封部20（未图示）覆盖。因此，即便为该结构，也抑制过氧化氢自由基不经由催化剂层2c而从气体扩散层2g向电解质膜1移动的情况。因此，能够抑制电解质膜1的劣化。
如此，根据第二实施例的膜电极接合体5A、5Aa，通过疏水层3、气体扩散层2g的外周端部的加工，能够抑制因气体扩散层2g的毛刺的刺入造成的膜电极接合体5a的损伤。而且，能够抑制过氧化氢自由基引起的电解质膜1的劣化。
C.第三实施例：
图9是表示作为本发明的第三实施例的燃料电池100B的结构的简图。图9除了在膜电极接合体5B的一方的面侧设有外周端部的结构与电极2A不同的电极2B的点以外，与图5大致相同。在膜电极接合体5B的一方的电极2B中，催化剂层2c、气体扩散层2g、疏水层3以与电解质膜1大致相同的尺寸形成，电解质膜1、催化剂层2c、气体扩散层2g、疏水层3的各自的端面以大体一齐的状态层叠。在该燃料电池100中，将电极2A侧作为阴极，将电极2B侧作为阳极，分别向它们供给氧和氢。需要说明的是，电极2B的疏水层3也可以省略。
这样的话，即使是仅在一方的电极2B侧而气体扩散层2g的外周端部相比催化剂层2c的外周端部向内侧缩进的结构，也能够抑制电极2侧的电解质膜1的损伤/劣化。而且，根据该结构，能够使电极2B的外周端作为电解质膜1的外周端的支承部发挥作用。因此，在膜电极接合体5B的外周设置密封部20的工序等膜电极接合体5B的安装工序中，能够抑制电解质膜1损伤的情况。
D.第四实施例：
图10是表示作为本发明的第四实施例的燃料电池100C的结构的简图。图10除了在膜电极接合体5C中改换阳极侧的电极2A而设有外周端部的结构不同的电极2C的点以外，与图9大致相同。在燃料电池100C的膜电极接合体5C中，气体扩散层2g的外周端面不倾斜，作为与催化剂层2c的外表面大致垂直的面而构成。
即便是这种结构，在电极2C侧，气体扩散层2g的外周端部相比催化剂层2c的外周端部向内侧缩进，因此能够抑制电解质膜1的电极2C侧的损伤/劣化。而且，通过设置在气体扩散层2g与电解质膜1之间的疏水层3，也能与上述实施例同样地抑制电解质膜1的损伤/劣化。需要说明的是，在该第四实施例的结构中，也可以是气体扩散层2g的外周端面的一部分或全部由疏水层3覆盖。
E.第五实施例：
图11是表示作为本发明的第五实施例的燃料电池100D的结构的简图。图11除了设有浸渍在2个电极2A、2B的各自的内部的粘接构件7的点和图示了密封区域SA的范围的点以外，与图9大致相同。燃料电池100D具备在2个电极层2A、2B的内部浸渍有粘接构件7的膜电极接合体5D。粘接构件7用于抑制气体扩散层2g与催化剂层2c的分离。
粘接构件7可以通过与构成电解质膜1的固体电解质同种的化合物、能够向细孔浸渍的粘接剂构成。具体而言，作为粘接构件7，可以使用杜邦公司制的Nafion（注册商标）溶液（商品名“NafionDE2020”等）、Konishi公司制的Bond（注册商标；商品名“MOS7”等）。
图12（A）、（B）是表示分别在2个电极2A、2B中浸渍有粘接构件7的区域的简图。图12（A）是沿着与电极面垂直的方向观察电极2A的外表面时的图，图12（B）是沿着与电极面垂直的方向观察电极2B的外表面时的图。在图12（A）、（B）中，通过标注与图11同样的剖面线来表示粘接构件7的配置区域。而且，在图12（A）、（B）中，利用单点划线图示在电极2A、2B的外表面中的由密封部20包围的密封区域SA。
粘接构件7在2个电极2A、2B中以包围密封区域SA的方式浸渍在周状的区域。粘接构件7在具有流动性的状态时，通过分配器等，在图12（A）、（B）图示的区域内，从气体扩散层2g、催化剂层2c的粘接面侧浸渍到疏水层3、气体扩散层2g、催化剂层2c的细孔（气孔）内。需要说明的是，粘接构件7也可以通过网板印刷，而浸渍到疏水层3、气体扩散层2g、催化剂层2c的细孔中。
图13是用于说明气体扩散层2g与催化剂层2c的分离引起的不良情况的示意图。在图13中图示有作为参考例的燃料电池100c。该燃料电池100c除了省略了疏水层3的点和电极2C的催化剂层2c及气体扩散层2g的尺寸减小的点以外，与第四实施例的燃料电池100C为同样的结构。需要说明的是，在图13中，示意性地图示了在电极2B的端部气体扩散层2g与催化剂层2c剥离的状态。
在此，电解质膜1和催化剂层2c在高温（例如100℃）下，容易产生热收缩引起的变形。而且，通常在电解质膜1和催化剂层2c中，电解质膜1比催化剂层2c的热收缩率高。因此，在密封部20的成形工序等的加热工序中，当电极2B的催化剂层2c与气体扩散层2g分离时，所述电解质膜1和催化剂层2c可能向电极2C侧卷起那样地变形。
在这种催化剂层2c和气体扩散层2g产生卷起的变形的状态下构成燃料电池100c时，在该变形部位上，容易产生从电极2B侧向电极2C侧的反应气体的泄漏。因此，燃料电池100c的性能下降、电解质膜1产生劣化的可能性升高。
第五实施例的燃料电池100D也与参考例的燃料电池100c同样地，具有电解质膜1及电极2B的外周端部从电极2A的外周端部突出的结构。然而，在电极2B的外周端部浸渍有粘接构件7，能抑制气体扩散层2g及疏水层3与催化剂层2c的剥离。因此，在燃料电池100D的制造工序中，抑制图13中说明的电解质膜1及催化剂层2c的变形的发生。
图14（A）、（B）是用于说明第五实施例的粘接构件7产生的膜电极接合体1的劣化的抑制功能的示意图。在图14（A）中仅图示了第五实施例的燃料电池100D的膜电极接合体5D的电解质膜1和电极2A的端部，而省略了燃料电池100D的其他结构部的图示。图14（B）除了省略了粘接构件7的点以外，与图14（A）大致相同。
在此，在燃料电池100D中，作为发电反应，在电极2A中产生下述的反应（A）。
H2+1/2O2→H2O…（A）
该反应为发热反应，因此在催化剂层2c产生反应热。当该反应热向电解质膜1侧的移动量增大时，会促进电解质膜1的劣化。
然而，如图12所说明，粘接构件7以包围密封区域SA的方式设置。因此，在该膜电极接合体5D中，通过粘接构件7，抑制反应气体扩散至密封区域SA的外侧的催化剂层2c的突出部位的情况，从而抑制在该部位产生反应热的情况（图14（A））。若为密封区域SA内，则催化剂层2c与热传导率比较高的气体扩散层2g及疏水层3相邻，因此在密封区域SA内的催化剂层2c产生的反应热能够向气体扩散层2g侧移动，从而抑制电解质膜1的劣化。
另一方面，省略了粘接构件7时，扩散至比气体扩散层2g的外周端突出的催化剂层2c的外周端部的反应气体的量增大（图14（B））。因此，催化剂层2c与气体扩散层2g及疏水层3不相邻，与密封部20直接接触的部位的反应热的发生量增大。由树脂构件构成的密封部20的热传导率比较低，因此在上述的部位，向电解质膜1侧移动的反应热的量增大。因此，由于该部位的反应热，可能会促进电解质膜1的劣化。
这样的话，若为第五实施例的膜电极接合体5D，则通过粘接构件7能够抑制反应气体向密封区域SA的外侧的催化剂层2c的突出部位的扩散，能够抑制该部位的反应热的产生。因此，能够抑制电解质膜1的劣化。
图15（A）是表示作为第五实施例的其他结构例的燃料电池100Da的结构的简图。图15（A）除了在密封区域SA的外侧的电极2B、2C的外周端部整体浸渍有粘接构件7的点以外，与图11大致相同。通过使设有催化剂层2c及疏水层3的气体扩散层2g的外周端部浸渍于粘接构件7的液层的所谓浸蘸工序，而将该结构例的电极2B、2C的粘接构件7浸渍在催化剂层2c及气体扩散层2g的外周端部的内部整体中。若为这种结构，则能够更可靠地抑制催化剂层2c与气体扩散层2g的分离。而且，能够更可靠地抑制由于电极2C的催化剂层2c的外周端部的反应热而电解质膜1发生劣化的情况。
图15（B）是表示作为第五实施例的其他结构例的燃料电池100Db的结构的简图。图15（B）除了粘接构件7与第五实施例的燃料电池100D同样地设置的点以外，与图10大致相同。这样的话，在第四实施例说明的燃料电池100C的结构中，可以将粘接构件7浸渍而设于电极2C、2B。由此，与第五实施例的燃料电池100D同样地，能抑制气体扩散层2g与催化剂层2c的分离，并且能够抑制因反应热引起的电解质膜1的劣化。
F.第六实施例：
图16是表示作为本发明的第六实施例的燃料电池100E的结构的简图。图16除了改换纸面下侧的电极2而设置电极2E且该电极2E在外周端设有卡定部8的点以外，与图1大致相同。需要说明的是，在图16中，为了简便起见，使电解质膜1的厚度比图1更加薄型化而进行了图示。
该燃料电池100E的膜电极接合体5E具有第一电极2和第二电极2E。第一电极2与第一实施例中说明的结构为同样的结构，气体扩散层2g的尺寸比催化剂层2c的尺寸小，气体扩散层2g的外周端向催化剂层2c的外周端缩进。第二电极2E与第一电极2同样地，具有气体扩散层2g的尺寸比催化剂层2c的尺寸小的结构。需要说明的是，第二电极2E的催化剂层2c通过在电解质膜1的面整体上涂敷催化剂墨液而形成。
另外，在第二电极2E中，将从气体扩散层2g的外周端突出的催化剂层2c的气体扩散层2g侧的面2s沿着气体扩散层2g的外周端部折弯，由此形成卡定部8。该卡定部8用于抑制催化剂层2c与气体扩散层2g的分离，沿着气体扩散层2g的外周周状地形成。
如此，在第五实施例的燃料电池100E中，对电解质膜1及催化剂层2c进行变形加工而设置卡定部8，由此抑制催化剂层2c与气体扩散层2g的分离。因此，可以省略用于抑制催化剂层2c、气体扩散层2g的分离的另外构件的追加。
需要说明的是，在该第二电极2E中也是，催化剂层2c作为相对于气体扩散层2g的电解质膜1的保护层发挥作用。在此，第二电极2E的催化剂层2c的外周端2ct是构成卡定部8的部位的最外侧的部位。因此，在该电极2E中，也可以解释为具有气体扩散层2g的外周端相比催化剂层2c的外周端向内侧缩进的结构。
图17（A）～（D）是按工序顺序表示第二电极2E的卡定部8的形成工序的示意图。图17（A）表示形成有催化剂层2c的电解质膜1的简要剖视图。在第一工序中，在电解质膜1的一方的面整体上涂敷催化剂墨液，使其干燥，由此形成催化剂层2c。需要说明的是，催化剂层2c也可以通过将形成于薄膜基材的催化剂层2c转印到电解质膜1上而形成。
在图17（B）中图示了从催化剂层2c的形成面侧观察形成有催化剂层2c的电解质膜1时的示意图。在第二工序中，将形成有催化剂层2c的电解质膜1的4个角部CP切除。这样，通过将4个角部CP切除而形成卡定部8时，能避免电解质膜1及催化剂层2c的构成卡定部8的部位彼此在气体扩散层2g的面上重合的情况。
在图17（C）中示意性地图示了在催化剂层2c的外表面上配置有气体扩散层2g的状态。在第三工序中，气体扩散层2g以收纳在催化剂层2c的外表面内的方式配置。图17（D）中示意性地图示了将电解质膜1及催化剂层2c的外周端部折弯而形成卡定部8的情况。需要说明的是，在图17（D）中，为了简便起见，实施弯曲加工之前的电解质膜1及催化剂层2c的外周轮廓线由虚线图示。
在第四工序中，将比气体扩散层2g的外周端突出的催化剂层2c与电解质膜1一起向气体扩散层2g侧折弯，由此形成卡定部8。需要说明的是，正如图17（B）中说明那样，由于电解质膜1及催化剂层2c的角部CP被切除，因此能避免电解质膜1及催化剂层2c的构成卡定部8的部位彼此重合的情况。
图18（A）、（B）是用于按工序顺序说明卡定部8的其他形成工序的示意图。图18（A）示意性地表示在形成有催化剂层2c的电解质膜1上配置气体扩散层2g的工序。在该制造工序中，在一方的面上形成有催化剂层2c的电解质膜1以在电解质膜1侧能够保持凸的弯曲形状的程度的厚度进行准备。然后，在催化剂层2c的凹面内，将气体扩散层2g以其外周端收纳在比催化剂层2c的外周端靠内侧处的方式配置。需要说明的是，在该制造工序中，也如图17（B）中说明那样，优选切除电解质膜1及催化剂层2c的4个角部CP。
图18（B）示意性地表示将催化剂层2c与气体扩散层2g接合的热压工序。在该工序中，在通过2个电热板210将形成有催化剂层2c的电解质膜1及气体扩散层2g夹持的状态下，进行夹压/加热，将催化剂层2c与气体扩散层2g接合。在此，电解质膜1具有如上述那样弯曲的形状。因此，从气体扩散层2g的外周端突出的电解质膜1的外周端部由于热压工序中的电解质膜1的热收缩，而容易向气体扩散层2g侧折弯。因此，在该工序中，容易进行变形加工的电解质膜1及催化剂层2c的突出的外周端部向气体扩散层2g侧折弯而形成卡定部8。
需要说明的是，在图18（B）中，与图16所示的结构不同，构成卡定部8的催化剂层2c及电解质膜1未折弯至气体扩散层2g的催化剂层2c的配置面的相反侧的面。这样的话，卡定部8也可以不具有折弯成大致U字状的结构。而且，卡定部8也可以未完全地覆盖气体扩散层2g的外周端面。卡定部8只要将电解质膜1及催化剂层2c折弯成能够抑制催化剂层2c与气体扩散层2g的分离的程度即可。
然而，燃料电池100E（图16）的密封部20可以如以下那样形成。即，在2个隔板40之间配置膜电极接合体5E和气体扩散构件30，并且在膜电极接合体5E的外周缘配置凝胶状的热硬化性树脂。然后，对该热硬化性树脂进行加热使其硬化，由此形成密封部20。或者，也可以预先准备类似于密封部20的树脂构件，将该树脂构件与膜电极接合体5E及气体扩散构件30一起夹持/接合于两张隔板40，由此形成密封部20。
图19是表示作为第六实施例的其他结构例的燃料电池100Ea的结构的简图。图19除了改换第二电极2E而设置第二电极2Ea的点以外，与图16大致相同。该燃料电池100Ea的膜电极接合体5Ea具有结构互不相同的第一和第二电极2、2Ea。第一电极2是与图16中说明的燃料电池100E的电极2同样的结构。
第二电极2Ea具备：以覆盖电解质膜1的一方的面整体的方式形成的催化剂层2c；以比催化剂层2c大的尺寸构成的气体扩散层2gE。在气体扩散层2gE的外周端部设有用于抑制与催化剂层2c的分离的卡定部8a。具体而言，将比催化剂层2c的外周端突出的气体扩散层2gE的外周部位向第一电极2侧折弯，覆盖电解质膜1及催化剂层2c的外周端部，由此形成卡定部8a。需要说明的是，气体扩散层2gE与图17（B）中说明的催化剂层2c及电解质膜1同样地，优选为了形成卡定部8a而将4个角部切除。
如此，即使在设有利用了气体扩散层2gE的外周部位的卡定部8a的情况下，也能够抑制气体扩散层2gE与催化剂层2c的分离。需要说明的是，在形成有该卡定部8a时，气体扩散层2gE的端面与电极2之间优选由密封部20可靠地密封。由此，能够抑制经由卡定部8a的交叉泄漏的发生。
图20是表示作为第六实施例的其他结构例的燃料电池100Eb的结构的简图。图20除了在纸面左侧，改换卡定部8a而设置了图16中说明的卡定部8的点以外，与图19大致相同。该结构例的膜电极接合体5Eb的第二电极2Eb具有催化剂层2cEb和气体扩散层2gEb，设有两种卡定部8、8a。
图21（A）～（C）是按工序顺序表示两种卡定部8、8a的形成工序的示意图。图21（A）中图示了形成于电解质膜1的催化剂层2cEb、及气体扩散层2gEb。在第一工序中，准备以覆盖电解质膜1的一方的面整体的方式形成的催化剂层2cEb、及气体扩散层2gEb。需要说明的是，形成于电解质膜1的催化剂层2cEb及气体扩散层2gEb分别优选以大致相同程度的尺寸进行准备，并且以1个角部被切除的状态进行准备。
图21（B）中图示了催化剂层2cEb与气体扩散层2gEb重合的状态。在第二工序中，使催化剂层2cEb与气体扩散层2gEb彼此的位置沿着对角线方向偏离而重合。即，使构成卡定部8的催化剂层2cEb的两边比气体扩散层2gEb的外周端突出，并使构成卡定部8a的气体扩散层2gEb的两边比催化剂层2cEb的外周端突出，在这种状态下，使催化剂层2cEb与气体扩散层2gEb重合。需要说明的是，催化剂层2cEb（电解质膜1）及气体扩散层2gEb的角部被切除的部位分别优选沿着上述的偏离方向而配置在对角的位置上。
图21（C）中图示了将催化剂层2cEb及气体扩散层2gEb的端部折弯而形成有卡定部8、8a的状态。需要说明的是，在图21（C）中，为了简便起见，利用虚线图示了折弯加工之前的催化剂层2cEb和气体扩散层2gEb的外周轮廓线。在第三工序中，将比气体扩散层2gEb的外周端突出的催化剂层2cEb的两边与电解质膜1一起向气体扩散层2gEb侧折弯而形成卡定部8。而且，在该第三工序中，将比催化剂层2cEb的外周端突出的气体扩散层2gEb的两边向催化剂层2cEb侧折弯而形成卡定部8a。
如此，在该结构例中，在电极2Eb的外周，将两种卡定部8、8a组合设置。即使是这种结构，也能够抑制催化剂层2cEb与气体扩散层2gEb的分离。
图22、图23分别是表示第六实施例的其他结构例的燃料电池100Ec、100Ed的结构的简图。图22、图23分别除了在电极2、2E、2Ea的内部浸渍并设有与第五实施例中说明的结构同样的粘接构件7的点以外，与图16及图19大致相同。这样的话，通过与卡定部8、8a一起设置粘接构件7，能够更可靠地抑制催化剂层2c与气体扩散层2g、2gE的分离。而且，能够抑制因反应热引起的电解质膜1的劣化。需要说明的是，在图20的结构中，也可以在电极2、2Eb设置粘接构件7。
G.第七实施例：
图24是表示作为本发明的第七实施例的燃料电池100F的结构的简图。该燃料电池100F的膜电极接合体5F具有相互接合的第一和第二电解质膜1Fa、1Fb，在第一电解质膜1Fa的外表面形成有第一电极2Fa，在第二电解质膜1Fb的外表面形成有第二电极2Fb。需要说明的是，在图24中，利用虚线来图示第一和第二电解质膜1Fa、1Fb的接合面。
第一和第二电极2Fa、2Fb分别具有将催化剂层2cF与气体扩散层2g层叠而成的结构，该催化剂层2cF以覆盖第一或第二电解质膜1Fa、1Fb的外表面整体的方式形成，该气体扩散层2g由纤维基材构成。而且，在第一和第二电极2Fa、2Fb中分别通过将催化剂层2cF和第一或第二电解质膜1Fa、1Fb的端部折弯而设有与图16中说明的结构同样的卡定部8。
即，在第七实施例的燃料电池100F中，第一和第二电极2Fa、2Fb均构成为气体扩散层2g的催化剂层2cF侧的面比催化剂层2cF的气体扩散层2g侧的面小。并且，将比气体扩散层2g的外周端突出的催化剂层2cF的气体扩散层2g侧的面与第一或第二电解质膜1Fa、1Fb一起朝向气体扩散层2g折弯，由此构成卡定部8。而且，在第一和第二电极2Fa、2Fb中，具有气体扩散层2g的外周端相比构成卡定部8的催化剂层2cF的外周端2ct向内侧缩进的结构。需要说明的是，在燃料电池100F中，第一电极2Fa作为阴极发挥作用，第二电极2Fb作为阳极发挥作用。
根据第五实施例的燃料电池100F，能够在第一和第二电极2Fa、2Fb这两方，使催化剂层2cF作为第一和第二电解质膜1Fa、1Fb的保护层发挥作用，能够抑制第一和第二电解质膜1Fa、1Fb的劣化。而且，在第一和第二电极2Fa、2Fb的两方形成有卡定部8，因此在第一和第二电极2Fa、2Fb这两方，抑制催化剂层2cF与气体扩散层2g的分离。此外，通过这些卡定部8，膜电极接合体5F的各结构部的一体性提高，燃料电池100F的制造工序的膜电极接合体5F的操作性（处理性）提高。
图25（A）～（D）是按工序顺序表示第七实施例的膜电极接合体5F的制造工序的示意图。在第一工序中，准备以覆盖一方的面整体的方式形成有催化剂层2cF的第一和第二电解质膜1Fa、1Fb（图25（A））。在第二工序中，使第一和第二电解质膜1Fa、1Fb彼此以外侧成为催化剂层2cF的方式相互重合，通过热压进行接合（图25（B））。
在此，在该工序中，以第一和第二电解质膜1Fa、1Fb的外周端部突出的方式使第一和第二电解质膜1Fa、1Fb由电热板210夹持而执行热压。由此，第一和第二电解质膜1Fa、1Fb彼此在它们的外周端部相互未接合。在图25（B）中，利用虚线图示了第一和第二电解质膜1Fa、1Fb彼此接合的边界。需要说明的是，从电热板210突出的第一和第二电解质膜1Fa、1Fb的外周端部为了抑制因热收缩引起的变形而优选由保持构件211夹持。
在第三工序中，在2个催化剂层2cF的外侧配置气体扩散层2g，利用电热板210进行热压，将催化剂层2cF与气体扩散层2g接合（图25（C））。在该工序中，将催化剂层2cF与气体扩散层2g的接触面整体接合。在此，在该热压工序时，第一和第二电解质膜2Fa、2Fb的外周端部分别与催化剂层2cF的外周端部一起由于因热收缩引起的变形而向气体扩散层2g侧卷起。由于该变形，形成卡定部8，完成膜电极接合体5F（图25（D））。需要说明的是，在该工序中，为了卡定部8的形成，也可以对第一和第二电解质膜1Fa、1Fb及催化剂层2cF的外周端部施加辅助性的外力。
图26（A）～（D）是按工序顺序表示第七实施例的膜电极接合体5F的其他制造工序的示意图。第一工序是与图25（A）中说明的结构同样的第一和第二电解质膜1Fa、1Fb的准备工序（图26（A））。在第二工序中，将第一和第二电解质膜1Fa、1Fb分别以催化剂层2cF成为上侧的方式配置于基台212，并且在催化剂层2c上配置气体扩散层2g，利用电热板210进行热压（图26（B））。
在此，在该工序中，在第一和第二电解质膜1Fa、1Fb中的任一者的热压时，气体扩散层2g以第一或第二电解质膜1Fa、1Fb的外周端比气体扩散层2g的外周端突出的方式配置。并且，在执行热压时，第一和第二电解质膜1Fa、1Fb的外周端部及催化剂层2cF的外周端部由于因热收缩引起的变形而向气体扩散层2g侧卷起。由此，在第一和第二电解质膜1Fa、1Fb上分别形成第一和第二电极2Fa、2Fb，所述第一和第二电极2Fa、2Fb形成有卡定部8。需要说明的是，在该工序中，也可以是为了卡定部8的形成而将辅助性的外力向第一和第二电解质膜1Fa、1Fc及催化剂层2cF的外周端部施加。
在第三工序中，在使第一和第二电解质膜1Fa、1Fb彼此重合的状态下由电热板210夹持、热压，由此将第一和第二电解质膜1Fa、1Fb接合（图26（C））。通过该热压工序，完成膜电极接合体5F（图26（D））。这样的话，根据图25、图26的制造工序，利用热压工序时的热收缩引起的变形而能够形成卡定部8，从而能够高效率地制造膜电极接合体5F。
图27是表示作为第七实施例的其他结构例的燃料电池100Fa的结构的简图。图27除了在第一和第二电极2Fa、2Fb的各自的内部浸渍有与第一实施例中说明的结构同样的粘接构件7的点以外，与图24大致相同。这样的话，除了卡定部8之外，在第一和第二电极2Fa、2Fb分别设有与第一实施例中说明的结构同样的粘接构件7，由此能够更可靠地抑制催化剂层2cF与气体扩散层2g的分离，并能够抑制电解质膜1的劣化。
H.变形例：
需要说明的是，本发明并不局限于上述的实施例、实施方式，在不脱离其要点的范围内能够在各种方式中实施。
H1.变形例1：
在上述实施例中，气体扩散层2g由纤维基材构成。然而，气体扩散层2g也可以不由纤维基材构成，还可以通过具有用于使气体扩散的多个细孔的构件、膨胀合金那样的金属加工板等构成。即便为这种结构，通过抑制气体扩散层与电解质膜的直接的接触，也能够抑制过氧化氢自由基到达电解质膜的情况，从而能够抑制电解质膜的劣化。而且，通过在气体扩散层的基材外表面存在的微少的凹凸、气体扩散层的基材端部等的按压而能够抑制电解质膜的损伤。
H2.变形例2：
在上述第一实施例中，在膜电极接合体5的电极2中未设置疏水层3。不过，也可以在膜电极接合体5的气体扩散层2g与催化剂层2c之间设置疏水层3。需要说明的是，这种情况下，优选气体扩散层2g的外周端面的至少一部分由疏水层3覆盖。
H3.变形例3：
在上述第二实施例中，在电极2A的形成工序中，在形成有疏水层3的面上形成槽部6，沿着该槽部6而将气体扩散层2g的外周端部切断，由此在气体扩散层2g的外周端面形成基于疏水层3的覆盖区域。然而，电极2A也可以不通过该工序来形成。例如，也可以在将气体扩散层2g的基材的外周端部切断而使气体扩散层2g的基材的尺寸小于催化剂层2c的尺寸之后，以覆盖气体扩散层2g的基材的一方的面及外周端面的方式设置疏水层3。
H4.变形例4：
在上述第二实施例中，在催化剂层2c与气体扩散层2g之间设置了疏水层3。然而，也可以省略疏水层3。这种情况下也是，以气体扩散层2g的外周端部向催化剂层2c侧前端变细的方式形成，气体扩散层2g的外周端部相比催化剂层2c的外周端部向内侧缩进，由此抑制气体扩散层2g的毛刺等突起部造成的电解质膜1的损伤、过氧化氢自由基引起的电解质膜1的劣化。而且，在上述实施例中，疏水层3由主成分包含疏水性树脂材料的疏水性薄膜构成，但疏水层3也可以不是由包含疏水性树脂材料作为主成分的疏水性薄膜构成。但是，由疏水性薄膜构成疏水层3的话，从而如图7中说明那样，能够利用疏水性树脂来覆盖气体扩散层2g的毛刺2f，因此优选。
H5.变形例5：
在上述第三实施例中，燃料电池100B将电极2A侧作为阴极，将电极2A侧作为阳极，分别向它们供给氧和氢。但是，燃料电池100B也可以将电极2A作为阳极，将电极2B作为阴极，而分别向它们供给氢和氧。即，燃料电池的电极只要是在阳极及阴极中的至少一方的电极内使气体扩散层的外周端部相比催化剂层的外周端部向内侧缩进即可。
H6.变形例6：
在上述第五实施例中，粘接构件7设置在2个电极2A、2B这双方。然而，粘接构件7也可以在2个电极2A、2B中的一方省略。在第五实施例的其他结构例中也同样。需要说明的是，在电极2B中设有粘接构件7时，能够抑制由于热收缩等而催化剂层2c与电解质膜1一起变形并从气体扩散层2g分离的情况。而且，在电极2A中设有粘接构件7时，能够抑制由于催化剂层2c的外周端部的反应热而电解质膜1发生劣化的情况。
H7.变形例7：
在上述第五实施例的燃料电池100D中，气体扩散层2g的外周端相比催化剂层2c的外周端向内侧缩进的电极2A作为阴极而构成。然而，在燃料电池100D中，电极2A也可以作为阳极而构成。
H8.变形例8：
在上述第五实施例中，粘接构件7浸渍在将密封区域SA包围的周状的区域。然而，粘接构件7只要沿着相比催化剂层2c的外周端向内侧缩进的气体扩散层2g的外周端而呈周状浸渍即可，也可以浸渍在密封区域SA的内侧。
H9.变形例9：
在上述第五实施例中，粘接构件7在将密封区域SA包围的区域的整周上浸渍在催化剂层2c、气体扩散层2g、疏水层3的内部。然而，粘接构件7也可以不是在将密封区域SA包围的区域的整周上浸渍在催化剂层2c、气体扩散层2g、疏水层3的内部。即，粘接构件7可以仅在气体扩散层2g和催化剂层2c的内周缘部的局部区域上设置成能抑制气体扩散层2g与催化剂层2c的分离的程度。而且，粘接构件7也可以不浸渍在电极内部，也可以仅配置在气体扩散层2g及疏水层3与催化剂层2c的接触界面上。但是，如图14中说明那样，通过如上述第五实施例那样构成，能够抑制反应热引起的电解质膜1的劣化，因此优选。
H10.变形例10：
在上述第五实施例中，在2个电极2A、2B中分别设置了疏水层3。然而，疏水层3也可以省略。这对于第五实施例的其他的结构例也同样。反之，在第六实施例、第七实施例中，也可以在气体扩散层2g、2gE、2gEb的催化剂层2c侧的面上设置疏水层3。
H11.变形例11：
在上述第六实施例中，以在催化剂层2c的面内收纳气体扩散层2g的外周整体的方式配置气体扩散层2g，将比气体扩散层2g的外周端突出的催化剂层2c折弯，由此将卡定部8沿着气体扩散层2g的外周端形成为周状。然而，卡定部8也可以不是沿着气体扩散层2g的外周端形成为周状。例如，卡定部8也可以仅相对于气体扩散层2g的外周端中的相互对置的两边而形成。而且，卡定部8也可以设置成仅使催化剂层2c的一部分比气体扩散层2g的外周端突出，将该突出的一部分折弯，由此仅将气体扩散层2g的外周端的一部分卡定。
H12.变形例12：
在上述第七实施例中，第一电极2Fa以比第二电极2Fb小的尺寸构成。然而，第一和第二电极2Fa、2Fb也可以由相互大致相同程度的尺寸构成，第二电极2Fb也可以由比第一电极2Fa小的尺寸构成。
H13.变形例13：
在上述第七实施例中，利用第一和第二电解质膜1Fa、1Fb及形成于它们的催化剂层2cF的热收缩引起的变形来形成卡定部8（图25（C）、图26（B））。然而，卡定部8也可以不是利用这种热收缩引起的变形来形成。卡定部8也可以通过施加外力而将第一和第二电解质膜1Fa、1Fb及形成于它们的催化剂层2cF的外周端部折弯来形成。
标号说明
1、1E、1Fa、1Fb…电解质膜
2、2A、2B、2C、2E、2Ea、2Eb、2Fa、2Fb、2a…电极
2c、2cE、2cEb、2cF…催化剂层
2f…毛刺
2g、2gE、2gEb…气体扩散层
2s…面
2ct…外周端
3…疏水层
4…保护片
5、5A、5Aa、5B、5C、5a、5b、5D、5E、5Ea…膜电极接合体
6…槽部
7…粘接构件
8、8a…卡定部
10…密封一体型膜电极接合体
20…密封部
30…气体流路构件
40…隔板
43…流路槽
100、100A、100B、100C、100D、100Da、100Db、100E、100Ea～100Ed、100F、100c…燃料电池
110…单电池
200…按压工具
202…切削工具
210…电热板
211…保持构件
212…基台

Claims (12)

1.一种膜电极接合体，用于燃料电池，其中，
具备：
电解质膜；及
配置在所述电解质膜的两侧的第一和第二电极层，
所述第一和第二电极层具有与所述电解质膜相接配置的催化剂层及配置在所述催化剂层之上的气体扩散层，
所述第一和第二电极层中的至少所述第一电极层中，使所述气体扩散层的所述催化剂层侧的面小于所述催化剂层的所述气体扩散层侧的面，由此所述气体扩散层的外周端相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进。
2.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其中，
所述气体扩散层由纤维基材构成，
在所述第一和第二电极层中的至少所述第一电极层中，在所述催化剂层与所述气体扩散层之间设置疏水层，
所述疏水层覆盖所述气体扩散层的外周端的端面的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的膜电极接合体，其中，
所述疏水层由以疏水性树脂为主成分的疏水性薄膜构成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的膜电极接合体，其中，
在所述第一和第二电极层的至少一方，在发电区域的周缘部配置有用于抑制所述气体扩散层与所述催化剂层的分离的粘接构件。
5.根据权利要求4所述的膜电极接合体，其中，
至少在所述第一电极层中，为了抑制反应气体向比所述气体扩散层的外周端向外侧突出的所述催化剂层的外周端的扩散，所述粘接构件在沿着相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进的所述气体扩散层的外周端的周状的区域，浸渍到所述催化剂层及所述气体扩散层的内部。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的膜电极接合体，其中，
在所述第一和第二电极层中的至少所述第二电极层中设置卡定部，该卡定部通过将所述催化剂层的比所述气体扩散层的外周端突出的所述气体扩散层侧的面向所述气体扩散层侧折弯而形成，用于抑制所述催化剂层与所述气体扩散层的分离。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的膜电极接合体，其中，
在所述第二电极层中设有卡定部，所述卡定部通过在所述气体扩散层的外周端将所述气体扩散层的比所述催化剂层的外周端突出的部位向所述催化剂层侧折弯而形成，用于抑制所述催化剂层与所述气体扩散层的分离。
8.根据权利要求6所述的膜电极接合体，其中，
所述电解质膜的外周端部向所述气体扩散层的外侧突出，并且所述第一电极层侧的面和所述第二电极层侧的面向沿着所述电解质膜的厚度方向的两方向分离而分别向所述第一和第二电极层侧折弯，
在所述第一和第二电极层的所述催化剂层的外周端设有卡定部，该卡定部通过将所述催化剂层的所述气体扩散层侧的面在所述气体扩散层的外侧与所述电解质膜的外周端部一起朝向所述气体扩散层折弯而形成，用于抑制所述催化剂层与所述气体扩散层的分离。
9.一种燃料电池，具备权利要求1～8中任一项所述的膜电极接合体。
10.一种制造方法，是燃料电池用的膜电极接合体的制造方法，所述燃料电池用的膜电极接合体具备电极层，该电极层具有以与电解质膜相接的方式配置的催化剂层和由纤维基材构成且配置在所述催化剂层之上的气体扩散层，其中，
所述制造方法具备如下工序：
（a）准备所述气体扩散层的基材即纤维基材的工序；
（b）在所述纤维基材的一个面上形成疏水层的工序；
（c）以所述气体扩散层的外周端相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进的方式将所述纤维基材的外周端切断的工序；及
（d）在预先形成于所述电解质膜的所述催化剂层上，以使所述催化剂层与所述疏水层相接的方式重叠接合所述纤维基材，形成所述电极层的工序，
所述工序（d）包括如下的工序：对所述纤维基材在切断前预先在要进行切断的切断线上进行按压，由此在所述纤维基材的表面上形成所述疏水层向所述纤维基材的内侧陷入的槽部，沿着所述槽部将所述纤维基材切断。
11.一种制造方法，是燃料电池用的膜电极接合体的制造方法，所述燃料电池用的膜电极接合体具备电极层，该电极层具有以与电解质膜相接的方式配置的催化剂层和配置在所述催化剂层之上的气体扩散层，其中，
所述制造方法具备如下工序：
（a）准备在一个面上形成有所述催化剂层的电解质膜的工序；
（b）准备比所述催化剂层的尺寸小的纤维基材作为所述气体扩散层的基材的工序；
（c）以所述纤维基材的外周端比所述催化剂层的外周端处于内侧的方式将所述纤维基材配置在所述催化剂层之上的工序；及
（d）将所述催化剂层和所述纤维基材与所述电解质膜一起通过热压而进行接合，并且利用所述电解质膜和所述催化剂层的热收缩产生的变形，使所述催化剂层和所述电解质膜的向所述纤维基材的外侧突出的部位向所述纤维基材侧折弯，来设置对所述催化剂层与所述纤维基材的分离进行抑制的卡定部的工序。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其中，
所述工序（d）包括如下的工序：准备层叠配置了所述催化剂层和所述纤维基材的第一和第二电解质膜，使所述第一和第二电解质膜彼此重叠进行热压，由此将所述催化剂层与所述纤维基材接合并将所述第一和第二电解质膜彼此接合。
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