CN105226316A - 燃料电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

带框阶梯差电解质膜·电极结构体(12)是接合阶梯差MEA(12a)和树脂框构件(24)而构成的。在树脂框构件(24)的内周突部(24a)和阶梯差MEA(12a)的外周边部之间，设有框形状的粘接片(26)，并且所述粘接片(26)的内周边部具有与第二气体扩散层(22b)的外周边部的表面沿电极厚度方向重合的重叠部位(26a)。

Description

燃料电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及具备阶梯差电解质膜·电极结构体与树脂框构件相接合的带框阶梯差电解质膜·电极结构体的燃料电池及其制造方法。
背景技术
一般来说，固体高分子型燃料电池中采用由高分子离子交换膜构成的固体高分子电解质膜。燃料电池具备电解质膜·电极结构体(MEA)，该电解质膜·电极结构体(MEA)在固体高分子电解质膜的两侧，分别配设了由催化剂层(电极催化剂层)和气体扩散层(多孔碳)构成的阳极电极和阴极电极。电解质膜·电极结构体由隔板(双极板)夹持。燃料电池层叠规定的数量而构成燃料电池堆，并且例如作为车载用燃料电池堆使用。
在电解质膜·电极结构体中存在以下情况，即，一侧的气体扩散层设定为比固体高分子电解质膜小的表面积，另一侧的气体扩散层设定为与所述固体高分子电解质膜相同的表面积，构成所谓的阶梯差MEA。这时，为了削减比较高价的固体高分子电解质膜的使用量，并且保护在薄膜状下强度低的所述固体高分子电解质膜，而采用配备有树脂框构件的带框阶梯差MEA。
例如，已知有特开2007-66766号公报所公开的电解质膜-电极接合体。在该电解质膜-电极接合体中，如图20所示，在膜1的一侧的面，配置有阳极催化剂层2a和阳极气体扩散层2b。在膜1的另一侧的面，配置有阴极催化剂层3a和阴极气体扩散层3b。由此形成阶梯差MEA4。
阳极气体扩散层2b，设定为比阴极气体扩散层3b大的面积，所述阴极气体扩散层3b侧的膜1的外周部和垫片结构体5，经由粘接部位6被接合。
发明内容
可是，在上述的特开2007-66766号公报中，阴极气体扩散层3b侧的膜1的外周边部(平面)和垫片结构体5的内周薄壁部5a的平面，经由框缘平面形状的粘接部位6接合。因此，阶梯差MEA4和垫片结构体5的粘接强度容易降低，会引起所述阶梯差MEA4的端部剥落和破损。
本发明是用于解决这种问题的方案，其目的在于，提供一种经简单的构成和工序就可以确实地接合阶梯差电解质膜·电极结构体和树脂框构件的燃料电池及其制造方法。
本发明涉及具备阶梯差电解质膜·电极结构体和树脂框构件相接合的带框阶梯差电解质膜·电极结构体的燃料电池及其制造方法。阶梯差电解质膜·电极结构体中，在固体高分子电解质膜的一侧的面，配设有具有第一催化剂层和第一气体扩散层的第一电极，在所述固体高分子电解质膜的另一侧的面，配设有具有第二催化剂层和第二气体扩散层的第二电极。而且，第一气体扩散层的平面尺寸，设定为比第二气体扩散层的平面尺寸大的尺寸。
树脂框构件具有围绕固体高分子电解质膜的外周的框形状，设有经由阶梯部形成为薄壁状而向第二气体扩散层侧突出的内周突部。
该燃料电池中，在树脂框构件的内周突部与阶梯差电解质膜·电极结构体的外周边部之间设有框形状的粘接片。而且，粘接片的内周边部具有与第二气体扩散层的外周边部的表面沿电极厚度方向重合的重叠部位。
另外，其制造方法具有如下工序：分别制作阶梯差电解质膜·电极结构体和树脂框构件的工序；制作具有框形状、内周的开口尺寸比第二气体扩散层的外形尺寸小的粘接片的工序。接着，具有通过粘接片粘接树脂框构件的内周突部和阶梯差电解质膜·电极结构体的外周边部的工序。
此外，其制造方法具有如下工序：分别制作阶梯差电解质膜·电极结构体和树脂框构件的工序；仿照所述阶梯差电解质膜·电极结构体和所述树脂框构件的粘接部位的形状，将具有框形状的粘接片成形的工序。接着，具有通过所成形的粘接片粘接树脂框构件的内周突部和阶梯差电解质膜·电极结构体的外周边部的工序。
根据本发明，框形状的粘接片介于树脂框构件的内周突部与阶梯差电解质膜·电极结构体的外周边部之间，并且内周边部与第二气体扩散层的外周边部的表面沿电极厚度方向重合。因此，树脂框构件和阶梯差电解质膜·电极结构体经由粘接片被牢固且确实地粘接。
因此，通过简单的构成和工序，就可以确实地抑制阶梯差电解质膜·电极结构体与树脂框构件的剥落等。
另外，根据本发明，框形状的粘接片预先仿照阶梯差电解质膜·电极结构体和树脂框构件的粘接部位的形状而被成形。因此，成形的粘接片介于树脂框构件的内周突部与阶梯差电解质膜·电极结构体的外周边部之间的粘接部位时，在所述粘接部位不会发生因所述粘接片的成形不良造成的空隙部。
因此，能够在所述粘接部位尽可能地抑制气体、空气的滞留，通过简单的工序，就可以使阶梯差电解质膜·电极结构体与树脂框构件确实且牢固地接合。
对于上述的目的、特征和优点，通过参照附图进行说明的以下的实施方式的说明会很容易地解释。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的固体高分子型燃料电池的主要部分分解立体说明图。
图2是所述燃料电池的、图1中的II-II线剖面说明图。
图3是构成所述燃料电池的带框阶梯差电解质膜·电极结构体的阳极电极侧的正视说明图。
图4是制造所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体的方法的说明图。
图5是制造所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体的方法的说明图。
图6是制造所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体的方法的说明图。
图7是本发明的第二实施方式的固体高分子型燃料电池的主要部分剖面说明图。
图8是本发明的第三实施方式的固体高分子型燃料电池的主要部分剖面说明图。
图9是在本发明的第三实施方式的制造方法中，制造所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体的方法的说明图。
图10是以所述第三实施方式，制造所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体的方法的说明图。
图11是以所述第三实施方式，制造所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体的方法的说明图。
图12是以所述第三实施方式，制造所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体的方法的说明图。
图13是在本发明的第四实施方式的制造方法中，制造所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体的方法的说明图。
图14是以所述第四实施方式，制造所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体的方法的说明图。
图15是以所述第四实施方式，制造所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体的方法的说明图。
图16是在本发明的第五实施方式的制造方法中，制造所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体的方法的说明图。
图17是以所述第五实施方式，制造所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体的方法的说明图。
图18是以所述第五实施方式，制造所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体的方法的说明图。
图19是本发明的第六实施方式的燃料电池的制造方法所使用的金属模具装置的剖面说明图。
图20日本特开2007-66766号公报所公开的电解质膜-电极接合体的说明图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的第一实施方式的固体高分子型燃料电池10沿箭头A方向(例如，水平方向)被多个层叠，由此能够得到例如车载用燃料电池堆。
燃料电池10中，以第一隔板14和第二隔板16夹持带框阶梯差电解质膜·电极结构体12。第一隔板14和第二隔板16，例如由钢板、不锈钢板、铝板、镀覆处理钢板或对于该金属表面实施了防腐用的表面处理的金属板、和碳构件等形成。
如图2所示，带框阶梯差电解质膜·电极结构体12具备阶梯差MEA(阶梯差电解质膜·电极结构体)12a。阶梯差MEA12a例如具有：在全氟磺酸的薄膜中含浸有水的固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)18、夹持所述固体高分子电解质膜18的阴极电极(第一电极)20及阳极电极(第二电极)22。固体高分子电解质膜18除了使用氟系电解质以外，还使用HC(烃)系电解质。
阳极电极22具有比固体高分子电解质膜18和阴极电极20小的平面尺寸。还有，也可以使阳极电极22与阴极电极20的配设位置颠倒，所述阴极电极20具有比固体高分子电解质膜18和所述阳极电极22小的平面尺寸。这时，阳极电极22成为第一电极，而阴极电极20为第二电极。
阴极电极20配置在固体高分子电解质膜18的一侧的面18a，并且阳极电极22配置在所述固体高分子电解质膜18的另一侧的面18b。
阴极电极20具有与固体高分子电解质膜18的面18a接合的第一电极催化剂层(第一催化剂层)20a、和层叠于所述第一电极催化剂层20a上的第一气体扩散层20b。第一电极催化剂层20a和第一气体扩散层20b设定为相同的平面尺寸，即，设定为与固体高分子电解质膜18相同的平面尺寸。
阳极电极22具有与固体高分子电解质膜18的面18b接合的第二电极催化剂层(第二催化剂层)22a、和层叠在所述第二电极催化剂层22a上的第二气体扩散层22b。第二电极催化剂层22a设定为比第二气体扩散层22b大的平面尺寸(或与第二气体扩散层22b相同的平面尺寸)。第一电极催化剂层20a具有比第二电极催化剂层22a大的平面尺寸，但所述第一电极催化剂层20a和所述第二电极催化剂层22a也可以设定为相同的平面尺寸。
第一电极催化剂层20a和第二电极催化剂层22a含有在碳黑上担载白金粒子而形成的催化剂粒子，例如，作为离子导电性粘合剂使用高分子电解质。将在该高分子电解质的溶液中均匀混合催化剂粒子而制作的催化剂糊剂，通过印刷、涂布或转印到固体高分子电解质膜18的两侧的面18a、18b，由此构成膜催化剂接合体(CCM)。
第一气体扩散层20b和第二气体扩散层22b，是将含有碳黑和PTFE(聚四氟乙烯)粒子的衬底层(中间层)涂布于碳纸而形成的。衬底层设定为与碳纸相同的平面尺寸。衬底层设于第一气体扩散层20b和第二气体扩散层22b的第一电极催化剂层20a侧和第二电极催化剂层22a侧。还有，衬底层根据需要设置即可。第一气体扩散层20b的平面尺寸设定为比第二气体扩散层22b的平面尺寸大的尺寸。
如图1和图2所示，带框阶梯差电解质膜·电极结构体12，具备与阶梯差MEA12a接合(粘接)的树脂框构件24。树脂框构件24，例如由PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP(液晶聚合物)、PVDF(聚偏氟乙烯)、硅酮树脂、氟树脂、或m-PPE(改性聚苯醚树脂)等形成。树脂框构件24除此之外，也可以由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或改性聚烯烃形成。
树脂框构件24具有框形状、经由阶梯部24c形成为薄壁状而向阳极电极22的外周侧突出，具有与固体高分子电解质膜18的外周边部18be相对的内周突部24a。固体高分子电解质膜18的外周边部18be，从构成阳极电极22的第二气体扩散层22b的外周端向外侧延伸。
内周突部24a从内周壁面24b沿内侧具有规定的长度而延伸，从固体高分子电解质膜18的外周边部18be覆盖第二电极催化剂层22a的前端缘部而配置。在阶梯差MEA12a的前端和内周壁面24b之间，形成有规定的间隙。
在固体高分子电解质膜18的外周边部18be和树脂框构件24的内周突部24a之间，设有框形状的粘接片26。如图2和图3所示，粘接片26的内周边部具有与第二气体扩散层22b的外周边部的表面沿层叠方向(电极厚度方向)重合的重叠部位26a。粘接片26具有与第二电极催化剂层22a的外周部分直接接触的重叠部位。粘接片26的外周端部配置在与固体高分子电解质膜18和阴极电极20的前端部大体同一位置。如图2所示，从树脂框构件24的内周突部24a的外面持续到重叠部位26a的外面没有阶梯差，而形成为同一的平坦面。
粘接片26例如使用热塑性或热固化性的粘接剂。在第一实施方式中，粘接片26由酯系、丙烯酸系或聚氨酯系的热熔片形成。热熔片是，通过加热熔融固体状态的片，并通过冷却固化而获得粘接力的片状的粘接剂。
如图1所示，在燃料电池10的箭头B方向(图1中，水平方向)的一端边缘部，沿作为层叠方向的箭头A方向相互连通，设有氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a和燃料气体出口连通孔34b。氧化剂气体入口连通孔30a供给氧化剂气体，例如含氧气体，另一方面，冷却介质入口连通孔32a供给冷却介质。燃料气体出口连通孔34b排出燃料气体，例如含氢气体。氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a和燃料气体出口连通孔34b沿箭头C方向(垂直方向)排列而设置。
在燃料电池10的箭头B方向的另一端边缘部，沿着箭头A方向相互连通，设有供给燃料气体的燃料气体入口连通孔34a、排出冷却介质的冷却介质出口连通孔32b、和排出氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔30b。燃料气体入口连通孔34a、冷却介质出口连通孔32b和氧化剂气体出口连通孔30b沿箭头C方向排列而设置。
在第二隔板16的朝向带框阶梯差电解质膜·电极结构体12的面16a上，设有与氧化剂气体入口连通孔30a和氧化剂气体出口连通孔30b连通的氧化剂气体流路36。
在第一隔板14的朝向带框阶梯差电解质膜·电极结构体12的面14a上，形成有与燃料气体入口连通孔34a和燃料气体出口连通孔34b连通的燃料气体流路38。在第一隔板14的面14b和第二隔板16的面16b之间，形成有与冷却介质入口连通孔32a和冷却介质出口连通孔32b连通的冷却介质流路40。
如图1和图2所示，在第一隔板14的面14a、14b上，围绕该第一隔板14的外周端部，一体化有第一密封构件42。在第二隔板16的面16a、16b上，围绕该第二隔板16的外周端部，一体化有第二密封构件44。
如图2所示，第一密封构件42具有如下：与构成带框阶梯差电解质膜·电极结构体12的树脂框构件24的内周突部24a抵接的第一凸状密封42a；与第二隔板16的第二密封构件44抵接的第二凸状密封42b。第二密封构件44构成沿隔板表面平面状延伸的平面密封。还有，也可以在第二密封构件44上设置凸状密封(未图示)，代替第二凸状密封42b。
第一密封构件42和第二密封构件44例如使用EPDM、NBR、氟橡胶、硅酮橡胶、氟硅橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、苯乙烯橡胶、氯丁二烯或丙烯酸类橡胶等的密封材、垫料、或填料等具有弹性的密封构件。
如图1所示，在第一隔板14上，形成有将燃料气体入口连通孔34a连通至燃料气体流路38的供给孔部46、以及将所述燃料气体流路38连通至燃料气体出口连通孔34b的排出孔部48。
接着，以下对于制造带框阶梯差电解质膜·电极结构体12的制造方法进行说明。
首先，如图4所示，使固体高分子电解质膜18介于阴极电极20和阳极电极22之间，通过对其进行热压，制作阶梯差MEA12a。另一方面，如图5所示，使用金属模具(未图示)进行射出成形，由此成形树脂框构件24。树脂框构件24一体地具有薄壁形状的内周突部24a。
其次，由热熔片构成的粘接片26形成为平板的框状。因此，在树脂框构件24的内周突部24a上配置粘接片26，并且阶梯差MEA12a介入所述粘接片26而与所述内周突部24a相对配置。
如图5所示，粘接片26的外周端部，设定在与固体高分子电解质膜18和阴极电极20的外周端部大体同一位置，并且所述粘接片26的内周突部26e设定在比第二气体扩散层22b的外周端部22be更内侧的位置。
在此状态下，如图6所示，粘接片26夹在阶梯差MEA12a和树脂框构件24之间被加热熔融(热熔)，并且从两侧被施加载荷(挤压等)。还有，利用粘接片26的粘接方式，采用热压、辊压，此外也可以采用阶梯差MEA12a侧或树脂框构件24侧的单面加热、或所述阶梯差MEA12a侧及所述树脂框构件24侧的双面加热的任意一种。
因此，内周突部24a和固体高分子电解质膜18被粘接，并且粘接片26的内周边部形成与第二气体扩散层22b的外周边部的表面沿层叠方向重合的重叠部位26a。由此，可制造带框阶梯差电解质膜·电极结构体12。
如图2所示，带框阶梯差电解质膜·电极结构体12被第一隔板14和第二隔板16夹持。第一隔板14与树脂框构件24的内周突部24a抵接，与第二隔板16一起对带框阶梯差电解质膜·电极结构体12施加载荷。此外，燃料电池10以规定数量层叠而构成燃料电池堆，并且压紧在未图示的端板间并被施加载荷。
以下，对于如此构成的燃料电池10的工作进行说明。
首先，如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔30a供给含氧气体等氧化剂气体，并且向燃料气体入口连通孔34a供给含氢气体等燃料气体。此外，向冷却介质入口连通孔32a供给纯水或乙二醇、油类等冷却介质。
因此，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔30a被导入第二隔板16的氧化剂气体流路36，沿箭头B方向移动而被供给到阶梯差MEA12a的阴极电极20。另一方面，燃料气体从燃料气体入口连通孔34a通过供给孔部46而被导入第一隔板14的燃料气体流路38。燃料气体沿着燃料气体流路38向箭头B方向移动，供给到阶梯差MEA12a的阳极电极22。
因此，在各阶梯差MEA12a中，供给到阴极电极20的氧化剂气体和供给到阳极电极22的燃料气体，在第一电极催化剂层20a和第二电极催化剂层22a内，经电化学反应而被消耗并进行发电。
接着，供给到阴极电极20并被消耗的氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔30b向箭头A方向排出。同样，供给到阳极电极22并被消耗的燃料气体通过排出孔部48沿着燃料气体出口连通孔34b向箭头A方向排出。
另外，供给到冷却介质入口连通孔32a的冷却介质被导入到第一隔板14和第二隔板16之间的冷却介质流路40之后，沿箭头B方向流通。该冷却介质在冷却了阶梯差MEA12a后，从冷却介质出口连通孔32b排出。
这种情况下，在第一实施方式中，如图2所示，框形状的粘接片26介于树脂框构件24的内周突部24a和阶梯差MEA12a的外周边部18be之间，具有弯曲形状。而且，在粘接片26的内周边部设有与第二气体扩散层22b的外周边部的表面沿层叠方向重合的重叠部位26a。重叠部位26a与第二气体扩散层22b的外周的多孔质的部分粘接。
因此，树脂框构件24和阶梯差MEA12a与相互有1个面彼此被粘接的构成相比，经由粘接片26会被牢固且确实地粘接。因此，以简单的构成和工序就可以确实地抑制阶梯差MEA12a和树脂框构件24的剥落等。
图7是本发明的第二实施方式的固体高分子型燃料电池50的主要部分剖面说明图。还有，对于与上述的第一实施方式的燃料电池10为相同的构成要素附加相同的参照符号，其详细的说明省略。另外，以下说明的第三以后的实施方式也同样，其详细的说明省略。
在燃料电池50中，在固体高分子电解质膜18的外周边部18be和树脂框构件24的内周突部24a之间，设有框形状的粘接片52。粘接片52的内周边部具有与第二气体扩散层22b的外周边部的表面沿层叠方向重合的重叠部位52a，并且所述重叠部位52a含浸于所述第二气体扩散层22b的所述外周边部。还有，含浸工序例如可以与图6所示的粘接工序同样地进行。大体上说，就是粘接片52被加热熔融(热熔)，并且被施加载荷(挤压等)。这时，直至包含重叠部位52a的区域都被加热熔融，并且被施加载荷。
按照这样，在第二实施方式中，由粘接片52能够牢固且确实地粘接树脂框构件24和阶梯差MEA12a。由此，以简单的构成和工序，就可以确实地抑制阶梯差MEA12a和树脂框构件24的剥落等，得到与上述的第一实施方式同样的效果。
图8是本发明的第三实施方式的固体高分子型燃料电池50的主要部分剖面说明图。
在固体高分子电解质膜18的外周边部18be和树脂框构件24的内周突部24a之间(粘接部位)，设有框形状的粘接片62。粘接片62在粘接前预先成形为具有弯曲部的形状，具有形成于内周突部24a和固体高分子电解质膜18的外周边部18be之间的平面部62a。平面部62a，从外周边部18be覆盖第二电极催化剂层22a的前端缘部而延伸。
粘接片62在内周突部24a的前端与第二气体扩散层22b的前端之间，设有相对于平面部62a大体弯曲成直角的第一弯曲部62b。在第一弯曲部62b的前端设有从所述前端向内侧大体弯曲成直角，与平面部62a大体平行的第二弯曲部62c。
第二弯曲部62c具有与第二气体扩散层22b的外周边部的表面沿层叠方向重合的重叠部位62cc。粘接片62具有与第二电极催化剂层22a直接接触的重叠部位。粘接片62的外周端部配置在与固体高分子电解质膜18和阴极电极20的前端部大体同一位置。
粘接片62例如使用热塑性或热固化性的粘接剂。在第三实施方式中，粘接片62与第一和第二实施方式同样，由酯系、丙烯酸系或聚氨酯系的热熔片形成。
接着，以下对于本发明的第三实施方式的燃料电池60的制造方法进行说明。
首先，制作阶梯差MEA12a，另一方面，使用金属模具(未图示)通过射出成形，成形树脂框构件24。树脂框构件24一体地具有薄壁形状的内周突部24a。
如图9所示，在阶梯差MEA12a与被加热的模具构件70之间，配置有框形状的平板粘接片62p。模具构件70在与阶梯差MEA12a对置的面，具有与树脂框构件24的内周突部24a对应的挤压面70a。
然后，如图10所示，在模具构件70和阶梯差MEA12a之间，通过对于平板粘接片62p进行挤压成形，可成形具有弯曲形状的粘接片62。具体来说，粘接片62的平面部62a、第一弯曲部62b和第二弯曲部62c被一体成形，并且设为阶梯差MEA12a。
接着，模具构件70脱模后，如图11所示，树脂框构件24与阶梯差MEA12a相对配置。因此，树脂框构件24的内周突部24a和阶梯差MEA12a经由粘接片62被相互层叠。在此状态下，如图12所示，粘接片62被加热熔融(热熔)，并且被施加载荷(挤压等)。还有，利用粘接片62的粘接方式采用热压或辊压，此外也可以采用单面加热或双面加热的任意一种。
因此，内周突部24a和固体高分子电解质膜18被粘接，可制造带框阶梯差电解质膜·电极结构体12。如图8所示，带框阶梯差电解质膜·电极结构体12被第一隔板14和第二隔板16夹持。第一隔板14与树脂框构件24的内周突部24a抵接，与第二隔板16一起对带框阶梯差电解质膜·电极结构体12施加载荷。
这种情况下，在第三实施方式中，如图10所示，在模具构件70与阶梯差MEA12a之间，通过对平板粘接片62p进行挤压成形，可形成具有弯曲形状的粘接片62。因此，框形状的粘接片62预先仿照阶梯差MEA12a和树脂框构件24的粘接部位的形状被成形(参照图11)。
因此，如图12所示，粘接片62在介于树脂框构件24的内周突部24a和阶梯差MEA12a的外周边部之间的粘接部位时，在所述粘接部位，不会设置因所述粘接片62的成形不良带来的空隙部。由此，能够尽可能地抑制气体、空气的滞留，以简单的工序就可以确实且牢固地使阶梯差MEA12a和树脂框构件24接合。
图13～图15是本发明的第四实施方式的燃料电池60的制造方法的说明图。
如图13所示，在树脂框构件24与模具构件72之间配置有平板粘接片62p。模具构件72在与树脂框构件24的内周突部24a对置的面，具有与阶梯差MEA12a的外周边部对应的挤压面72a。
并且，如图14所示，在加热的模具构件72和树脂框构件24之间，通过对平板粘接片62p进行挤压成形，可形成具有弯曲形状的粘接片62。具体来说，就是粘接片62的平面部62a、第一弯曲部62b和第二弯曲部62c被一体成形，并且设于树脂框构件24。
接着，模具构件72被脱型后，如图15所示，阶梯差MEA12a与树脂框构件24相对配置。因此，树脂框构件24的内周突部24a和阶梯差MEA12a经由粘接片62相互层叠。在此状态下，如图12所示，粘接片62被加热熔融(热熔)，并且被施加载荷(挤压等)。
这种情况下，在第四实施方式中，对于框形状的粘接片62而言，使用模具构件72和树脂框构件24，预先仿照阶梯差MEA12a和所述树脂框构件24的粘接部位的形状被成形(参照图14)。因此，以简单的工序就可以使阶梯差MEA12a和树脂框构件24确实且牢固地接合等，能够得到与上述的第三实施方式同样的效果。
图16～图18是本发明的第五实施方式的燃料电池60的制造方法的说明图。
如图16所示，在作为多个模具构件的第一模具构件74和第二模具构件76之间，配置有平板粘接片62p。第一模具构件74具有与树脂框构件24的内周突部24a对应的挤压面74a，另一方面，第二模具构件76具有与阶梯差MEA12a的外周边部对应的挤压面76a。还有，多个模具构件的数量并不限定为2个，也可以具有3个以上的模具构件。
因此，如图17所示，在加热了的第一模具构件74和加热了的第二模具构件76之间，通过对平板粘接片62p进行挤压成形，可成形具有弯曲形状的粘接片62。具体来说，粘接片62的平面部62a、第一弯曲部62b和第二弯曲部62c被一体成形。
接着，第一模具构件74和第二模具构件76脱模后，如图18所示，阶梯差MEA12a和树脂框构件24经由粘接片62相互层叠。在此状态下，如图12所示，粘接片62被加热熔融(热熔)，并且被施加载荷(挤压等)。
这种情况下，在第五实施方式中，对于框形状的粘接片62而言，使用第一模具构件74和第二模具构件76，预先仿照阶梯差MEA12a和树脂框构件24的粘接部位的形状被成形(参照图17)。因此，以简单的工序就可以使阶梯差MEA12a和树脂框构件24确实且牢固地接合等，能够得到与上述的第三和第四实施方式同样的效果。
图19是本发明的第六实施方式的燃料电池60的制造方法所使用的金属模具装置78的剖面说明图。
金属模具装置78具备第一金属模具80和第二金属模具82，模具合紧时，在所述第一金属模具80和所述第二金属模具82之间，可形成型腔84。型腔84与所成形的粘接片62的形状对应。在第二金属模具82中，形成有向型腔84中填充熔融状态的热熔剂的直浇口86。还有，也可以设置使第一金属模具80填充热熔剂的直浇口，代替第二金属模具82的直浇口86。
在第六实施方式中，在金属模具装置78中，从多个直浇口86向型腔84填充熔融状态的热熔剂，通过所述热熔剂固化，可制造粘接片62。
粘接片62从金属模具装置78脱离，直浇口部分被切断，与上述的第五实施方式同样，如图18所示，被阶梯差MEA12a与树脂框构件24夹持并层叠。然后，粘接片62被加热熔融(热熔)，并且被施加载荷(挤压等)。
按照这样，在第六实施方式中，以简单的工序就可以使阶梯差MEA12a和树脂框构件24确实且牢固地接合等，能够得到与上述的第三～第五实施方式同样的效果。

Claims (9)

1.一种燃料电池，其特征在于，其具备如下的带框阶梯差电解质膜·电极结构体(12)，所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体(12)具有：
在固体高分子电解质膜(18)的一侧的面(18a)配设有具有第一催化剂层(20a)和第一气体扩散层(20b)的第一电极(20)，并且在所述固体高分子电解质膜(18)的另一侧的面(18b)配设有具有第二催化剂层(22a)和第二气体扩散层(22b)的第二电极(22)，并且所述第一气体扩散层(20b)的平面尺寸，设定为比所述第二气体扩散层(22b)的平面尺寸大的尺寸的阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)；和
具有围绕所述固体高分子电解质膜(18)的外周的框形状，设有经由阶梯部而形成为薄壁状并向所述第二气体扩散层(22b)侧突出的内周突部(24a)的树脂框构件(24)，
所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)和所述树脂框构件(24)被接合，
在所述树脂框构件(24)的所述内周突部(24a)和所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)的外周边部(18be)之间，设有框形状的粘接片(26)，并且，
所述粘接片(26)的内周边部具有与所述第二气体扩散层(22b)的外周边部的表面沿电极厚度方向重合的重叠部位(26a)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述粘接片(52)的所述重叠部位(52a)含浸于所述第二气体扩散层(22b)的所述外周边部。
3.一种燃料电池的制造方法，是具备如下的带框阶梯差电解质膜·电极结构体(12)的燃料电池的制造方法，所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体(12)具有：
在固体高分子电解质膜(18)的一侧的面(18a)配设有具有第一催化剂层(20a)和第一气体扩散层(20b)的第一电极(20)，且在所述固体高分子电解质膜(18)的另一侧的面(18b)配设有具有第二催化剂层(22a)和第二气体扩散层(22b)的第二电极(22)，并且所述第一气体扩散层(20b)的平面尺寸，设定为比所述第二气体扩散层(22b)的平面尺寸大的尺寸的阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)，和
具有围绕所述固体高分子电解质膜(18)的外周的框形状，设有经由阶梯部形成为薄壁状并向所述第二气体扩散层(22b)侧突出的内周突部(24a)的树脂框构件(24)，
所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)和所述树脂框构件(24)被接合，其特征在于，具有如下工序：
分别制作所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)和所述树脂框构件(24)的工序；
制作具有框形状、内周的开口尺寸比所述第二气体扩散层(22b)的外形尺寸小的粘接片(26)的工序；
通过所述粘接片(26)粘接所述树脂框构件(24)的所述内周突部(24a)和所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)的外周边部的工序。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，具有使所述粘接片(52)的内周边部含浸于所述第二气体扩散层(22b)的外周边部的工序。
5.一种燃料电池的制造方法，是具备如下的带框阶梯差电解质膜·电极结构体(12)的燃料电池的制造方法，所述带框阶梯差电解质膜·电极结构体(12)具有：
在固体高分子电解质膜(18)的一侧的面(18a)配设有具有第一催化剂层(20a)和第一气体扩散层(20b)的第一电极(20)，且在所述固体高分子电解质膜(18)的另一侧的面(18b)配设有具有第二催化剂层(22a)和第二气体扩散层(22b)的第二电极(22)，并且所述第一气体扩散层(20b)的平面尺寸，设定为比所述第二气体扩散层(22b)的平面尺寸大的尺寸的阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)，和
具有围绕所述固体高分子电解质膜(18)的外周的框形状，设有经由阶梯部形成为薄壁状而向所述第二气体扩散层(22b)侧突出的内周突部(24a)的树脂框构件(24)，
所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)和所述树脂框构件(24)被接合，其特征在于，具有如下工序：
分别制作所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)和所述树脂框构件(24)的工序；
仿照所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)和所述树脂框构件(24)的粘接部位的形状，将具有框形状的粘接片(62)成形的工序；
通过所成形的所述粘接片(62)粘接所述树脂框构件(24)的所述内周突部(24a)和所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)的外周边部的工序。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所成形的所述粘接片(62)，具有：
形成于所述内周突部(24a)和从所述第二气体扩散层(22b)的端部向外侧突出的所述固体高分子电解质膜(18)的所述外周边部(18be)之间的平面部(62a)；
形成于所述内周突部(24a)的前端和所述第二气体扩散层(22b)的前端之间，相对于所述平面部(62a)大体弯曲成直角的第一弯曲部(62b)；
从所述第二气体扩散层(22b)的所述前端向内侧大体弯曲成直角，与所述平面部(62a)大致平行的第二弯曲部(62C)。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，具有如下工序：
在模具构件(70)和所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)之间成形所述粘接片(62)，并且将所成形的所述粘接片(62)设于所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)的所述外周边部(18be)的工序；
经由成形的所述粘接片(62)，粘接所述树脂框构件(24)的所述内周突部(24a)和所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)的所述外周边部(18be)的工序。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，具有如下工序：
在模具构件(72)和所述树脂框构件(24)的所述内周突部(24a)之间成形所述粘接片(62)，并且将所成形的所述粘接片(62)设于所述树脂框构件(24)的工序；
经由成形的所述粘接片(62)粘接所述树脂框构件(24)的所述内周突部(24a)和所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)的所述外周边部(18be)的工序。
9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，具有如下工序：
在多个模具构件(74、76)间成形所述粘接片(62)的工序；
经由所成形的所述粘接片(62)粘接所述树脂框构件(24)的所述内周突部(24a)和所述阶梯差电解质膜·电极结构体(12a)的所述外周边部(18be)的工序。
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