CN106133971B - 燃料电池、燃料电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

燃料电池具备：在电解质膜的两面形成有电极催化剂层的膜电极接合体、配置于膜电极接合体的两面的气体扩散层及配置于膜电极接合体的周缘的框架，在膜电极接合体和气体扩散层被组合了的状态下，膜电极接合体形成向气体扩散层的外侧突出的突出部，框架具有用于与突出部卡合的卡合部，在突出部与卡合部之间具备由紫外线固化型的粘接剂构成的粘接层。

Description

燃料电池、燃料电池的制造方法
本申请主张基于在2014年3月18日提出申请的申请编号2014-54314号的日本专利申请、在2015年3月10日提出申请的申请编号2015-47025号的日本专利申请的优先权，并通过参照其全部公开内容而援引于本申请中。
技术领域
本发明涉及燃料电池。
背景技术
在使用高分子电解质膜(以后也简称为“电解质膜”)的燃料电池中，MEGA(膜电极气体扩散层接合、Membrane.Electrode&Gas.Diffusion Layer.Assembly)以各种方法制作。例如，MEGA通过在由电解质膜和电极催化剂层构成的CCM(Catalyst Coated Membrane：催化剂涂层膜)的两面层叠气体扩散层的方法来制作。另外，MEGA使用在电解质膜的两面层叠由电极催化剂层和气体扩散层构成的气体扩散电极GDE(Gas Diffusion Electrode)的方法来制作。这种结构的MEGA较薄且容易弯曲。因此，在日本特开2012-134033号公报中记载了对MEGA的周缘配置有衬垫的燃料电池。
发明内容
发明要解决的课题
在日本特开2012-134033号公报记载的技术中，制造成本高且缺乏量产性。因此，已知以保护MEGA和降低制造成本为目的，而在MEGA的周缘配置有框架的带有框架的MEGA(以后也称为“框架MEGA”)。在框架MEGA中，使用粘接剂来粘接MEGA与框架。作为粘接剂，一般以降低制造成本为目的而使用PP(聚丙烯、polypropylene)那样的热塑性树脂。在此，PP气体扩散层存在线膨胀差。因此，在使用热塑性树脂作为粘接剂的情况下，存在如下的课题：在加热时，包含膜电极接合体的MEGA整体可能会产生翘曲或变形。在日本特开2012-134033号公报、日本特开2007-287608号公报及日本特开2013-251253号公报记载的技术中，关于在框架MEGA中抑制膜电极接合体的变形未作任何考虑。另外，这样的课题在要实现燃料电池的薄型化的情况下特别显著。此外，对于以往的燃料电池，希望制造的容易化、低成本化、省资源化、性能的提高等。
用于解决课题的方案
本发明为了解决上述课题的至少一部分而作出，能够作为以下的方式实现。
(1)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池。该燃料电池具备：在电解质膜的两面形成有电极催化剂层的膜电极接合体、配置于上述膜电极接合体的两面的气体扩散层及配置于上述膜电极接合体的周缘的框架，在上述膜电极接合体和上述气体扩散层被组合了的状态下，上述膜电极接合体形成向上述气体扩散层的外侧突出的突出部，上述框架具有用于与上述突出部卡合的卡合部，在上述突出部与上述卡合部之间具备由紫外线固化型的粘接剂构成的粘接层。根据该方式的燃料电池，在膜电极接合体和气体扩散层被组合了的状态下，膜电极接合体向外侧突出的突出部与为了和突出部卡合而设置的框架的卡合部之间的粘接层由紫外线固化型的粘接剂构成。因此，不需要为了配置有气体扩散层的膜电极接合体与框架的粘接而进行加热处理。因此，能够抑制在框架使用了PP等热塑性树脂的情况下以往产生的问题、即框架与气体扩散层的线膨胀差引起的膜电极接合体的变形(翘曲等)的产生。
(2)在上述方式的燃料电池中，也可以是，在上述粘接层中还混入有热固化剂。根据该方式的燃料电池，由于在粘接层中混入有热固化剂，因此在制作燃料电池的单电池的工序中，在对框架和膜电极接合体进行加热时，能够使未固化的粘接剂固化。
(3)在上述方式的燃料电池中，也可以是，上述框架由热塑性树脂形成。根据该方式的燃料电池，框架由热塑性树脂形成，因此能够使用例如廉价的聚丙烯作为框架的材料。
(4)在上述方式的燃料电池中，也可以是，在上述框架的上述卡合部形成有沿上述框架的厚度方向贯通上述框架的贯通孔。根据该方式的燃料电池，在框架的卡合部形成有沿框架的厚度方向贯通框架的贯通孔。因此，在将膜电极接合体的突出部与框架的卡合部在它们之间经由粘接剂而组合时，能够在卡合部的设有贯通孔的部分使粘接剂露出。其结果是，在形成粘接层时，从贯通孔(换言之，从粘接剂露出的部分)照射紫外线，由此能够使粘接材可靠地固化而形成粘接层。此外，根据该方式的燃料电池，即使在用于使粘接剂固化的紫外线的条件与框架具有的紫外线的隔断特性重复的情况下，通过从贯通孔照射紫外线，也能够使粘接剂固化而形成粘接层。
(5)在上述方式的燃料电池中，也可以是，上述框架还具备能够使紫外线透过的、以至少覆盖上述贯通孔的开口的方式形成的保护层。根据该方式的燃料电池，至少贯通孔的开口被保护层覆盖。因此，在形成粘接层时，即便在使用例如液状、冻胶状、凝胶状、膏剂状的容易变形的粘接剂的情况下，也能够抑制粘接剂进入到框架的贯通孔内。另外，保护层能够使紫外线透过，因此通过经由保护层从贯通孔照射紫外线，能够使粘接材可靠地固化而形成粘接层。
(6)在上述方式的燃料电池中，可以是，上述框架的上述保护层由热塑性树脂形成。根据该方式的燃料电池，框架的保护层由热塑性树脂形成，因此在制作燃料电池的单电池的工序中，在对框架和膜电极接合体进行加热时，能够将保护层与配置在保护层周围的部件粘接。能够使保护层固化。
(7)根据本发明的一方式提供燃料电池的制造方法，上述燃料电池具备：在电解质膜的两面形成有电极催化剂层的膜电极接合体、配置于上述膜电极接合体的两面的气体扩散层及配置于上述膜电极接合体的周缘的框架。该燃料电池的制造方法具备以下工序：在上述膜电极接合体和上述气体扩散层被组合了的状态下，对上述膜电极接合体向上述气体扩散层的外侧突出的突出部和上述框架的用于与上述突出部卡合的卡合部中的至少任一方配置紫外线固化型的粘接剂；使上述突出部与上述卡合部卡合；及照射紫外线而使上述粘接剂固化。根据该方式的燃料电池的制造方法，在膜电极接合体和气体扩散层被组合了的状态下，对膜电极接合体向外侧突出的突出部和为了与突出部卡合而设置的框架的卡合部中的至少任一方配置紫外线固化型的粘接剂，然后照射紫外线而使粘接剂固化。因此，无需为了配置有气体扩散层的膜电极接合体与框架的粘接而进行加热处理。因此，能够抑制框架使用了PP等热塑性树脂的情况下以往产生的问题、即框架与气体扩散层的线膨胀差引起的膜电极接合体的变形(翘曲等)的产生。
(8)在上述方式的燃料电池的制造方法中，也可以是，在上述卡合的工序之后，上述燃料电池的制造方法还具备避开上述突出部和上述卡合部而配置能够隔断紫外线的部件的工序。根据该方式的燃料电池的制造方法，避开突出部和卡合部而配置能够隔断紫外线的部件，然后照射紫外线使粘接剂固化。因此，仅对突出部即由于膜电极接合体向外侧突出而变薄的部分和卡合部即框架变薄的部分照射紫外线，能够高效地使粘接剂固化。其结果是，能够缩短紫外线照射时间，并且能够抑制气体扩散层或框架随着吸收紫外线而温度上升及产生线膨胀差。
(9)在上述方式的燃料电池的制造方法中，也可以是，在上述固化的工序之后，上述燃料电池的制造方法还具备去除上述气体扩散层的表面的未固化的上述粘接剂的工序。根据该方式的燃料电池的制造方法，由于气体扩散层的表面的粘接剂未固化，因此能够容易地去除。
(10)在上述方式的燃料电池的制造方法中，也可以是，在上述粘接剂中混入有热固化剂，上述燃料电池的制造方法还具备通过对粘接有上述框架的上述膜电极接合体进行加热来制作上述燃料电池的单电池的工序。根据该方式的燃料电池的制造方法，在粘接剂中混入有热固化剂。因此，在制作燃料电池的单电池的工序中，在对框架和膜电极接合体进行加热时，能够使残留的未固化的粘接剂固化。其结果是，能够抑制未固化的粘接剂残留于完成品的单电池。
(11)在上述方式的燃料电池的制造方法中，也可以是，在上述框架的上述卡合部形成有沿上述框架的厚度方向贯通上述框架的贯通孔，在上述固化的工序之后，上述燃料电池的制造方法还具备通过向上述贯通孔照射光并检测上述粘接剂的发光来检测上述粘接剂的固化状态的工序。根据该方式的燃料电池的制造方法，在框架的卡合部形成有沿框架的厚度方向贯通框架的贯通孔。因此，即使在框架具有隔断紫外线的特性的情况下，通过从贯通孔照射光(例如紫外线)，也能够可靠地检测粘接剂的固化状态。其结果是，利用例如紫外线固化传感器那样的装置，能够实现非接触、非破坏的固化检查。
另外，本发明能够以各种形态实现，例如，能够以框架MEGA、燃料电池、框架MEGA或燃料电池的制造方法、制造装置、制造系统、实现上述的方法或装置的控制的计算机程序、记录有该计算机程序的非暂时性的记录介质等方式实现。
附图说明
图1是表示作为本发明的一实施方式的使用了带有框架的MEGA的燃料电池的结构的图。
图2是表示框架MEGA的结构的图。
图3是表示使用了框架MEGA的燃料电池的制造顺序的流程图。
图4是表示使用分配器涂布粘接剂的情况下的制造的状况的图。
图5是表示使用丝网印刷涂布粘接剂的情况下的制造的状况的图。
图6是表示第二实施方式的框架MEGA的结构的图。
图7是表示第二实施方式的框架MEGA整体的结构的图。
图8是表示第二实施方式的燃料电池的制造顺序的流程图。
图9是表示使用分配器涂布粘接剂的情况下的紫外线照射的状况的图。
图10是表示使用丝网印刷涂布粘接剂的情况下的紫外线照射的状况的图。
图11是表示固化检查的状况的图。
图12是表示第二实施方式的比较例的紫外线照射的状况的图。
图13是表示第二实施方式的比较例的固化检查的状况的图。
图14是表示第三实施方式的框架MEGA的结构的图。
图15是表示使用分配器涂布粘接剂的情况下的紫外线照射的状况的图。
图16是表示使用丝网印刷涂布粘接剂的情况下的紫外线照射的状况的图。
图17是表示第三实施方式的比较例的框架配置的状况的图。
具体实施方式
A.第一实施方式：
A-1.燃料电池的结构：
图1是表示作为本发明的一实施方式的使用了带有框架的MEGA的燃料电池的结构的图。在图1中，图示了燃料电池800的截面结构的一部分。燃料电池800是具有层叠有多个层叠体700的构造的所谓固体高分子型燃料电池。燃料电池800使用作为燃料气体而供给的氢气和作为氧化剂气体而供给的空气来进行发电。另外，作为冷却介质的水在燃料电池800内循环，将燃料电池800内的温度调整成适合于发电的温度。
层叠体700具备：带有框架的MEGA(以后也称为“框架MEGA”)100、阳极侧隔板500及阴极侧隔板600。阳极侧隔板500形成用于对燃料电池800供给氢气的流路。阴极侧隔板600形成用于对燃料电池800供给空气的流路。
A-2.框架MEGA的结构：
图2是表示框架MEGA的结构的图。在图2中，图示了框架MEGA100的截面的一部分。框架MEGA100为平板形状，MEGA200与框架300经由使用了粘接剂400的粘接层而被粘接。
MEGA200在CCM202的两面配置有阳极侧气体扩散层204和阴极侧气体扩散层206。CCM202在电解质膜22的两面配置有阳极侧电极催化剂层24和阴极侧电极催化剂层26。CCM202也被称为“膜电极接合体202”。电解质膜22是由固体高分子材料例如具备全氟化碳磺酸的氟系树脂形成的、具有质子导电性的离子交换膜，在湿润状态下表现出良好的导电性。阳极侧电极催化剂层24及阴极侧电极催化剂层26都包含担载有铂或铂合金等催化剂的催化剂担载碳。
阳极侧气体扩散层204及阴极侧气体扩散层206都由多孔质的扩散层用基材构成。作为扩散层用基材，能够使用例如碳多孔质体(例如复写纸、碳布、玻璃状碳等)、金属多孔质体(例如金属网、发泡金属等)。阳极侧气体扩散层204形成为在俯视观察时为与CCM202相同大小的矩形形状。另一方面，阴极侧气体扩散层206形成为比CCM202小一圈的大小的矩形形状。因此，在CCM202与气体扩散层(阳极侧气体扩散层204及阴极侧气体扩散层206)被组合了的状态下，CCM202形成向阴极侧气体扩散层206的外侧突出的突出部201。换言之，在图2所示的框架MEGA100的截面中，MEGA200的周缘的各端部的形状成为CCM202相对于阴极侧气体扩散层206向外侧突出的台阶状。
框架300由热塑性的PP(聚丙烯；polypropylene)构成。框架300形成为与MEGA200的周缘卡合的框形状。具体而言，框架300以与MEGA200的突出部201卡合的方式形成为框形状，该框形状的与CCM202及阳极侧气体扩散层204对应的部分具有形成得较大的空间且与阴极侧气体扩散层206对应的部分具有形成得较小的空间。将该框形状的段差部分也称为“卡合部301”。换言之，在图2所示的框架MEGA100的截面中，框架300的端部的形状成为与MEGA200卡合的台阶状。框架300例如通过注射成型来制作。
另外，在框架300中，也可以取代PP而使用例如酚醛树脂、环氧树脂、PE(聚乙烯、polyethylene)，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯、Polyethylene terephthalate)等。另外，框架300也可以使用热固化性树脂。另外，也可以取代注射成型，例如通过熔融挤出成型来制作框架300。
粘接剂400是紫外线固化型的粘接剂，是具有通过向涂布部位照射预定波长的紫外线而固化的性质的液状的粘接剂。作为粘接剂400，能够使用例如采用了游离基聚合性树脂的紫外线固化型粘接剂或采用了阳离子聚合性树脂的紫外线固化型粘接剂等。另外，在使用采用了游离基聚合性树脂的紫外线固化型粘接剂作为粘接剂400的情况下，优选的是在粘接剂400中混入预定量的热固化剂。关于其理由在后文叙述。热固化剂的量能够任意确定。另外，粘接剂400可以为任意的状态，可以为例如凝胶状、冻胶状、膏剂状。
根据具有以上那样的结构的燃料电池，在CCM202(膜电极接合体)与阴极侧气体扩散层206及阳极侧气体扩散层204(气体扩散层)被组合了的状态下，CCM202向外侧突出的突出部201和为了与突出部201卡合而设置的框架300的卡合部301之间的粘接剂400(粘接层)由紫外线固化型的粘接剂构成。因此，无需为了MEGA200(配置有气体扩散层的膜电极接合体)与框架300的粘接而进行加热处理。因此，能够在抑制框架300使用PP等热塑性树脂的情况下以往产生的问题，即能够抑制框架300与阴极侧气体扩散层206(气体扩散层)的线膨胀差引起的CCM202的变形(翘曲等)的产生。
A-3.燃料电池的制造方法：
图3是表示使用了框架MEGA的燃料电池的制造顺序的流程图。图4是表示使用分配器涂布粘接剂的情况下的制造的状况的图。图5是表示使用丝网印刷涂布粘接剂的情况下的制造的状况的图。另外，图4、5表示CCM202和气体扩散层的层叠方向的截面。以后，在图3～5中，将配置有阴极侧气体扩散层206的一侧作为“上侧”，并将配置有阳极侧气体扩散层204的一侧作为“下侧”而进行说明。
在图3的步骤S10中，向MEGA200的端部涂布粘接剂400。具体而言，在使用分配器的情况下，如图4(A)所示，在MEGA200的突出部201，即在阴极侧气体扩散层206的外侧且CCM202的周缘的部分涂布粘接剂400。另一方面，在使用丝网印刷的情况下，如图5(A)所示，在CCM202的一方的面形成有阳极侧气体扩散层204的状态下，在CCM202的另一方的面的周缘的部分涂布粘接剂400。
在图3的步骤S12中，将框架300配置于MEGA200。具体而言，如图4(B)及图5(B)所示，以使MEGA200的突出部201的至少一部分与框架300的卡合部301的至少一部分相互卡合的方式，将框架300配置于MEGA200。另外，在使用丝网印刷的情况下，在配置框架300之前，从粘接剂400的上方形成阴极侧气体扩散层206(图5(B))。其结果是，即便在使用丝网印刷的情况下，也在MEGA200的突出部201涂布有粘接剂400。
在图3的步骤S14中，设置夹具并实施掩模。具体而言，在配置有框架300的MEGA200中的涂布有粘接剂400的一侧的面(图中的上侧)设置夹具302。夹具302是用于对组装框架MEGA100时的作业位置进行指示引导的器具，由具有紫外线透过性的材料(例如石英)制作。在夹具302的设置后，在夹具302的上侧的面上配置第一掩模件304和第二掩模件306。第一、第二掩模件304、306配置为覆盖MEGA200的除了突出部201与框架300的卡合部301之外的部分。换言之，第一、第二掩模件304、306避开MEGA200的突出部201及框架300的卡合部301地配置。第一、第二掩模件304、306由能够将紫外线隔断的材料(例如反射紫外线的铝箔)制作。另外，“隔断”是指反射、吸收及它们的组合。
在图3的步骤S16中，从夹具302的上侧照射紫外线。通过紫外线照射，而如图4(C)及图5(C)所示，未配置第一、第二掩模件304、306的区域A1的粘接剂400固化。另外，配置有第一、第二掩模件304、306的区域A2的粘接剂400处于未固化的状态。
在图3的步骤S18中，在去除了第一、第二掩模件304、306及夹具302之后，将残留在阴极侧气体扩散层206的表面的未固化的粘接剂400去除。另外，步骤S18仅在使用分配器涂布粘接剂的情况下执行即可，可以在使用丝网印刷涂布粘接剂的情况下能够省略。其结果是，如图4(D)所示，去除了涂布于阴极侧气体扩散层206的上侧的未固化的粘接剂400。
在图3的步骤S20中，将框架MEGA100设置于单电池组装用的夹具。此时，在框架MEGA100配置隔板或密封部件。隔板配置于框架MEGA100的两面而作为集电板发挥作用(图1中的阳极侧隔板500、阴极侧隔板600)。密封部件对隔板间进行绝缘并且在单电池内进行密封(省略图示)。然后，在步骤S22中，通过对单电池进行加热和附加载荷，而完成使用了框架MEGA100的燃料电池单电池。步骤S22的加热的结果是，在使用丝网印刷的情况下，配置有第一、第二掩模件304、306的区域A2的粘接剂400固化。
另外，在上述第一实施方式中，对MEGA200的突出部201涂布粘接剂400，然后配置框架300。但是，也可以对框架300的卡合部301涂布粘接剂400，然后将MEGA200的突出部201以卡合的方式配置。即，粘接剂400只要配置于MEGA200的突出部201与框架300的卡合部301中的至少任一方即可。另外，也可以对MEGA200的突出部201和框架300的卡合部301这两方涂布粘接剂400。
根据具有以上那样的工序的燃料电池的制造方法，在CCM202(膜电极接合体)与阴极侧气体扩散层206及阳极侧气体扩散层204(气体扩散层)组合后的状态下，对CCM202向外侧突出的突出部201和为了与框架300的突出部201卡合而设置的卡合部301中的至少任一方配置紫外线固化型的粘接剂400，然后照射紫外线使粘接剂400固化。因此，无需为了MEGA200(配置有气体扩散层的膜电极接合体)与框架300的粘接而进行加热处理。因此，能够抑制框架300使用PP等热塑性树脂的情况下以往产生的问题，即能够抑制框架300与阴极侧气体扩散层206(气体扩散层)的线膨胀差引起的CCM202的变形(翘曲等)的产生。另外，根据该燃料电池的制造方法，避开MEGA200的突出部201和框架300的卡合部301地配置能够隔断紫外线的部件，即配置掩模件304及掩模件306，然后照射紫外线而使粘接剂400固化。因此，仅对MEGA200的突出部201即由于CCM202向外侧突出而变薄的部分和卡合部301即框架300变薄的部分照射紫外线，能够高效地使粘接剂400固化。其结果是，能够缩短紫外线照射时间，并且能抑制阴极侧气体扩散层206及阳极侧气体扩散层204或框架300随着吸收紫外线而温度上升及线膨胀差的产生。
此外，根据上述燃料电池的制造方法，在步骤S20、S22的单电池化工序之前实施粘接剂400的固化，因此能够抑制与液体的粘接剂400进入隔板的流路相伴的气体分配的不均匀化和燃料电池的性能下降。
此外，根据上述燃料电池的制造方法中的使用分配器涂布粘接剂的情况下的制造方法(图4)，残留于阴极侧气体扩散层206(气体扩散层)的表面的粘接剂400未固化，因此能够容易地去除。这样，能够通过去除残留于气体扩散层的表面的粘接剂400，而抑制载荷的集中。
此外，根据上述燃料电池的制造方法，在粘接剂400混入有热固化剂，因此在制作燃料电池的单电池的工序中，在对框架MEGA100(配置有框架和气体扩散层的膜电极接合体)进行加热时，能够使残留的未固化的粘接剂400固化。其结果是，在完成品的单电池中，能够抑制未固化的粘接剂400的残留。
B.第二实施方式：
在本发明的第二实施方式中，对使框架的卡合部的形状变化了的结构进行说明。在图中对具有与第一实施方式相同的结构及顺序的部分标注与先前说明的第一实施方式相同的附图标记，并省略详细的说明。即，以下未作说明的结构及顺序与上述第一实施方式相同。
B-1.燃料电池的结构：
第二实施方式的燃料电池的结构除了取代框架MEGA100而具备框架MEGA100a之外，其他与图1所示的第一实施方式相同。
B-2.框架MEGA的结构：
图6是表示第二实施方式的框架MEGA的结构的图。在图6中，图示出框架MEGA100a的截面的一部分。图7是表示第二实施方式的框架MEGA整体的结构的图。在图6及图7中，将框架MEGA100a的长度方向作为X轴方向，将框架MEGA100a的宽度方向作为Y轴方向，将框架MEGA100a的厚度方向作为Z轴方向而进行说明。换言之，Z轴方向是框架300a与MEGA200重合的方向(图7的箭头所示的方向)。
本实施方式的框架MEGA100a取代框架300(图2)而具备框架300a，取代粘接剂400而具备粘接剂400a。
框架300a具备用于分别与形成在MEGA200的四个角的突出部201卡合的四个卡合部301a(图7)。这一点与第一实施方式的框架300相同。另一方面，框架300a由具有热塑性的PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)构成。与PET等相比，PEN刚性较高且机械特性和耐热性优异，另一方面具有隔断紫外线这样的特性。本实施方式的框架300a所使用的PEN例如隔断380nm以下的波长的紫外线。
如图6所示，在框架300a的卡合部301a形成有沿着框架MEGA100a的厚度方向贯通框架300a的贯通孔305。框架MEGA100a的厚度方向换言之是框架300a的厚度方向，且是图6所示的Z轴方向。贯通孔305的数量只要能够得到承受图8说明的燃料电池的制造工序中的工序间输送的接合力，就可以任意设定。例如，可以采用如下列举的形态a1～a3中的任一个。
(a1)相对于四个卡合部301a而仅设置一个贯通孔305的形态。
(a2)相对于四个卡合部301a而分别设置各一个贯通孔305的形态。
(a3)相对于四个卡合部301a而分别设置一个或多个贯通孔305的形态。另外，在形态a3中，一个卡合部301a与其他卡合部301a中的贯通孔305的数量可以相同，也可以不同。
贯通孔305的形状能够任意设定。例如，在从图6的Z轴方向俯视观察框架300a的情况下，贯通孔305可以为圆形，也可以为多边形，还可以为狭缝状。贯通孔305的大小也能够任意设定。
粘接剂400a是紫外线固化型的粘接剂。用于使粘接剂400a固化的波长为380nm以下(例如365nm)。这样，在第二实施方式中，用于使粘接剂400a固化的紫外线的条件(380nm以下)与框架300a具有的紫外线的隔断特性(380nm以下)重复。另外，作为粘接剂400a能够使用例如采用了游离基聚合性树脂或阳离子聚合性树脂的紫外线固化型粘接剂。另外，在粘接剂400a中混入有预定量的热固化剂。热固化剂的量能够任意确定。
根据具有以上那样的结构的燃料电池，在框架300a的卡合部301a形成有沿框架300a的厚度方向(Z轴方向)贯通框架300a的贯通孔305。因此，在将CCM202(膜电极接合体)的突出部201与框架300a的卡合部301以粘接剂400a介于它们之间的方式组合时，能够使粘接剂400a在卡合部301的设有贯通孔305的部分露出。其结果是，在形成粘接层时，从贯通孔305(换言之，从粘接剂400a露出的部分)照射紫外线，由此能够使粘接剂400a可靠地固化而形成粘接层。此外，根据该方式的燃料电池，即使在用于使粘接剂400a固化的紫外线的条件与框架300a具有的紫外线的隔断特性重复的情况下，也能够通过从贯通孔305照射紫外线，来使粘接剂400a固化而形成粘接层。
B-3.燃料电池的制造方法：
图8是表示第二实施方式的燃料电池的制造顺序的流程图。与图3所示的第一实施方式的差异是步骤S16的紫外线照射时的效果和在步骤S18之后还具备步骤S19。
图8的步骤S10～S14与图3所示的第一实施方式相同。但是，在第二实施方式中，取代框架300而使用框架300a，取代粘接剂400而使用粘接剂400a。另外，在第二实施方式中，在形成MEGA200后，丝网印刷粘接剂400a。
图9是表示使用分配器涂布粘接剂的情况下的紫外线照射的状况的图。图10是表示使用丝网印刷涂布粘接剂的情况下的紫外线照射的状况的图。在图9及图10中，沿着与图6相同的XYZ轴图示框架MEGA100a的截面的一部分。另外，在图9及图10中，为了方便图示，省略了在步骤S14中配置的夹具及掩模件的图示。
在图8的步骤S16中，从夹具(省略图示)的上侧照射紫外线。所照射的紫外线UV中的入射到框架300a的光被框架300a隔断，因此不会到达粘接剂400a(图9、图10：×记号)。另一方面，所照射的紫外线UV中的入射到贯通孔305(图6)的光未被框架300a隔断，到达粘接剂400a的露出部分EX(图9、图10：虚线圆记号)。其结果是，露出部分EX的粘接剂400a固化。
在图8的步骤S18中，在去除了掩模件(省略图示)及夹具之后，去除残留于阴极侧气体扩散层206的表面的未固化的粘接剂400a(图4(D))。另外，步骤S18仅在使用分配器涂布粘接剂的情况下，即存在未固化的粘接剂400a的情况下执行即可。
图11是表示固化检查的状况的图。在图11中，沿着与图6相同的XYZ轴图示框架MEGA100a的截面的一部分。在图8的步骤S19中，利用紫外线固化传感器来对粘接剂400a进行固化检查。紫外线固化传感器是通过发出微弱的紫外线光作为激励光并检测从被检体发出的荧光来测定被检体的固化状态的装置。紫外线固化树脂发出的荧光随着固化进展而变化。因此，紫外线固化传感器能够通过检测该变化而检测出作为被检体的紫外线固化树脂的固化状态。在本实施方式中，作为紫外线固化传感器而利用株式会社SENTEC(胜铁克)的UV固化传感器。
在图8的步骤S19中，将UV固化传感器的激励光ER从框架300a的贯通孔305向粘接剂400a的露出部分EX照射。然后，能够通过参照根据来自粘接剂400a的荧光FL而得到的UV固化传感器的检测值或固化判定结果(合格、不合格)，来对粘接剂400a进行固化检查。另外，在如图9及图10那样在框架300a上设有多个贯通孔305的情况下，步骤S19的检查可以仅对一个贯通孔305实施，也可以对多个贯通孔305实施。
图8的步骤S20、S22与图3所示的第一实施方式相同。在本实施方式的粘接剂400a中混入有热固化剂。因此，通过步骤S22的加热，能够使在步骤S16的紫外线照射下未固化的粘接剂400a(具体而言，粘接剂400a的露出部分EX以外的部分)固化。其结果是，能够将框架300a与MEGA200更牢固地粘接。另外，在本实施方式中，也与第一实施方式相同地，粘接剂400a只要配置在MEGA200的突出部201与框架300a的卡合部301a中的至少任一方或两方即可。
如以上所述，根据第二实施方式的燃料电池的制造方法，能够起到与第一实施方式相同的效果。此外，根据第二实施方式的燃料电池的制造方法，在框架300a的卡合部301a形成有沿框架300a的厚度方向(Z轴方向)贯通框架300a的贯通孔305。因此，即使在框架300a具有隔断紫外线的特性的情况下，也能够通过从贯通孔305照射光(例如紫外线那样的激励光ER)，而在设有粘接剂400a的粘接线上可靠地检测粘接剂400a的固化状态。其结果是，例如能够利用紫外线固化传感器那样的装置实现非接触、非破坏的固化检查。
为了抑制燃料电池的阳极与阴极之间的反应气体的交叉泄漏，使粘接剂400a固化由此确保MEGA200与框架300a之间的密封性至关重要。这一点根据第二实施方式的燃料电池的制造方法，能够实现非接触、非破坏的固化检查，因此能够对所制造的全部燃料电池单电池实施步骤S19的固化检查。其结果是，能够提高燃料电池单电池及燃料电池的可靠性。
B-4.比较例：
图12是表示第二实施方式的比较例的紫外线照射的状况的图。图13是表示第二实施方式的比较例的固化检查的状况的图。在图12及图13中，沿着与图6相同的XYZ图示框架MEGA100x的截面的一部分。在比较例中，取代第二实施方式中说明的框架300a(图6)，利用框架300x，实施通过图8说明的燃料电池的制造。框架300x除了卡合部301x不具有贯通孔305之外，其他具有与第二实施方式的框架300a相同的结构。
在图8的步骤S16中，从夹具(省略图示)的上侧照射紫外线。在此，框架300x将380nm隔断以下的波长的紫外线。因此，所照射的紫外线UV几乎全部入射至框架300x而被框架300x隔断，不会到达粘接剂400a(图12：×记号)。其结果是，在比较例中，粘接剂400a未固化，无法形成粘接框架300x与MEGA200的粘接层。
在框架300x没有贯通孔。因此，在图8的固化检查(步骤S19)中，从框架300x的上侧向粘接剂400a照射UV固化传感器的激励光ER(图13)。如上所述，框架300x隔断380nm以下的波长的紫外线。因此，所照射的激励光ER被框架300x隔断而不会到达粘接剂400a。此外，如图13所示，UV固化传感器检测因框架300x吸收激励光ER而发出的荧光FL′。其结果是，在比较例中，无法检测出粘接剂400a的固化状态。
C.第三实施方式：
在本发明的第三实施方式中，对使框架的卡合部的形状变化并进一步设有保护层的结构进行说明。在图中对具有与第二实施方式相同的结构及顺序的部分标注与先前说明的第二实施方式相同的附图标记，并省略详细的说明。即，以下未作说明的结构及顺序与上述第二实施方式相同。
C-1.燃料电池的结构：
第三实施方式的燃料电池的结构除了取代框架MEGA100a而具备框架MEGA100b的点之外，其他与第二实施方式相同。
C-2.框架MEGA的结构：
图14是表示第三实施方式的框架MEGA的结构的图。在图14中，沿着与图6相同的XYZ轴图示框架MEGA100b的截面的一部分。
本实施方式的框架MEGA100b中取代框架300a(图6)而具备框架300b。与第二实施方式的框架300a(图6)相比，框架300b还具备保护层306、307。保护层306、307是形成为膜状的热塑性树脂，在本实施方式中使用烯烃类片。烯烃类片具有使紫外线透过的特性。保护层306、307以至少覆盖贯通孔305的开口的方式配置。具体而言，保护层306以遍及卡合部301a的一方的面即与MEGA200的突出部201卡合的一侧的整个面的方式配置。保护层307以遍及卡合部301a的另一方的面即不与MEGA200的突出部201卡合的一侧的面(换言之，卡合部301a露出的一侧的面)的整体的方式配置。
另外，保护层306、307只要覆盖贯通孔305的开口，能够采用任意的结构。例如，也可以是使用形成得比贯通孔305的开口稍大的多个保护层306和多个保护层307而逐个地对贯通孔305进行保护的结构。另外，也可以省略覆盖卡合部301a的另一方的面(不与MEGA200的突出部201卡合的一侧的面)的保护层307。另外，保护层306、307也可以形成为不仅覆盖卡合部301a而且也覆盖框架300a的整体。
C-3.燃料电池的制造方法：
第三实施方式的燃料电池的制造方法除了步骤S12的配置框架300b时的效果之外，与图8所示的第二实施方式相同。
在图8的步骤S12中，在涂布有粘接剂400a的MEGA200上配置框架300b。在此，如图14所示，在卡合部301a的一方的面(与MEGA200的突出部201卡合的一侧的面)上，贯通孔305的开口被保护层306覆盖。因此，即使在使用例如液状、冻胶状、凝胶状、膏剂状的容易变形的粘接剂400a的情况下，在MEGA200上配置有框架300b时，粘接剂400a也由保护层306阻挡。其结果是，能够抑制粘接剂400a进入框架300b的贯通孔305内。
图15是表示使用分配器涂布粘接剂的情况下的紫外线照射的状况的图。图16是表示使用丝网印刷涂布粘接剂的情况下的紫外线照射的状况的图。在图15及图16中，沿着与图6相同的XYZ轴图示框架MEGA100b的截面的一部分。另外，在图15及图16中，为了方便图示，省略在步骤S14中配置的夹具及掩模件的图示。
在图8的步骤S16中，从夹具(省略图示)的上侧照射紫外线。在此，保护层306、307由能够使紫外线透过的材料形成。因此，所照射的紫外线UV中的入射至贯通孔305(图14)的光未被框架300b、保护层306、307隔断而到达粘接剂400a(图15、图16：虚线圆标记)。其结果是，能够与第一实施方式相同地使粘接剂400a固化。
在图8的步骤S19中实施固化检查。在此，保护层306、307由能够使紫外线透过的材料形成。因此，从框架300b的贯通孔305照射的UV固化传感器的激励光不会被保护层306、307隔断而到达粘接剂400a。其结果是，能够与第二实施方式相同地利用UV固化传感器非接触、非破坏地实现粘接剂400a的固化检查。
在图8的步骤S22中，对单电池进行加热和附加载荷。在此，保护层306、307由热塑性树脂形成，因此能够将保护层306、307与配置在上述保护层周围的部件粘接。具体而言，通过步骤S22的加热，能够将保护层306与粘接层粘接，能够将保护层307与阴极侧隔板600(图1)粘接。
如上所述，根据第三实施方式的燃料电池的制造方法，能够实现与第二实施方式相同的效果。此外，根据第三实施方式的燃料电池的制造方法，在形成粘接层时，即使在使用例如液状、冻胶状、凝胶状、膏剂状的容易变形的粘接剂400a的情况下，也能够抑制粘接剂400a进入框架300b的贯通孔305内。另外，保护层306、307能够使紫外线透过，因此经由保护层306、307从贯通孔305照射紫外线，从而能够可靠地使粘接剂400a固化而形成粘接层。此外，如图14所示，在卡合部301a的另一方的面(不与MEGA200的突出部201卡合的一侧的面)上，贯通孔305的开口被保护层307覆盖。因此，在通过图8而进行说明的燃料电池的制造工序中的工序间输送时，能够抑制灰尘等混入到贯通孔305内。
C-4.比较例：
图17是表示第三实施方式的比较例的框架配置的状况的图。在图17中，沿着与图6相同的XYZ轴图示框架MEGA100y的截面的一部分。在比较例中，取代在第三实施方式中进行了说明的框架300b(图14)而利用框架300y，实施通过图8而进行了说明的燃料电池的制造。框架300y除了不具有保护层306、307之外，其他具有与第三实施方式的框架300b相同的结构。
在图8的步骤S12中，对于涂布有粘接剂400a的MEGA200配置框架300y。在本比较例中，列举通过分配器涂布液状的粘接剂400a的例子。框架300y不具有保护层。因此，如图17所示，根据涂布于MEGA200的粘接剂400a的量不同，而粘接剂400a从框架300y的贯通孔305溢出，粘接剂400a露出至框架300y的表面。其结果是，在比较例中，由于溢出的粘接剂400a，无法确保框架MEGA100y与隔板之间的密封性，会出现阳极或阴极处的反应气体产生泄漏、燃料电池的发电性能下降这样的不良影响。
D.变形例：
上述发明的实施方式是用于容易理解本发明的方式，本发明不限定于此。本发明能够在不脱离其主旨以及权利要求书的情况下进行变更、改良，并且本发明包含其等同物。
例如，MEGA设为在阴极侧气体扩散层侧具备突出部的结构。但是，MEGA也可以设为在阳极侧气体扩散层侧具备突出部的结构。即便这样，也能够得到与上述实施方式相同的效果。另外，MEGA可以在阴极侧气体扩散层及阳极侧气体扩散层这两侧具备CCM向外侧突出的突出部。在该情况下，框架可以设为具备与MEGA的两个突出部分别卡合的两个卡合部的结构。另外，MEGA的两个突出部与框架的两个卡合部之间可以分别由粘接剂(粘接层)粘接。即便如此，也能够得到与上述实施方式相同的效果。
例如，在将CCM、阳极侧气体扩散层、阴极侧气体扩散层全部形成为相同的大小的基础上，可以使层叠它们时的中心错开，来形成MEGA的突出部。即便如此，也能够得到与上述实施方式相同的效果。
例如，取代在CCM的两面配置气体扩散层的结构而在电解质膜的两面配置GDE(GasDiffusion Electrode：气体扩散电极)的结构中，也可以利用与上述实施方式相同的方法。
例如，在上述燃料电池的制造方法中，也可以省略步骤S14的掩模件的配置工序。同样，也可以省略步骤S18的粘接剂的去除工序，也可以省略步骤S19的固化检查工序，也可以省略步骤S20、S22的单电池化工序。
例如，在上述实施方式中，在MEGA的四个角形成突出部，并且在框架具备用于与四个突出部分别卡合的四个卡合部。但是，上述突出部和卡合部的只要为一个以上则能够任意变更。
例如，在上述第二、第三实施方式中，列举了框架的材料的一例(PEN)。但是，框架的材料能够任意变更，例如，也可以使用与第一实施方式相同的PP。另外，在上述第二、第三实施方式中，例示了用于使粘接剂固化的波长(365nm)和框架具有的紫外线的隔断特性(380nm以下)的具体的数值。但是，上述具体的数值只不过是一例。
例如，在上述第三实施方式中，列举了保护层的材料的一例(烯烃类片)。但是，保护层的材料只要是能够使紫外线透过的材料则能够任意变更，例如可以使用与第一实施方式的框架相同的PP。
本发明不限于上述实施方式、实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，与发明内容部分记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现上述效果的一部分或全部，可以适当进行更换或组合。另外，该技术特征在本说明书中只要不是作为必须的特征进行说明，就可以适当删除。
附图标记说明
22…电解质膜
24…阳极侧电极催化剂层
26…阴极侧电极催化剂层
201…突出部
204…阳极侧气体扩散层
206…阴极侧气体扩散层
300、300a、300b、300x、300y…框架
301、301a、301x…卡合部
302…夹具
304…第一掩模件
306…第二掩模件
400、400a…粘接剂
500…阳极侧隔板
600…阴极侧隔板
700…层叠体
800…燃料电池
A1…区域
A2…区域
ER…激励光
EX…露出部分
FL…荧光
UV…紫外线

Claims (9)

1.一种燃料电池，具备：
在电解质膜的两面形成有电极催化剂层的膜电极接合体；
配置于所述膜电极接合体的两面的气体扩散层；及
配置于所述膜电极接合体的周缘的框架，
在所述膜电极接合体和所述气体扩散层被组合了的状态下，所述膜电极接合体形成向所述气体扩散层的外侧突出的突出部，
所述框架由热塑性树脂形成并具有用于与所述突出部卡合的卡合部，
在所述突出部与所述卡合部之间具备由紫外线固化型的粘接剂构成的粘接层，
在所述框架的所述卡合部形成有沿所述框架的厚度方向贯通所述框架的贯通孔。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，
在所述粘接层中还混入有热固化剂。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中，
所述框架还具备能够使紫外线透过的、以至少覆盖所述贯通孔的开口的方式形成的保护层。
4.根据权利要求3所述的燃料电池，其中，
所述框架的所述保护层由热塑性树脂形成。
5.一种燃料电池的制造方法，所述燃料电池具备：在电解质膜的两面形成有电极催化剂层的膜电极接合体、配置于所述膜电极接合体的两面的气体扩散层及配置于所述膜电极接合体的周缘的框架，
所述燃料电池的制造方法具备以下工序：
在所述膜电极接合体和所述气体扩散层被组合了的状态下，对所述膜电极接合体向所述气体扩散层的外侧突出的突出部和所述框架的用于与所述突出部卡合的卡合部中的至少任一方配置紫外线固化型的粘接剂；
使所述突出部与所述卡合部卡合；及
照射紫外线而使所述粘接剂固化，
在所述框架的所述卡合部形成有沿所述框架的厚度方向贯通所述框架的贯通孔，
在所述固化的工序之后，所述燃料电池的制造方法还具备通过向所述贯通孔照射光并检测所述粘接剂的发光来检测所述粘接剂的固化状态的工序。
6.根据权利要求5所述的燃料电池的制造方法，其中，
在所述卡合的工序之后，所述燃料电池的制造方法还具备避开所述突出部和所述卡合部而配置能够隔断紫外线的部件的工序。
7.根据权利要求5所述的燃料电池的制造方法，其中，
在所述固化的工序之后，所述燃料电池的制造方法还具备去除所述气体扩散层的表面的未固化的所述粘接剂的工序。
8.根据权利要求6所述的燃料电池的制造方法，其中，
在所述固化的工序之后，所述燃料电池的制造方法还具备去除所述气体扩散层的表面的未固化的所述粘接剂的工序。
9.根据权利要求5～8中任一项所述的燃料电池的制造方法，其中，
在所述粘接剂中混入有热固化剂，
所述燃料电池的制造方法还具备通过对粘接有所述框架的所述膜电极接合体进行加热来制作所述燃料电池的单电池的工序。
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