JP2016012435A - 燃料電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な工程で、段差電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを確実に接合させることを可能にする。
【解決手段】燃料電池１０の製造方法は、段差ＭＥＡ１２ａ及び樹脂枠部材２４を個別に作製する工程と、枠形状を有する接着シート２６を、前記段差ＭＥＡ１２ａと前記樹脂枠部材２４との接着部位の形状に倣って成形する工程を有する。次いで、樹脂枠部材２４の内周突部２４ａと段差ＭＥＡ１２ａの外周縁部とを、接着シート２６により接着する工程を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、段差電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とが接合される枠付き段差電解質膜・電極構造体を備える燃料電池の製造方法に関する。

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ触媒層（電極触媒層）とガス拡散層（多孔質カーボン）とからなるアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。そして、電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されている。燃料電池は、所定の数だけ積層して燃料電池スタックを構成するとともに、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

電解質膜・電極構造体では、一方のガス拡散層が固体高分子電解質膜よりも小さな表面積に設定されるとともに、他方のガス拡散層が前記固体高分子電解質膜と同一の表面積に設定される、所謂、段差ＭＥＡを構成する場合がある。その際、比較的高価な固体高分子電解質膜の使用量を削減させるとともに、薄膜状で強度が低い前記固体高分子電解質膜を保護するために、樹脂枠部材を組み込んだ枠付き段差ＭＥＡが採用されている。

例えば、特許文献１に開示されている電解質膜−電極接合体が知られている。この電解質膜−電極接合体では、図１５に示すように、膜１の一方の側には、アノード触媒層２ａとアノードガス拡散層２ｂとが配置されている。膜１の他方の側には、カソード触媒層３ａとカソードガス拡散層３ｂとが配置されている。これによって、段差ＭＥＡ４が構成されている。

アノードガス拡散層２ｂは、カソードガス拡散層３ｂよりも大きな面積に設定されており、前記カソードガス拡散層３ｂ側の膜１の外周部とガスケット構造体５とは、接着部位６を介して接合されている。

特開２００７−６６７６６号公報

ところで、上記の特許文献１では、カソードガス拡散層３ｂ側の膜１の外周縁部（平面）とガスケット構造体５の内周薄肉部５ａの平面とが、額縁平面形状の接着部位６を介して接合されている。このため、段差ＭＥＡ４とガスケット構造体５との接着強度が低下し易く、前記段差ＭＥＡ４の端部剥がれや破損が惹起されるという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な工程で、段差電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを確実に接合させることが可能な燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、段差電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とが接合される枠付き段差電解質膜・電極構造体を備える燃料電池の製造方法に関するものである。段差電解質膜・電極構造体は、固体高分子電解質膜の一方の面に、第１触媒層及び第１ガス拡散層を有する第１電極が配設され、且つ前記固体高分子電解質膜の他方の面に、第２触媒層及び第２ガス拡散層を有する第２電極が配設されている。そして、第１ガス拡散層の平面寸法は、第２ガス拡散層の平面寸法よりも大きな寸法に設定されている。

樹脂枠部材は、固体高分子電解質膜の外周を周回する枠形状を有しており、段部を介し薄肉状に形成されて第２ガス拡散層側に突出する内周突部が設けられている。

この製造方法は、段差電解質膜・電極構造体及び樹脂枠部材を個別に作製する工程と、枠形状を有する接着シートを、前記段差電解質膜・電極構造体と前記樹脂枠部材との接着部位の形状に倣って成形する工程を有している。次いで、樹脂枠部材の内周突部と段差電解質膜・電極構造体の外周縁部とを、成形された接着シートにより接着する工程を有している。

また、この製造方法では、成形された接着シートは、内周突部と第２ガス拡散層の端部から外方に突出する固体高分子電解質膜の外周縁部との間に形成される平面部を有することが好ましい。その際、内周突部の先端と第２ガス拡散層の先端との間には、平面部に対して略直角に屈曲する第１屈曲部が形成されるとともに、前記先端から内方に略直角に屈曲し、前記平面部と略平行な第２屈曲部が設けられることが好ましい。

さらに、この製造方法では、型部材と段差電解質膜・電極構造体との間で接着シートを成形するとともに、成形された前記接着シートを前記段差電解質膜・電極構造体の外周縁部に設けることが好ましい。その後、成形された接着シートを介して樹脂枠部材の内周突部と段差電解質膜・電極構造体の外周縁部とを接着することが好ましい。

さらにまた、この製造方法では、型部材と樹脂枠部材の内周突部との間で接着シートを成形するとともに、成形された前記接着シートを前記樹脂枠部材に設けることが好ましい。その後、成形された接着シートを介して樹脂枠部材の内周突部と段差電解質膜・電極構造体の外周縁部とを接着することが好ましい。

また、この製造方法では、複数の型部材間で接着シートを成形する工程と、成形された前記接着シートを介して樹脂枠部材の内周突部と段差電解質膜・電極構造体の外周縁部とを接着する工程と、を有することが好ましい。

本発明によれば、枠形状の接着シートは、予め段差電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材との接着部位の形状に倣って成形されている。このため、成形された接着シートが、樹脂枠部材の内周突部と段差電解質膜・電極構造体の外周縁部との間の接着部位に介装される際、前記接着部位には、前記接着シートの成形不良による空隙部が設けられることがない。

従って、ガスやエアの滞留を可及的に抑制することができ、簡単な工程で、段差電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを確実且つ強固に接合させることが可能になる。

本発明に係る製造方法が適用される固体高分子型燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池を構成する枠付き段差電解質膜・電極構造体のアノード電極側の正面説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る製造方法において、前記枠付き段差電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。 前記第１の実施形態で、前記枠付き段差電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。 前記第１の実施形態で、前記枠付き段差電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。 前記第１の実施形態で、前記枠付き段差電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る製造方法において、前記枠付き段差電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。 前記第２の実施形態で、前記枠付き段差電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。 前記第２の実施形態で、前記枠付き段差電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る製造方法において、前記枠付き段差電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。 前記第３の実施形態で、前記枠付き段差電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。 前記第３の実施形態で、前記枠付き段差電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の製造方法に使用される金型装置の断面説明図である。 特許文献１に開示された電解質膜−電極接合体の説明図である。

図１及び図２に示すように、本発明に係る製造方法が適用される固体高分子型燃料電池１０は、矢印Ａ方向（例えば、水平方向）に複数積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックが構成される。

燃料電池１０は、枠付き段差電解質膜・電極構造体１２を第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６で挟持する。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成される。

図２に示すように、枠付き段差電解質膜・電極構造体１２は、段差ＭＥＡ（段差電解質膜・電極構造体）１２ａを備える。段差ＭＥＡ１２ａは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）１８と、前記固体高分子電解質膜１８を挟持するカソード電極（第１電極）２０及びアノード電極（第２電極）２２とを有する。固体高分子電解質膜１８は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用される。

アノード電極２２は、固体高分子電解質膜１８及びカソード電極２０よりも小さな平面寸法を有する。なお、カソード電極２０は、固体高分子電解質膜１８及びアノード電極２２よりも小さな平面寸法を有していてもよい。その際、アノード電極２２は、第１電極となる一方、カソード電極２０は、第２電極となる。

カソード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の一方の面１８ａに配置されるとともに、アノード電極２２は、前記固体高分子電解質膜１８の他方の面１８ｂに配置される。

カソード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の面１８ａに接合される第１電極触媒層（第１触媒層）２０ａと、前記第１電極触媒層２０ａに積層される第１ガス拡散層２０ｂとを有する。第１電極触媒層２０ａと第１ガス拡散層２０ｂとは、同一の平面寸法に、すなわち、固体高分子電解質膜１８と同一の平面寸法に設定される。

アノード電極２２は、固体高分子電解質膜１８の面１８ｂに接合される第２電極触媒層（第２触媒層）２２ａと、前記第２電極触媒層２２ａに積層される第２ガス拡散層２２ｂとを有する。第２電極触媒層２２ａは、第２ガス拡散層２２ｂよりも大きな平面寸法（又は第２ガス拡散層２２ｂと同一の平面寸法）に設定される。第１電極触媒層２０ａは、第２電極触媒層２２ａよりも大きな平面寸法を有しているが、前記第１電極触媒層２０ａと前記第２電極触媒層２２ａとは、同一の平面寸法に設定されてもよい。

第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、例えば、カーボンブラックに白金粒子を担持した触媒粒子を形成し、イオン導電性バインダーとして高分子電解質を使用する。この高分子電解質の溶液中に触媒粒子を均一に混合して作製された触媒ペーストを、固体高分子電解質膜１８の両方の面１８ａ、１８ｂに印刷、塗布又は転写することによって構成される。

第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂは、例えば、カーボンブラック及びＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子を含む下地層（中間層）をカーボンペーパに塗布して形成される。下地層は、カーボンペーパと同じ平面寸法に設定されている。なお、下地層は、必要に応じて設ければよい。第１ガス拡散層２０ｂの平面寸法は、第２ガス拡散層２２ｂの平面寸法よりも大きな寸法に設定される。

図１及び図２に示すように、枠付き段差電解質膜・電極構造体１２は、段差ＭＥＡ１２ａに接合（接着）される樹脂枠部材２４を備える。樹脂枠部材２４は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）等で構成される。

樹脂枠部材２４は、枠形状を有しており、段部を介して薄肉状に形成されてアノード電極２２の外周側に突出し、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅに当接する内周突部２４ａを有する。固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅは、アノード電極２２を構成する第２電極触媒層２２ａの外周端から外方に延在する。

内周突部２４ａは、内周壁面２４ｂから内方に所定の長さを有して延在し、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅから第２電極触媒層２２ａの先端縁部を覆って配置される。段差ＭＥＡ１２ａの先端と内周壁面２４ｂとの間には、所定の隙間が形成される。

固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅと樹脂枠部材２４の内周突部２４ａとの間（接着部位）には、枠形状の接着シート２６が設けられる。接着シート２６は、接着前に予め成形されており、図２及び図３に示すように、内周突部２４ａと固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅとの間に形成される平面部２６ａを有する。平面部２６ａは、外周縁部１８ｂｅから第２電極触媒層２２ａの先端縁部を覆って延在する。

接着シート２６は、内周突部２４ａの先端と第２ガス拡散層２２ｂの先端との間に、平面部２６ａに対して略直角に屈曲する第１屈曲部２６ｂを設ける。第１屈曲部２６ｂの先端には、前記先端から内方に略直角に屈曲し、平面部２６ａと略平行な第２屈曲部２６ｃが設けられる。第２屈曲部２６ｃは、第２ガス拡散層２２ｂの外周縁部の表面と積層方向に重なり合う重なり部位２６ｃｃを有する。接着シート２６は、第２電極触媒層２２ａと直接接する重なり部位を有する。接着シート２６の外周端部は、固体高分子電解質膜１８及びカソード電極２０の先端部と略同一位置に配置される。

接着シート２６は、例えば、熱可塑性又は熱硬化性の接着剤が使用される。第１の実施形態では、接着シート２６は、エステル系、アクリル系又はウレタン系のホットメルトシートにより構成される。ホットメルトシートは、加熱により溶融し、冷却により固化して接着力を得るシート状の接着剤である。

図１に示すように、燃料電池１０の矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３０ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、冷却媒体入口連通孔３２ａは、冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔３４ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂは、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。

燃料電池１０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給する燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが設けられる。燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂは、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

第２セパレータ１６の枠付き段差電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路３６が設けられる。

第１セパレータ１４の枠付き段差電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路３８が形成される。互いに隣接する第１セパレータ１４の面１４ｂと第２セパレータ１６の面１６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路４０が形成される。

図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材４２が一体化される。第２セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第２セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材４４が一体化される。

図２に示すように、第１シール部材４２は、枠付き段差電解質膜・電極構造体１２を構成する樹脂枠部材２４の内周突部２４ａに当接する第１凸状シール４２ａと、第２セパレータ１６の第２シール部材４４に当接する第２凸状シール４２ｂとを有する。第２シール部材４４は、セパレータ面に沿って平面状に延在する平面シールを構成する。なお、第２凸状シール４２ｂに代えて、第２シール部材４４に凸状シール（図示せず）を設けてもよい。

第１シール部材４２及び第２シール部材４４には、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。

図１に示すように、第１セパレータ１４には、燃料ガス入口連通孔３４ａを燃料ガス流路３８に連通する供給孔部４６と、前記燃料ガス流路３８を燃料ガス出口連通孔３４ｂに連通する排出孔部４８とが形成される。

次いで、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０の製造方法について、以下に説明する。

先ず、段差ＭＥＡ１２ａが作製される一方、金型（図示せず）を用いて射出成形されることにより、樹脂枠部材２４が成形される。樹脂枠部材２４は、肉薄形状の内周突部２４ａを一体に有する。

図４に示すように、段差ＭＥＡ１２ａと加熱された型部材５０との間に、枠形状の平板接着シート２６ｐが配置される。型部材５０は、段差ＭＥＡ１２ａに対向する面に、樹脂枠部材２４の内周突部２４ａに対応するプレス面５０ａを有する。

そして、図５に示すように、型部材５０と段差ＭＥＡ１２ａとの間で、平板接着シート２６ｐにプレス成形を行うことにより、屈曲形状を有する接着シート２６が成形される。具体的には、接着シート２６は、平面部２６ａ、第１屈曲部２６ｂ及び第２屈曲部２６ｃが一体成形されるとともに、段差ＭＥＡ１２ａに設けられる。

次に、型部材５０が離型された後、図６に示すように、樹脂枠部材２４が段差ＭＥＡ１２ａに対向して配置される。そこで、樹脂枠部材２４の内周突部２４ａと段差ＭＥＡ１２ａとが、接着シート２６を介装して互いに積層される。この状態で、図７に示すように、接着シート２６が加熱溶融（ホットメルト）されるとともに、荷重（プレス等）が付与される。なお、接着シート２６による接着方式は、ホットプレスやロールプレスが採用され、さらに片面加熱や両面加熱のいずれを用いてもよい。

このため、内周突部２４ａと固体高分子電解質膜１８とが接着されて、枠付き段差電解質膜・電極構造体１２が製造される。図２に示すように、枠付き段差電解質膜・電極構造体１２は、第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６により挟持される。第１セパレータ１４は、樹脂枠部材２４の内周突部２４ａに当接し、第２セパレータ１６と共に枠付き段差電解質膜・電極構造体１２に荷重を付与する。

これにより、燃料電池１０が製造される。燃料電池１０は、所定数だけ積層されて燃料電池スタックが構成されるとともに、図示しないエンドプレート間に締め付け荷重が付与される。

このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１６の酸化剤ガス流路３６に導入され、矢印Ｂ方向に移動して段差ＭＥＡ１２ａのカソード電極２０に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３４ａから供給孔部４６を通って第１セパレータ１４の燃料ガス流路３８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、段差ＭＥＡ１２ａのアノード電極２２に供給される。

従って、各段差ＭＥＡ１２ａでは、カソード電極２０に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２２に供給される燃料ガスとが、第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａ内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。

次いで、カソード電極２０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極２２に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部４８を通り燃料ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間の冷却媒体流路４０に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、段差ＭＥＡ１２ａを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。

この場合、第１の実施形態では、図５に示すように、型部材５０と段差ＭＥＡ１２ａとの間で、平板接着シート２６ｐにプレス成形を行うことにより、屈曲形状を有する接着シート２６が成形されている。このため、枠形状の接着シート２６は、予め段差ＭＥＡ１２ａと樹脂枠部材２４との接着部位の形状に倣って成形されている（図６参照）。

従って、図７に示すように、接着シート２６が、樹脂枠部材２４の内周突部２４ａと段差ＭＥＡ１２ａの外周縁部との間の接着部位に介装される際、前記接着部位には、前記接着シート２６の成形不良による空隙部が設けられることがない。これにより、ガスやエアの滞留を可及的に抑制することができ、簡単な工程で、段差ＭＥＡ１２ａと樹脂枠部材２４とを確実且つ強固に接合させることが可能になるという効果が得られる。

図８〜図１０は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１０の製造方法の説明図である。

図８に示すように、樹脂枠部材２４と型部材５２との間に、平板接着シート２６ｐが配置される。型部材５２は、樹脂枠部材２４の内周突部２４ａに対向する面に、段差ＭＥＡ１２ａの外周縁部に対応するプレス面５２ａを有する。

そして、図９に示すように、加熱された型部材５２と樹脂枠部材２４との間で、平板接着シート２６ｐにプレス成形を行うことにより、屈曲形状を有する接着シート２６が成形される。具体的には、接着シート２６は、平面部２６ａ、第１屈曲部２６ｂ及び第２屈曲部２６ｃが一体成形されるとともに、樹脂枠部材２４に設けられる。

次に、型部材５２が離型された後、図１０に示すように、段差ＭＥＡ１２ａが樹脂枠部材２４に対向して配置される。そこで、樹脂枠部材２４の内周突部２４ａと段差ＭＥＡ１２ａとが、接着シート２６を介装して互いに積層される。この状態で、図７に示すように、接着シート２６が加熱溶融（ホットメルト）されるとともに、荷重（プレス等）が付与される。

この場合、第２の実施形態では、枠形状の接着シート２６は、型部材５２と樹脂枠部材２４とを用いて、予め段差ＭＥＡ１２ａと前記樹脂枠部材２４との接着部位の形状に倣って成形されている（図９参照）。このため、簡単な工程で、段差ＭＥＡ１２ａと樹脂枠部材２４とを確実且つ強固に接合させることが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図１１〜図１３は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１０の製造方法の説明図である。

図１１に示すように、複数の型部材である第１型部材５４と第２型部材５６との間に、平板接着シート２６ｐが配置される。第１型部材５４は、樹脂枠部材２４の内周突部２４ａに対応するプレス面５４ａを有する一方、第２型部材５６は、段差ＭＥＡ１２ａの外周縁部に対応するプレス面５６ａを有する。なお、複数の型部材の数は、２個に限定されるものではなく、３個以上の型部材を有してもよい。

そこで、図１２に示すように、加熱された第１型部材５４と加熱された第２型部材５６との間で、平板接着シート２６ｐにプレス成形を行うことにより、屈曲形状を有する接着シート２６が成形される。具体的には、接着シート２６は、平面部２６ａ、第１屈曲部２６ｂ及び第２屈曲部２６ｃが一体成形される。

次に、第１型部材５４及び第２型部材５６が離型された後、図１３に示すように、段差ＭＥＡ１２ａと樹脂枠部材２４とは、接着シート２６を介装して互いに積層される。この状態で、図７に示すように、接着シート２６が加熱溶融（ホットメルト）されるとともに、荷重（プレス等）が付与される。

この場合、第３の実施形態では、枠形状の接着シート２６は、第１型部材５４と第２型部材５６とを用いて、予め段差ＭＥＡ１２ａと樹脂枠部材２４との接着部位の形状に倣って成形されている（図１２参照）。このため、簡単な工程で、段差ＭＥＡ１２ａと樹脂枠部材２４とを確実且つ強固に接合させることが可能になる等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

図１４は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１０の製造方法に使用される金型装置５８の断面説明図である。

金型装置５８は、第１金型６０と第２金型６２とを備え、型締めされた際、前記第１金型６０及び前記第２金型６２間に、キャビティ６４が形成される。キャビティ６４は、成形された接着シート２６の形状に対応する。第２金型６２には、キャビティ６４に溶融状態のホットメルト剤を充填させる湯口６６が形成されている。

第４の実施形態では、金型装置５８において、複数個の湯口６６からキャビティ６４に溶融状態のホットメルト剤が充填され、前記ホットメルト剤が硬化することにより、接着シート２６が製造される。

接着シート２６は、金型装置５８から離脱されて湯口部分が切断され、上記の第３の実施形態と同様に、図１３に示すように、段差ＭＥＡ１２ａと樹脂枠部材２４とに挟持されて積層される。そして、接着シート２６が加熱溶融（ホットメルト）されるとともに、荷重（プレス等）が付与される。

このように、第４の実施形態では、簡単な工程で、段差ＭＥＡ１２ａと樹脂枠部材２４とを確実且つ強固に接合させることが可能になる等、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。

１０…燃料電池 １２…枠付き段差電解質膜・電極構造体
１２ａ…段差ＭＥＡ １４、１６…セパレータ
１８…固体高分子電解質膜 １８ｂｅ…外周縁部
２０…カソード電極 ２０ａ、２２ａ…電極触媒層
２０ｂ、２２ｂ…ガス拡散層 ２２…アノード電極
２４…樹脂枠部材 ２４ａ…内周突部
２６…接着シート ２６ａ…平面部
２６ｂ、２６ｃ…屈曲部 ３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３２ａ…冷却媒体入口連通孔
３２ｂ…冷却媒体出口連通孔 ３４ａ…燃料ガス入口連通孔
３４ｂ…燃料ガス出口連通孔 ３６…酸化剤ガス流路
３８…燃料ガス流路 ４０…冷却媒体流路
４２、４４…シール部材 ５０、５２、５４、５６…型部材
５０ａ、５２ａ、５４ａ、５６ａ…プレス面
５８…金型装置 ６０、６２…金型
６４…キャビティ

Claims (5)

1. 固体高分子電解質膜の一方の面に、第１触媒層及び第１ガス拡散層を有する第１電極が配設され、且つ前記固体高分子電解質膜の他方の面に、第２触媒層及び第２ガス拡散層を有する第２電極が配設されるとともに、前記第１ガス拡散層の平面寸法は、前記第２ガス拡散層の平面寸法よりも大きな寸法に設定される段差電解質膜・電極構造体と、
   前記固体高分子電解質膜の外周を周回する枠形状を有しており、段部を介し薄肉状に形成されて前記第２ガス拡散層側に突出する内周突部が設けられる樹脂枠部材と、
   が接合される枠付き段差電解質膜・電極構造体を備える燃料電池の製造方法であって、
   前記段差電解質膜・電極構造体及び前記樹脂枠部材を個別に作製する工程と、
   枠形状を有する接着シートを、前記段差電解質膜・電極構造体と前記樹脂枠部材との接着部位の形状に倣って成形する工程と、
   前記樹脂枠部材の前記内周突部と前記段差電解質膜・電極構造体の外周縁部とを、成形された前記接着シートにより接着する工程と、
   を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法において、成形された前記接着シートは、前記内周突部と前記第２ガス拡散層の端部から外方に突出する前記固体高分子電解質膜の前記外周縁部との間に形成される平面部と、
   前記内周突部の先端と前記第２ガス拡散層の先端との間に形成され、前記平面部に対して略直角に屈曲する第１屈曲部と、
   前記第２ガス拡散層の前記先端から内方に略直角に屈曲し、前記平面部と略平行な第２屈曲部と、
   を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。
3. 請求項２記載の製造方法において、型部材と前記段差電解質膜・電極構造体との間で前記接着シートを成形するとともに、成形された前記接着シートを前記段差電解質膜・電極構造体の前記外周縁部に設ける工程と、
   成形された前記接着シートを介して前記樹脂枠部材の前記内周突部と前記段差電解質膜・電極構造体の前記外周縁部とを接着する工程と、
   を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。
4. 請求項２記載の製造方法において、型部材と前記樹脂枠部材の前記内周突部との間で前記接着シートを成形するとともに、成形された前記接着シートを前記樹脂枠部材に設ける工程と、
   成形された前記接着シートを介して前記樹脂枠部材の前記内周突部と前記段差電解質膜・電極構造体の前記外周縁部とを接着する工程と、
   を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。
5. 請求項２記載の製造方法において、複数の型部材間で前記接着シートを成形する工程と、
   成形された前記接着シートを介して前記樹脂枠部材の前記内周突部と前記段差電解質膜・電極構造体の前記外周縁部とを接着する工程と、
   を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。

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