JP5945481B2 - 燃料電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、段差ＭＥＡを一対のセパレータで挟持した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。この燃料電池は、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、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、所定の数だけ積層することにより、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平面寸法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又は小さな平面寸法で且つ前記一方のガス拡散層よりも大きな平面寸法に設定される、所謂、段差ＭＥＡを構成する場合がある。
例えば、特許文献１に開示されている燃料電池では、図１２に示すように、電極構造体１が第１セパレータ２と第２セパレータ３とで挟持されている。電極構造体１の外周を取り囲む位置で、第１セパレータ２と第２セパレータ３との間が、外側シール部材４ａにより密封されるとともに、前記第２セパレータ３と前記電極構造体１の外周との間が、内側シール部材４ｂにより密封されている。
電極構造体１は、固体高分子電解質膜５と、この電解質膜５の両面を挟むアノード電極６及びカソード電極７とを有している。電解質膜５は、例えば、長方形に形成され、その一面に配されるアノード電極６と同等の大きさを有している。カソード電極７は、アノード電極６よりも小さな表面積を有するように形成されている。
上記の特許文献１では、電極構造体１が第１セパレータ２と第２セパレータ３とで挟持された状態で、積層方向に締め付け荷重が付与されている。その際、アノード電極６に比べて平面寸法の小さなカソード電極７には、段差部である端部７ａに大きな応力が発生し易い。このため、電解質膜５には、カソード電極７の端部７ａに対応して応力集中が惹起し易くなり、前記電解質膜５がクリープ（変形）す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、簡単な構成で、段差ＭＥＡの段差部に応力が集中することを確実に阻止することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
本発明は、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、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、前記固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂製枠部材が設けられる樹脂枠付き電解質膜・電極構造体と、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の両面に配置されるセパレータと、を備える燃料電池の製造方法に関するものである。
そして、第２電極に対向する一方のセパレータの第２電極に向かう面には複数の直線状突起部間に形成されるガス流路が設けられ、複数の直線状突起部の両端部であって、かつ、第２ガス拡散層の外周部位に対向する部位に、厚さ方向に薄肉状の逃げ部が設けられる燃料電池の製造方法であって、外部から締め付け荷重を付与することにより第２ガス拡散層を圧縮する工程を有し、前記工程前の第２ガス拡散層の厚さと前記工程後の第２ガス拡散層の厚さとの差が突起部の厚さと逃げ部の厚さとの差よりも小さい。また、樹脂製枠部材は、内側に段付き開口部が設けられるとともに、内方に膨出する部位が他部位よりも厚さが薄い薄肉部を備え、薄肉部の内方先端に第２電極の外周端部が対向し、薄肉部の平面に固体高分子電解質膜の外周端縁部が接合され、薄肉部の外方内側端部に固体高分子電解質膜及び第１電極の外周端部が対向し、第２電極に対向する一方のセパレータの第２電極に向かう面には複数の直線状突起部間に形成されるガス流路が設けられ、複数の直線状突起部の両端部であって、かつ、第２ガス拡散層の外周部位に対向する部位に、厚さ方向に薄肉状の逃げ部が設けられる燃料電池の製造方法であって、外部から締め付け荷重を付与することにより第２ガス拡散層を圧縮する工程を有し、薄肉部の厚さと前記工程後の第２ガス拡散層の厚さとの差が突起部の厚さと逃げ部の厚さとの差よりも小さい。
また、この燃料電池では、逃げ部は、第２ガス拡散層の外周端部から内方側に入り込んで形成されることが好ましい。
本発明によれば、一方のセパレータには、第１ガス拡散層よりも平面寸法の小さな第２ガス拡散層の外周部位に対向して逃げ部が設けられている。このため、発電部では、発電性能を確保するために必要な面圧を確保する一方、第２ガス拡散層に付与される荷重が有効に低減される。従って、固体高分子電解質膜に応力集中が発生することを抑制することができ、所望の発電性能を有するとともに、前記固体高分子電解質膜の損傷等を良好に抑制することが可能になる。
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体１２と、前記電解質膜・電極構造体１２を挟持する横長形状のカソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６とを備える。
カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６は、例えば、カーボンセパレータで構成される。なお、カソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６は、カーボンセパレータに代えて、例えば、金属薄板をプレス成形した金属セパレータにより構成してもよい。
図２に示すように、電解質膜・電極構造体１２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、全周に亘って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（表面積）を有する。なお、アノード電極２２とカソード電極２０の平面寸法の大小を逆にして、前記アノード電極２２は、前記カソード電極２０よりも大きな平面寸法（表面積）を有していてもよい。固体高分子電解質膜１８の外周縁部は、小さい方の電極、例えば、アノード電極２２の外周よりも全周に亘って突出していればよく、大きい方の電極、例えば、カソード電極２０の端部と同一位置に配置されていなくてもよい。
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。アノード電極２２は、固体高分子電解質膜１８の他方の面１８ｂに配置されるとともに、前記固体高分子電解質膜１８の外周端縁部１８ｂｅを額縁状に露呈させる（図１参照）。
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とを設ける。第１電極触媒層２０ａ及び第１ガス拡散層２０ｂの外周端部は、固体高分子電解質膜１８の外周端部と同一位置に配置される。
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とを設ける。第２電極触媒層２２ａの外周端部は、第２ガス拡散層２２ｂの外周端部よりも内方に離間した位置に配置されるが、同一位置に配置されてもよい。
第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、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、イオン導伝性バインダーとして高分子電解質を使用し、この高分子電解質の溶液中に前記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の両面に印刷、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、カーボンペーパ等からなるとともに、前記第１ガス拡散層２０ｂの平面寸法は、前記第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２に示すように、アノード側セパレータ１６は、第２ガス拡散層２２ｂの外周部位に対向する部位に、逃げ部２４を設ける。逃げ部２４は、アノード側セパレータ１６のアノード電極２２に対向する面を厚さ方向に薄肉状に形成することにより設けられる。
逃げ部２４の厚さｔ１は、他の部位、例えば、後述する燃料ガス流路３８を形成する面の厚さｔ２よりも薄肉状（ｔ１＜ｔ２）に構成されるとともに、第２ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅから内方側に距離Ｌだけ入り込んで形成される。（ｔ２−ｔ１）は、第２ガス拡散層２２ｂの初期厚さ（外部から荷重が付与されない状態の厚さ）ｔ３と前記第２ガス拡散層２２ｂの圧縮後厚さ（締め付け荷重が付与された状態の厚さ）ｔ４とに対し、（ｔ２−ｔ１）＞（ｔ３−ｔ４）の関係を有する。
距離Ｌは、例えば、０．５ｍｍ以上に設定される。アノード側セパレータ１６と電解質膜・電極構造体１２とに位置ずれが発生しても、第２ガス拡散層２２ｂにおける固体高分子電解質膜１８のクリープや膜損傷を防止することができるからである。
図１に示すように、燃料電池１０の矢印Ａ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Ｂ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３２ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３４ｂが、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Ａ方向の他端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
カソード側セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１４ａ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。
アノード側セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２に向かう面１６ａ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。カソード側セパレータ１４の面１４ｂとアノード側セパレータ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。
カソード側セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、このカソード側セパレータ１４の外周端部を周回して、第１シール部材４２が設けられる。アノード側セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、このアノード側セパレータ１６の外周端部を周回して、第２シール部材４４が設けられる。
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。
アノード側セパレータ１６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。
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には、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には、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には、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からカソード側セパレータ１４の酸化剤ガス流路３６に導入され、矢印Ａ方向に移動して電解質膜・電極構造体１２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を通ってアノード側セパレータ１６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Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体１２のアノード電極２２に供給される。
従って、電解質膜・電極構造体１２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Ｂ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Ｂ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、カソード側セパレータ１４とアノード側セパレータ１６との間の冷却媒体流路４０に導入された後、矢印Ａ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２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２に示すように、アノード側セパレータ１６には、第１ガス拡散層２０ｂよりも平面寸法の小さな第２ガス拡散層２２ｂの外周部位に対向する部位に、逃げ部２４が設けられている。このため、電解質膜・電極構造体１２がカソード側セパレータ１４及びアノード側セパレータ１６に挟持された状態で、積層方向に締め付け荷重が付与されると、発電部（最外周の酸化剤ガス流路３６及び燃料ガス流路３８が対向する部位の内方）では、発電性能を確保するために必要な面圧が確保される一方、第２ガス拡散層２２ｂの端部に付与される荷重が有効に低減されている。
従って、第１ガス拡散層２０ｂよりも平面寸法の小さな第２ガス拡散層２２ｂの端部に過度の応力が作用することがなく、固体高分子電解質膜１８に応力集中が発生することを抑制することができる。これにより、燃料電池１０では、所望の発電性能を有するとともに、固体高分子電解質膜１８の破損等を良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。
図３及び図４に示すように、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池６０は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体６２と、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体６２を挟持する横長形状のカソード側セパレータ６４及びアノード側セパレータ６６とを備える。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
カソード側セパレータ６４及びアノード側セパレータ６６は、第１の実施形態と同様に、例えば、カーボンセパレータで構成されているが、金属セパレータにより構成してもよい。
図４に示すように、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体６２は、固体高分子電解質膜１８をカソード電極２０及びアノード電極２２により挟持するとともに、前記固体高分子電解質膜１８の外周を周回して樹脂製枠部材６８が設けられる。樹脂製枠部材６８は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＰＡ（ポリフタルアミド）等で構成される他、弾性を有する高分子材料を用いてもよい。
樹脂製枠部材６８は、内側に段付き開口部を設けており、内方に膨出して厚さ方向に薄肉状の薄肉部６８ａを設ける。薄肉部６８ａの内方先端には、アノード電極２２の外周端部が接合される。薄肉部６８ａの平面には、固体高分子電解質膜１８の外周端縁部１８ｂｅが接合されるとともに、前記薄肉部６８ａの外方内側端部には、前記固体高分子電解質膜１８及びカソード電極２０の外周端部が接合される。
図５に示すように、カソード側セパレータ６４の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体６２に向かう面６４ａには、酸化剤ガス流路３６が設けられる。酸化剤ガス流路３６は、矢印Ａ方向に延在する複数の直線状突起部３６ａ間に形成される複数の直線状流路溝３６ｂを有する。
酸化剤ガス流路３６の入口側には、入口バッファ部７０が連通するとともに、前記酸化剤ガス流路３６の出口側には、出口バッファ部７２が連通する。入口バッファ部７０は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体６２側に突出する複数のエンボス７０ａを有する一方、出口バッファ部７２は、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体６２側に突出する複数のエンボス７２ａを有する。
図３に示すように、カソード側セパレータ６４の面６４ａとは反対の面６４ｂには、冷却媒体流路４０が設けられる。冷却媒体流路４０は、矢印Ａ方向に延在する複数の直線状突起部４０ａ間に形成される複数の直線状流路溝４０ｂを有する。冷却媒体流路４０には、入口バッファ部７４及び出口バッファ部７６が連通する。入口バッファ部７４は、複数のエンボス７４ａを有する一方、出口バッファ部７６は、複数のエンボス７６ａを有する。
図３及び図６に示すように、アノード側セパレータ６６の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体６２に向かう面６６ａには、燃料ガス流路３８が設けられる。燃料ガス流路３８は、矢印Ａ方向に延在する複数の直線状突起部３８ａ間に形成される複数の直線状流路溝３８ｂを有する。アノード側セパレータ６６は、第２ガス拡散層２２ｂの外周部位に対向する部位に、すなわち、複数の直線状突起部３８ａの矢印Ａ方向両端縁部に、厚さ方向に薄肉状の逃げ部３８ａｔを設ける。
図４に示すように、逃げ部３８ａｔの厚さｔ５は、他の部位、例えば、燃料ガス流路３８を形成する面（直線状突起部３８ａ）の厚さｔ６よりも薄肉状（ｔ５＜ｔ６）に構成される。逃げ部３８ａｔは、第２ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅから内方側に距離Ｌ１だけ入り込んで形成される。（ｔ６−ｔ５）は、第２ガス拡散層２２ｂの初期厚さ（外部から荷重が付与されない状態の厚さ）ｔ７と前記第２ガス拡散層２２ｂの圧縮後厚さ（締め付け荷重が付与された状態の厚さ）ｔ８とに対し、（ｔ６−ｔ５）＞（ｔ７−ｔ８）の関係を有する。一方、距離Ｌ１は、例えば、０．５ｍｍに設定される。
図６に示すように、燃料ガス流路３８の入口側には、入口バッファ部７８が連通するとともに、前記燃料ガス流路３８の出口側には、出口バッファ部８０が連通する。入口バッファ部７８は、複数のエンボス７８ａを有する一方、出口バッファ部８０は、複数のエンボス８０ａを有する。
このように構成される第２の実施形態では、図４に示すように、アノード側セパレータ６６には、第１ガス拡散層２０ｂよりも平面寸法の小さな第２ガス拡散層２２ｂの外周部位に対向する部位に、すなわち、複数の直線状突起部３８ａの矢印Ａ方向両端縁部に、厚さ方向に薄肉状の逃げ部３８ａｔが設けられている。
このため、固体高分子電解質膜１８に応力集中が発生することを抑制することができる。従って、所望の発電性能を有するとともに、固体高分子電解質膜１８の破損等を良好に抑制す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７に示すように、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池９０は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体９２と、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体９２を挟持するカソード側セパレータ９４及びアノード側セパレータ９６とを備える。
なお、第２の実施形態に係る燃料電池６０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第４の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
逃げ部３８ａｔの厚さｔ９は、他の部位、例えば、燃料ガス流路３８を形成する面（直線状突起部３８ａ）の厚さｔ１０よりも薄肉状（ｔ９＜ｔ１０）に構成される。（ｔ１０−ｔ９）は、樹脂製枠部材６８の薄肉部６８ａの厚さｔ１１と第２ガス拡散層２２ｂの圧縮後厚さ（締め付け荷重が付与された状態の厚さ）ｔ１２とに対し、（ｔ１０−ｔ９）＞（ｔ１１−ｔ１２）の関係を有する。
図８に示すように、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１００は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０２と、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０２を挟持するカソード側セパレータ１０４及びアノード側セパレータ１０６とを備える。
逃げ部３８ａｔの厚さｔ１３は、他の部位、例えば、燃料ガス流路３８を形成する面（直線状突起部３８ａ）の厚さｔ１４よりも薄肉状（ｔ１３＜ｔ１４）に構成される。（ｔ１４−ｔ１３）は、樹脂製枠部材６８の薄肉部６８ａの厚さｔ１５と第２ガス拡散層２２ｂの圧縮後厚さ（締め付け荷重が付与された状態の厚さ）ｔ１６、及び第１ガス拡散層２０ｂの初期厚さ（外部から荷重が付与されない状態の厚さ）ｔ１７と前記第１ガス拡散層２０ｂの圧縮後厚さ（締め付け荷重が付与された状態の厚さ）ｔ１８に対し、（ｔ１４−ｔ１３）＞（ｔ１５−ｔ１６）＋（ｔ１７−ｔ１８）の関係を有する。
このように構成される第３及び第４の実施形態では、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９に示すように、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池１１０は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１１２と、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１１２を挟持するカソード側セパレータ１１４及びアノード側セパレータ１１６とを備える。
なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第６の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１１２は、図１０に示すように、固体高分子電解質膜１８の外周を周回して樹脂製枠部材１１８を設ける。樹脂製枠部材１１８は、樹脂製枠部材６８と同様に構成され、内方に膨出して厚さ方向に薄肉状の薄肉部１１８ａを設ける。薄肉部１１８ａの内方先端には、アノード電極２２の外周端部が接合される。薄肉部１１８ａの平面には、固体高分子電解質膜１８の外周端縁部１８ｂｅが接合されるとともに、前記薄肉部１１８ａの外方端部には、前記固体高分子電解質膜１８及びカソード電極２０の外周端部が接合される。
逃げ部２４の厚さｔ１９は、他の部位、例えば、後述する燃料ガス流路３８を形成する面の厚さｔ２０よりも薄肉状（ｔ１９＜ｔ２０）に構成される。（ｔ２０−ｔ１９）は、樹脂製枠部材１１８の薄肉部１１８ａの厚さｔ２１と第２ガス拡散層２２ｂの圧縮後厚さ（締め付け荷重が付与された状態の厚さ）ｔ２２とに対し、（ｔ２０−ｔ１９）＞（ｔ２１−ｔ２２）の関係を有する。
図１１に示すように、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池１２０は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２２と、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１２２を挟持するカソード側セパレータ１２４及びアノード側セパレータ１２６とを備える。
逃げ部２４の厚さｔ２３は、他の部位、例えば、燃料ガス流路３８を形成する面（直線状突起部３８ａ）の厚さｔ２４よりも薄肉状（ｔ２３＜ｔ２４）に構成される。（ｔ２４−ｔ２３）は、樹脂製枠部材１１８の薄肉部１１８ａの厚さｔ２５と第２ガス拡散層２２ｂの圧縮後厚さ（締め付け荷重が付与された状態の厚さ）ｔ２６、及び第１ガス拡散層２０ｂの初期厚さ（外部から荷重が付与されない状態の厚さ）ｔ２７と前記第１ガス拡散層２０ｂの圧縮後厚さ（締め付け荷重が付与された状態の厚さ）ｔ２８に対し、（ｔ２４−ｔ２３）＞（ｔ２５−ｔ２６）＋（ｔ２７−ｔ２８）の関係を有する。
このように構成される第５及び第６の実施形態では、上記の第１〜第４の実施形態と同様の効果が得られる。
１０、６０、９０、１００、１１０、１２０…燃料電池
１２…電解質膜・電極構造体
１４、６４、９４、１０４、１１４、１２４…カソード側セパレータ
１６、６６、９６、１０６、１１６、１２６…アノード側セパレータ
１８…固体高分子電解質膜 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、３８ａｔ…逃げ部
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 ３６ａ、３８ａ、４０ａ…直線状突起部
３６ｂ、３８ｂ、４０ｂ…直線状流路溝
３８…燃料ガス流路 ４０…冷却媒体流路
４２、４４…シール部材
６２、９２、１０２、１１２、１２２…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体
６８、１１８…樹脂製枠部材 ６８ａ、１１８ａ…薄肉部
１２…電解質膜・電極構造体
１４、６４、９４、１０４、１１４、１２４…カソード側セパレータ
１６、６６、９６、１０６、１１６、１２６…アノード側セパレータ
１８…固体高分子電解質膜 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、３８ａｔ…逃げ部
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 ３６ａ、３８ａ、４０ａ…直線状突起部
３６ｂ、３８ｂ、４０ｂ…直線状流路溝
３８…燃料ガス流路 ４０…冷却媒体流路
４２、４４…シール部材
６２、９２、１０２、１１２、１２２…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体
６８、１１８…樹脂製枠部材 ６８ａ、１１８ａ…薄肉部
Claims (3)
- 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、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、前記固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂製枠部材が設けられる樹脂枠付き電解質膜・電極構造体と、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の両面に配置されるセパレータとを備え、前記第２電極に対向する一方のセパレータの前記第２電極に向かう面には複数の直線状突起部間に形成されるガス流路が設けられ、前記複数の直線状突起部の両端部であって、かつ、前記第２ガス拡散層の外周部位に対向する部位に、厚さ方向に薄肉状の逃げ部が設けられる燃料電池の製造方法であって、
外部から締め付け荷重を付与することにより前記第２ガス拡散層を圧縮する工程を有し、前記工程前の前記第２ガス拡散層の厚さと前記工程後の前記第２ガス拡散層の厚さとの差が前記突起部の厚さと前記逃げ部の厚さとの差よりも小さいことを特徴とする燃料電池の製造方法。 - 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、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、前記固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂製枠部材が設けられる樹脂枠付き電解質膜・電極構造体と、前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の両面に配置されるセパレータとを備え、前記樹脂製枠部材は、内側に段付き開口部が設けられるとともに、内方に膨出する部位が他部位よりも厚さが薄い薄肉部を備え、前記薄肉部の内方先端に前記第２電極の外周端部が対向し、前記薄肉部の平面に前記固体高分子電解質膜の外周端縁部が接合され、前記薄肉部の外方内側端部に前記固体高分子電解質膜及び前記第１電極の外周端部が対向し、前記第２電極に対向する一方のセパレータの前記第２電極に向かう面には複数の直線状突起部間に形成されるガス流路が設けられ、前記複数の直線状突起部の両端部であって、かつ、前記第２ガス拡散層の外周部位に対向する部位に、厚さ方向に薄肉状の逃げ部が設けられる燃料電池の製造方法であって、
外部から締め付け荷重を付与することにより前記第２ガス拡散層を圧縮する工程を有し、前記薄肉部の厚さと前記工程後の前記第２ガス拡散層の厚さとの差が前記突起部の厚さと前記逃げ部の厚さとの差よりも小さいことを特徴とする燃料電池の製造方法。 - 請求項１又は２記載の燃料電池の製造方法において、前記逃げ部は、前記第２ガス拡散層の外周端部から内方側に入り込んで形成されることを特徴とする燃料電池の製造方法。
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