JP6158764B2 - 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 - Google Patents

Description

本発明は、固体高分子電解質膜を第１電極及び第２電極で挟んだ、所謂、段差ＭＥＡと、前記段差ＭＥＡの外周を周回して設けられる樹脂枠部材とを備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体に関する。

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一方側にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。アノード電極及びカソード電極は、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）とを有している。

電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、燃料電池が構成されている。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。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樹脂枠付きＭＥＡが採用されている。

そこで、段差ＭＥＡと樹脂枠部材とを強固且つ容易に接合することを目的として、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池用電解質膜・電極構造体及びその製造方法が知られている。この特許文献１では、樹脂枠部材と電極の外周縁部とを一体に接合させる含浸部を有している。このため、樹脂枠部材と電極との接合強度は、接着に比べて良好に向上し、剥がれ等の発生を可及的に抑制することができる、としている。

国際公開第２０１２／１３７６０９号パンフレット

本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、簡単な構成で、樹脂含浸を良好且つ確実に行うことができ、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固に接合することが可能な燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、段差状の電解質膜・電極構造体と、固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂枠部材とを備えている。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は、第１電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第２電極が設けられている。第１電極の平面寸法は、第２電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定されている。

そして、樹脂枠部材は、内周基端部から第２電極側に膨出する薄肉状の内側膨出部を有している。樹脂枠部材は、該樹脂枠部材の厚さ方向に突出し、第１電極の外周を周回するとともに、該第１電極に含浸されて該樹脂枠部材と該第１電極とを一体に接合させる枠形状の樹脂含浸用突起部を有している。

樹脂含浸用突起部は、第１電極側に設けられ、厚さ方向に対して外側に傾斜する内周傾斜面と、前記第１電極とは反対側に設けられ、前記厚さ方向に対して内側に傾斜する外周傾斜面と、を設けている。そして、内周傾斜面の傾斜角度は、外周傾斜面の傾斜角度よりも小さな角度に設定されている。

また、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、樹脂含浸用突起部の先端には、平坦面が形成されることが好ましい。その際、平坦面と内周傾斜面との境界部位に設けられる第１Ｒ部は、前記平坦面と外周傾斜面との境界部位に設けられる第２Ｒ部よりも小さな半径に設定される。

さらに、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、樹脂含浸用突起部の底部と高さとのアスペクト比は、１．５〜２．５の範囲内に設定される。
さらにまた、この燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体では、樹脂枠部材には、樹脂含浸用突起部の外周傾斜面の根本部分に凹部が形成されることが好ましい。

本発明によれば、樹脂枠部材の樹脂含浸用突起部は、前記樹脂枠部材の厚さ方向に突出しており、第１電極の外周縁部に含浸されて前記樹脂枠部材と前記第１電極とを一体に接合している。その際、樹脂含浸用突起部は、内周傾斜面の傾斜角度が、外周傾斜面の傾斜角度よりも小さな角度に設定されている。このため、樹脂含浸用突起部は、両側非対称形状となり、溶融する樹脂体積を調整することができる。

特に、内周傾斜面の傾斜角度が、外周傾斜面の傾斜角度よりも小さな角度であり、第１電極の外周縁部に対し、必要量の樹脂を十分且つ確実に含浸させることが可能になる。これにより、簡単な構成で、樹脂含浸を良好且つ確実に行うことができ、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固に接合することが可能になる。

本発明の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体が組み込ま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。 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を構成する樹脂枠部材の一部断面斜視説明図である。 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。 前記樹脂枠付き電解質膜・電極構造体を製造する方法の説明図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、横長（又は縦長）の長方形状の固体高分子型燃料電池１２に組み込まれる。複数の燃料電池１２は、例えば、矢印Ａ方向（水平方向）又は矢印Ｃ方向（重力方向）に積層されて燃料電池スタックが構成される。燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。

燃料電池１２は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０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、横長（又は縦長）の長方形状を有する。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。

長方形状の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、図１〜図３に示すように、段差ＭＥＡである電解質膜・電極構造体１０ａを備える。電解質膜・電極構造体１０ａ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を挟持するアノード電極（第１電極）２０及びカソード電極（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）系電解質を使用してもよい。

カソード電極２２は、固体高分子電解質膜１８及びアノード電極２０よりも小さな平面寸法を有する。なお、上記の構成に代えて、アノード電極２０は、固体高分子電解質膜１８及びカソード電極２２よりも小さな平面寸法を有するように構成してもよい。その際、アノード電極２０は、第２電極となり、カソード電極２２は、第１電極となる。

アノード電極２０は、固体高分子電解質膜１８の一方の面１８ａに接合される第１電極触媒層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は、同一の外形寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜１８と同一（又は同一未満）の外形寸法に設定される。

カソード電極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と第２ガス拡散層２２ｂとは、同一の外形寸法を有しているが、異なる外形寸法に設定されてもよい。

第１電極触媒層２０ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第１ガス拡散層２０ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第２電極触媒層２２ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第２ガス拡散層２２ｂの表面に一様に塗布されて形成される。

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、カーボンクロス等からなるとともに、前記第２ガス拡散層２２ｂの平面寸法は、前記第１ガス拡散層２０ｂの平面寸法よりも小さく設定される。第１電極触媒層２０ａ及び第２電極触媒層２２ａは、例えば、固体高分子電解質膜１８の両面に形成される。

樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、固体高分子電解質膜１８の外周を周回するとともに、アノード電極２０及びカソード電極２２に接合される樹脂枠部材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）、変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）又は変性ＰＰ（ポリプロピレン）等で構成される。

図１及び図４に示すように、樹脂枠部材２４は、枠形状を有する。樹脂枠部材２４は、図２〜図４に示すように、内周基端部２４ｓからカソード電極２２側に膨出する薄肉状に形成された内側膨出部２４ａを有する。内側膨出部２４ａは、内周基端部２４ｓ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を覆って配置される（図２及び図３参照）。

内側膨出部２４ａには、内周基端部２４ｓの近傍に位置し、カソード電極２２の先端部から面方向外方に露出する固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅに当接する凸状部２６ａが設けられる。凸状部２６ａの内方端部には、前記凸状部２６ａより薄肉状に形成される平坦面部２６ｂが設けられ、前記平坦面部２６ｂは、該凸状部２６ａから内側膨出部２４ａの内周端部まで延在する。平坦面部２６ｂと、少なくとも固体高分子電解質膜１８との間には、後述する接着剤層２８が形成される。

樹脂枠部材２４には、内周基端部２４ｓに隣接して樹脂突起部（樹脂含浸用突起部）２４ｔが一体に設けられる。樹脂突起部２４ｔと凸状部２６ａとの間には、凹部２６ｃが形成される。凸状部２６ａの外周端部は、第１ガス拡散層２０ｂの外周端部２０ｂｅと同一位置に設定される。樹脂突起部２４ｔは、後述するように、溶融してアノード電極２０を構成する第１ガス拡散層２０ｂの外周縁部に含浸されて樹脂含浸部２４ｔａを形成する。含浸処理後には、樹脂枠部材２４の中にも、凸状部２６ａの溶融部分が充填されている。

図３に示すように、樹脂突起部２４ｔは、アノード電極２０側に設けられ、厚さ方向（矢印Ａ方向）に対して外側に傾斜する内周傾斜面２７ａを設ける。樹脂突起部２４ｔは、アノード電極２０とは反対側に設けられ、厚さ方向に対して内側に傾斜する外周傾斜面２７ｂを設ける。内周傾斜面２７ａの傾斜角度（樹脂枠部材２４の平面に垂直な矢印Ａ方向からの傾斜角度）θ１゜は、外周傾斜面２７ｂの傾斜角度θ２゜よりも小さな角度に設定される（θ１゜＜θ２゜）。

樹脂突起部２４ｔの先端には、平坦面２７ｃが形成される。平坦面２７ｃと内周傾斜面２７ａとの境界部位に設けられる第１円弧部（第１Ｒ部）Ｒ１は、前記平坦面２７ｃと外周傾斜面２７ｂとの境界部位に設けられる第２円弧部（第２Ｒ部）Ｒ２よりも小さな半径に設定される（Ｒ１＜Ｒ２）。

樹脂突起部２４ｔの底部寸法ｔ１と高さ寸法ｔ２とのアスペクト比（ｔ２／ｔ１）は、１．５〜２．５の範囲内に設定される。樹脂枠部材２４には、樹脂突起部２４ｔの外周傾斜面２７ｂの根本部分に凹部２４ｒが形成され、前記凹部２４ｒには、前記樹脂突起部２４ｔの余剰部分が導入されて樹脂含浸部２４ｔｂを形成する。凹部２４ｒの内側端部及び外側端部には、それぞれＲ（湾曲形状部）が設けられる。

接着剤層２８には、接着剤として、例えば、液状シールやホットメルト剤が設けられる。なお、接着剤としては、液体や固体、熱可塑性や熱硬化性等に制限されない。接着剤層２８は、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅの全周に亘って額縁状に形成される。樹脂枠部材２４の内周端部２４ａｅと第２ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅとの間には、接着剤層２８が形成される。

図１に示すように、燃料電池１２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１２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の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０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の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０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、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を構成する樹脂枠部材２４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、第２凸状シール４２ｂに当接する面が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。

次いで、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０を製造する方法について、以下に説明する。

先ず、段差ＭＥＡである電解質膜・電極構造体１０ａが作製される一方、樹脂枠部材２４は、金型（図示せず）を用いて射出成形される。図４に示すように、樹脂枠部材２４は、肉薄形状の内側膨出部２４ａを有する。内側膨出部２４ａには、内周基端部２４ｓから凹部２６ｃを介して凸状部２６ａが設けられるとともに、前記凸状部２６ａの内方端部には、前記凸状部２６ａより薄肉状に形成される平坦面部２６ｂが設けられている。

樹脂枠部材２４には、内周基端部２４ｓに隣接して樹脂突起部２４ｔが一体成形される。樹脂枠部材２４には、樹脂突起部２４ｔの外周傾斜面２７ｂの根本部分に凹部２４ｒが形成される。

次に、図５に示すように、電解質膜・電極構造体１０ａには、固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅに沿って接着剤シート２８ｓが設けられる。接着剤シート２８ｓは、ホットメルトシートを用いているが、例えば、接着剤を図示しないディスペンサーを介して塗布してもよい。

樹脂枠部材２４の内周基端部２４ｓと電解質膜・電極構造体１０ａを構成する第１ガス拡散層２０ｂの外周端部２０ｂｅとが位置合わせされる。具体的には、第１ガス拡散層２０ｂの外周端部２０ｂｅは、内側膨出部２４ａの凸状部２６ａに重ねられる。そして、図６に示すように、樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ａと電解質膜・電極構造体１０ａの固体高分子電解質膜１８とが互いに位置決めされた状態で、接着剤シート２８ｓが加熱溶融されるとともに、厚さ方向に荷重（プレス等）が付与される。

これにより、樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ａと固体高分子電解質膜１８の外周縁部１８ｂｅとは、接着剤層２８を介して接着される。さらに、樹脂枠部材２４の内周端部２４ａｅの内周面と第２ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅの先端面とは、接着剤層２８を介して接着される。

次いで、図７に示すように、樹脂枠部材２４の樹脂突起部２４ｔが加熱及び加圧される。具体的には、加熱板４６が樹脂突起部２４ｔに押圧されることにより、前記樹脂突起部２４ｔが加熱及び加圧される。なお、加熱方式としては、レーザ溶着、赤外線溶着やインパルス溶着、超音波溶着等を採用してもよい。

このため、樹脂突起部２４ｔは、加熱溶融され、前記樹脂突起部２４ｔは、アノード電極２０を構成する第１ガス拡散層２０ｂに含浸されて樹脂含浸部２４ｔａが設けられる。同時に、加熱溶融された樹脂突起部２４ｔは、余剰部分が凹部２４ｒにも流れ込み、樹脂含浸部２４ｔｂが設けられる。従って、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０が製造される。

樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、図２に示すように、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２セパレータ１６は、樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ａに当接し、第１セパレータ１４とともに樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０に荷重を付与する。さらに、燃料電池１２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１２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方向に移動して電解質膜・電極構造体１０ａのカソード電極２２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、電解質膜・電極構造体１０ａのアノード電極２０に供給される。

従って、各電解質膜・電極構造体１０ａでは、カソード電極２２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２０に供給される燃料ガスとが、第２電極触媒層２２ａ及び第１電極触媒層２０ａ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２２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２０に供給されて消費された燃料ガスは、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、電解質膜・電極構造体１０ａ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、本実施形態では、図３及び図６に示すように、樹脂枠部材２４の樹脂突起部２４ｔは、前記樹脂枠部材２４の厚さ方向に突出している。そして、樹脂突起部２４ｔが加熱溶融されることにより、第１ガス拡散層２０ｂの外周縁部に含浸されて樹脂枠部材２４とアノード電極２０とが一体に接合されている。

その際、図３に示すように、樹脂突起部２４ｔは、内周傾斜面２７ａの傾斜角度θ１゜が、外周傾斜面２７ｂの傾斜角度θ２゜よりも小さな角度に設定されている。従って、樹脂突起部２４ｔは、両側非対称形状となり、溶融する樹脂体積を調整することができる。

特に、内周傾斜面２７ａの傾斜角度θ１゜が、外周傾斜面２７ｂの傾斜角度θ２゜よりも小さな角度であり、アノード電極２０（第１ガス拡散層２０ｂ）の外周縁部に対し、必要量の樹脂を十分且つ確実に含浸させることが可能になる。これにより、簡単な構成で、樹脂含浸を良好且つ確実に行うことができ、電解質膜・電極構造体１０ａと樹脂枠部材２４とを強固に接合することが可能になるという効果が得られる。

しかも、本実施形態では、樹脂枠部材２４には、樹脂突起部２４ｔの外周傾斜面２７ｂの根本部分に凹部２４ｒが形成されている。このため、加熱板４６により樹脂突起部２４ｔが加熱及び加圧される際、余剰部分が凹部２４ｒに流入されて樹脂含浸部２４ｔｂが設けられている。従って、樹脂枠部材２４の表面に樹脂突起部２４ｔが残存し、前記樹脂枠部材２４の高さ（厚さ）、すなわち、製品寸法が大きく変動することを、確実に抑制することができる。

さらに、樹脂突起部２４ｔの先端には、平坦面２７ｃが形成されている。これにより、加熱板４６で樹脂突起部２４ｔを押圧する際、応力を分散させることが可能になる。このため、樹脂枠部材２４への負荷が良好に低減され、安定性が向上して歩留まりの向上が容易に図られる。

その際、平坦面２７ｃと内周傾斜面２７ａとの境界部位に設けられる第１円弧部Ｒ１は、前記平坦面２７ｃと外周傾斜面２７ｂとの境界部位に設けられる第２円弧部Ｒ２よりも小さな半径に設定されている。従って、樹脂突起部２４ｔは、凹部２６ｃと凹部２４ｒとにそれぞれ流入する溶融量が調整され、所望の樹脂含浸部２４ｔａ、２４ｔｂを確実に形成することが可能になる。

さらにまた、樹脂突起部２４ｔの底部寸法ｔ１と高さ寸法ｔ２とのアスペクト比（ｔ２／ｔ１）は、１．５〜２．５の範囲内に設定されている。従って、リブ溶融の際にＭＥＡ上部樹脂が流動し易く、含浸を促進させることができるという効果が得られる。

なお、本実施形態では、樹脂枠部材２４の内周基端部２４ｓに隣接して、樹脂突起部２４ｔが一体に設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、図３に示すように、樹脂枠部材２４の内周端部２４ａｅに隣接して、樹脂突起部（樹脂含浸用突起部）２４ｉｔを一体に設けてもよい。樹脂突起部２４ｉｔは、カソード電極２２の第２ガス拡散層２２ｂに含浸する。

１０…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 １０ａ…電解質膜・電極構造体
１２…燃料電池 １４、１６…セパレータ
１８…固体高分子電解質膜 ２０…アノード電極
２０ａ、２２ａ…電極触媒層 ２０ｂ、２２ｂ…ガス拡散層
２０ｂｅ、２２ｂｅ…外周端部 ２２…カソード電極
２４…樹脂枠部材 ２４ａ…内側膨出部
２４ｒ…凹部 ２４ｓ…内周基端部
２４ｔ…樹脂突起部 ２４ｔａ、２４ｔｂ…樹脂含浸部
２６ａ…凸状部 ２６ｂ…平坦面部
２６ｃ…凹部 ２７ａ…内周傾斜面
２７ｂ…外周傾斜面 ２７ｃ…平坦面
２８…接着剤層 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 ４６…加熱板

Claims (3)

1. 固体高分子電解質膜の一方の面には、第１電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第２電極が設けられるとともに、前記第１電極の平面寸法は、前記第２電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定される段差状の電解質膜・電極構造体と、
   前記固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂枠部材と、
   を備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体であって、
   前記樹脂枠部材は、内周基端部から前記第２電極側に膨出する薄肉状の内側膨出部と、
   該樹脂枠部材の厚さ方向に突出し、前記第１電極の外周を周回するとともに、該第１電極に含浸されて該樹脂枠部材と該第１電極とを一体に接合させる枠形状の樹脂含浸用突起部と、
   を有し、
   前記樹脂含浸用突起部は、前記第１電極側に設けられ、前記厚さ方向に対して外側に傾斜する内周傾斜面と、
   該第１電極とは反対側に設けられ、前記厚さ方向に対して内側に傾斜する外周傾斜面と、
   を設けるとともに、
   前記内周傾斜面の傾斜角度は、前記外周傾斜面の傾斜角度よりも小さな角度に設定され、
   前記樹脂含浸用突起部の先端には、平坦面が形成されるとともに、
   前記平坦面と前記内周傾斜面との境界部位に設けられる第１Ｒ部は、前記平坦面と前記外周傾斜面との境界部位に設けられる第２Ｒ部よりも小さな半径に設定されることを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。
2. 固体高分子電解質膜の一方の面には、第１電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第２電極が設けられるとともに、前記第１電極の平面寸法は、前記第２電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定される段差状の電解質膜・電極構造体と、
   前記固体高分子電解質膜の外周を周回して設けられる樹脂枠部材と、
   を備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体であって、
   前記樹脂枠部材は、内周基端部から前記第２電極側に膨出する薄肉状の内側膨出部と、
   該樹脂枠部材の厚さ方向に突出し、前記第１電極の外周を周回するとともに、該第１電極に含浸されて該樹脂枠部材と該第１電極とを一体に接合させる枠形状の樹脂含浸用突起部と、
   を有し、
   前記樹脂含浸用突起部は、前記第１電極側に設けられ、前記厚さ方向に対して外側に傾斜する内周傾斜面と、
   該第１電極とは反対側に設けられ、前記厚さ方向に対して内側に傾斜する外周傾斜面と、
   を設けるとともに、
   前記内周傾斜面の傾斜角度は、前記外周傾斜面の傾斜角度よりも小さな角度に設定され、
   前記樹脂含浸用突起部の底部と高さとのアスペクト比は、１．５〜２．５の範囲内に設定されることを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。
3. 請求項１又は２に記載の燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体において、前記樹脂枠部材には、前記樹脂含浸用突起部の前記外周傾斜面の根本部分に凹部が形成されることを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体。

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