JP7188365B2 - 燃料電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、燃料電池およびその製造方法に関する。

燃料電池は、一般に、一対のガスセパレータと、当該一対のガスセパレータの間に配置された膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly：以下、ＭＥＡとも呼ぶ）と、を備える単セルを積層することにより形成される。このような燃料電池として、ＭＥＡを囲むように、枠体状の樹脂フレームをＭＥＡの外周部に接合し、樹脂フレームと各々のガスセパレータとを接着する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１９－１１００４１号公報

上記したＭＥＡには、樹脂フレームに接合される部位や、ＭＥＡとガスセパレータとの間に配置される一対のガス拡散層に挟持される部位などが存在する。そのため、例えば、このようなＭＥＡを含む燃料電池が温度変化して、燃料電池が備える樹脂フレームが伸縮するとき等には、ＭＥＡにおいて応力が集中する部位が生じ得る。このような応力集中の結果、ＭＥＡの耐久性が低下する可能性があった。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
本開示の一形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、電解質膜の両面に電極が形成された膜電極接合体と、前記膜電極接合体における一方の面上に積層されたガス拡散層と、前記ガス拡散層の外周から離間して、前記ガス拡散層の外周を囲むように、前記膜電極接合体の一方の面上に接合された樹脂フレームと、前記ガス拡散層および前記樹脂フレームと、前記膜電極接合体と、の間において、前記樹脂フレームの内周と前記ガス拡散層の外周との間を埋めるように配置された樹脂シートと、前記樹脂フレーム、前記樹脂シート、および、前記ガス拡散層と、前記膜電極接合体と、の間に、接着剤によって構成される接着剤層と、を備える。前記膜電極接合体において前記ガス拡散層の外周部と重なる領域には、前記ガス拡散層が設けられる側の面に、前記電極が形成されていない膜露出領域が設けられており、前記樹脂シートは、前記膜電極接合体における前記膜露出領域、前記接着剤層、および前記ガス拡散層と、前記ガス拡散層の積層方向に重なる部位を有し、前記重なる部位において、前記樹脂シートを前記積層方向に貫通して前記接着剤が内部に配置される空隙が形成されている。
なお、本開示は以下の形態としても実現できる。

（１）本開示の一形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、電解質膜の両面に電極が形成された膜電極接合体と、前記膜電極接合体における一方の面上に積層されたガス拡散層と、前記ガス拡散層の外周から離間して、前記ガス拡散層の外周を囲むように、前記膜電極接合体の一方の面上に接合された樹脂フレームと、前記ガス拡散層および前記樹脂フレームと、前記膜電極接合体と、の間において、前記樹脂フレームの内周と前記ガス拡散層の外周との間を埋めるように配置された樹脂シートと、を備える。
この形態の燃料電池によれば、ガス拡散層および樹脂フレームと膜電極接合体との間において、樹脂フレームの内周とガス拡散層の外周との間を埋めるように樹脂シートを配置するため、膜電極接合体における応力が集中しやすい部位を樹脂シートで物理的に補強することができ、膜電極接合体の耐久性の低下を抑えることができる。
（２）上記形態の燃料電池は、さらに、前記樹脂フレーム、前記樹脂シート、および、前記ガス拡散層と、前記膜電極接合体と、の間に、接着剤によって構成される接着剤層を備え、前記膜電極接合体において前記ガス拡散層の外周部と重なる領域には、前記ガス拡散層が設けられる側の面に、前記電極が形成されていない膜露出領域が設けられており、前記樹脂シートは、前記膜電極接合体における前記膜露出領域、前記接着剤層、および前記ガス拡散層と、前記ガス拡散層の積層方向に重なる部位を有し、前記重なる部位において、前記樹脂シートを前記積層方向に貫通して前記接着剤が内部に配置される空隙が形成されていることとしてもよい。このような構成とすれば、空隙を介して、接着剤層によって、膜電極接合体の膜露出領域とガス拡散層とを固定することが可能になる。そのため、例えば燃料電池の製造工程において、ガス拡散層が電解質膜に対して位置ずれすることを抑えることができる。
（３）上記形態の燃料電池において、前記膜電極接合体の前記膜露出領域は、前記接着剤層と前記樹脂シートとのうちの少なくとも一方によって覆われており、前記膜電極接合体の前記膜露出領域において、前記樹脂シートに覆われる部位には、前記接着剤層が形成されていない領域が設けられていることとしてもよい。このような構成とすれば、接着剤層と樹脂シートとのうちの少なくとも一方によって、ガス拡散層の接触から膜露出領域を保護しつつ、接着剤層を構成する接着剤の量を削減することができる。
（４）上記形態の燃料電池は、さらに、前記膜電極接合体、前記ガス拡散層、前記樹脂フレーム、および前記樹脂シートを含む構造を挟持する一対のガスセパレータを備え、前記樹脂フレームは、接着性を付与された熱可塑性樹脂を含む層であって、前記一対のガスセパレータを接着するための接着樹脂層を両面に備え、前記樹脂シートは、熱可塑性樹脂により形成されることとしてもよい。このような構成とすれば、樹脂フレームとガスセパレータとの接着、および、樹脂フレームと樹脂シートとの接着強度を高めることができる。
（５）上記形態の燃料電池の製造方法は、前記樹脂フレームの内周部と前記樹脂シートの外周部とを重ねた領域を、溶融した熱可塑性樹脂の貼り付きを抑える貼り付き抑制部を介在させつつ、超音波ホーンと受け治具とによって挟持し、前記超音波ホーンから、前記樹脂フレームおよび前記樹脂シートに超音波振動を伝達して、前記樹脂フレームと前記樹脂シートとを超音波溶着することとしてもよい。この形態の燃料電池の製造方法によれば、樹脂フレームと樹脂シートとを超音波溶着により接合する際に、樹脂シートあるいは樹脂フレームを構成する熱可塑性樹脂が溶融しても、溶融した樹脂が受け治具あるいは超音波ホーンに貼り付くことを抑えることができる。
本開示は、燃料電池以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池の製造方法、燃料電池用の単セル、単セルの製造方法、あるいは、燃料電池における膜電極接合体の保護方法等の形態で実現することができる。

燃料電池の構成の概略を表わす分解斜視図。 図１における２－２断面の様子を表わす断面模式図。 燃料電池の製造方法を表わすフローチャート。 製造途中の燃料電池の様子を表わす断面模式図。 製造途中の燃料電池の様子を表わす断面模式図。 製造途中の燃料電池の様子を表わす断面模式図。 製造途中の燃料電池の様子を表わす断面模式図。 比較例としての単セルの概略構成を表わす断面模式図。 受け治具上に樹脂フレームおよび樹脂シートを載置した様子を示す平面図。 図６Ａにおける６Ｂ－６Ｂ断面の様子を表わす断面図。 領域ＶＩＩを拡大して示す図。 ＡｎＭＥＧＡ上に接着剤を塗工した様子を表わす平面図。 フレームシートを表わす平面図。 ＡｎＭＥＧＡとフレームシートとを接着した様子を表わす平面図。 図１０における１１－１１断面の様子を表わす断面模式図。 図１０における１２－１２断面の様子を表わす断面模式図。

Ａ．第１実施形態：
（Ａ－１）燃料電池の全体構成：
図１は、本開示の第１実施形態としての燃料電池の構成の概略を表わす分解斜視図である。また、図２は、図１における２－２断面の様子を表わす断面模式図である。以下では、図１および図２に基づいて、燃料電池の全体構成を説明する。図１および図２では、単セル１００の構成を表わしており、本実施形態の燃料電池は、単セル１００を複数積層したスタック構造を有している。本願明細書では、単セル、および、単セルを積層した燃料電池スタックのいずれも、燃料電池と呼ぶ。本実施形態の燃料電池は、固体高分子形燃料電池であるが、固体酸化物形燃料電池等、他種の燃料電池とすることもできる。図１、図２、および後述する図８～図１２に示す互いに垂直なＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のうち、Ｙ方向が、単セル１００の積層方向（単に、積層方向とも呼ぶ）である。なお、図１、図２、および後述する各図は、本実施形態の燃料電池の各部の様子を模式的に示しており、図に示された各部のサイズは、具体的なサイズを表わすものではない。

単セル１００は、一対のガスセパレータ４０，５０と、一対のガスセパレータ４０，５０の間に配置された膜電極ガス拡散層接合体（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly：ＭＥＧＡ）１８と、ガスセパレータ４０，５０の間において、ＭＥＧＡ１８の外周に接してＭＥＧＡ１８の外側に配置された樹脂フレーム２０と、樹脂シート６０と、接着剤層６２と、を備えている。

ＭＥＧＡ１８は、図２に示すように、電解質膜１２と、電解質膜１２の各々の面上に積層されたアノード１４およびカソード１６と、を含む。アノード１４、電解質膜１２、カソード１６をこの順で積層した構造を、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly：ＭＥＡ）１０とも呼ぶ。ＭＥＧＡ１８では、アノード１４上にはさらにガス拡散層１５（以下では、ＡｎＧＤＬ１５とも呼ぶ）が配置されており、カソード１６上にはさらにガス拡散層１７（以下では、ＣａＧＤＬ１７とも呼ぶ）が配置されている。電解質膜１２は、高分子電解質材料、例えばフッ素樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。アノード１４およびカソード１６は、例えば白金、あるいは白金合金等の触媒を担持した導電性粒子、例えばカーボン粒子を、プロトン伝導性を有する高分子電解質で被覆して形成される。ガス拡散層１５，１７は、ガス透過性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパなどのカーボン製部材や、発泡金属や金属メッシュなどの金属製部材により形成することができる。

本実施形態の単セル１００では、ＭＥＧＡ１８を構成する各部は、いずれも矩形形状に形成されている。本実施形態では、図２に示すように、電解質膜１２、アノード１４、およびＡｎＧＤＬ１５（以下、電解質膜等とも呼ぶ）は、互いにほぼ同寸であって、各々の外周がほぼ一致するように積層されている。これに対してＣａＧＤＬ１７は、上記電解質膜等よりも縦横とも狭小とされており、ＣａＧＤＬ１７の外周全体が、電解質膜等の外周から離間して内側に配置されている。また、カソード１６は、上記ＣａＧＤＬ１７よりもさらに縦横とも狭小とされており、カソード１６の外周全体が、ＣａＧＤＬ１７の外周から離間して内側に配置されている。ＭＥＡ１０の外周部におけるＣａＧＤＬ１７が設けられる側の面において、電解質膜１２の表面がカソード１６に覆われていない領域を、「露出領域」とも呼ぶ。露出領域は、積層方向に見たときにＣａＧＤＬ１７と重なる「第１膜露出領域」と、ＣａＧＤＬ１７と重ならない「第２膜露出領域」とを含む。第１膜露出領域は、単に「膜露出領域」とも呼ぶ。

図２では、ＭＥＡ１０にＣａＧＤＬ１７が積層する積層方向（既述した単セルの積層方向と同じ）に見たときに、ＣａＧＤＬ１７の外周と重なる位置を「位置Ａ」として示し、カソード１６の外周と重なる位置を「位置Ｃ」として示している。上記した第１膜露出領域は、ＭＥＡ１０における位置Ａから位置Ｃまでの領域であり、第２膜露出領域は、位置Ａよりも外周側の領域、すなわち、図２の断面では位置Ａよりも－Ｘ方向の領域である。なお、図２ではさらに、積層方向に見たときに、後述する樹脂シート６０の内周と重なる位置を「位置Ｂ」として示し、後述する接着剤層６２の内周と重なる位置を「位置Ｄ」として示している。

樹脂フレーム２０は、樹脂を用いて形成されており、外形が矩形の枠状に成形されている。樹脂フレーム２０の中央の開口部は、ＭＥＧＡ１８の保持領域、すなわちＭＥＡ１０の保持領域である。樹脂フレーム２０は、ＣａＧＤＬ１７の外周から離間して、ＣａＧＤＬ１７の外周を囲むように配置されている。また、樹脂フレーム２０は、第２膜露出領域における電解質膜１２が露出する側の面上で、接着剤層６２を介してＭＥＡ１０に接合されている。樹脂フレーム２０は、さらに、内周部において、後述するように樹脂シート６０と接合されている。また、図１に示すように、樹脂フレーム２０には複数のスリット部３８が設けられている。スリット部３８については、後に詳しく説明する。本実施形態の樹脂フレーム２０は、図２に示すように、第１接着層２４、コア層２２、第２接着層２６を、この順で積層した構造を有している。

第１接着層２４および第２接着層２６を構成する樹脂としては、接着性を付与された熱可塑性樹脂、例えば、官能基の導入により接着性が付与された変成ポリプロピレン等の変成ポリオレフィン（例えば、三井化学株式会社製のアドマー；アドマーは登録商標）を用いることができる。接着性を付与された熱可塑性樹脂としては、上記したポリオレフィン系樹脂の他に、シリコーン系樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の種々の樹脂を用いることができ、シランカップリング剤を配合してもよい。第１接着層２４を構成する樹脂と第２接着層２６を構成する樹脂とは、同種の樹脂であってもよく、異なる種類の樹脂であってもよい。第１接着層２４および第２接着層２６は、「接着樹脂層」とも呼ぶ。コア層２２は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）から選択される樹脂を用いることができる。本実施形態では、第１接着層２４および第２接着層２６は、上記変性ポリプロピレンにより構成しており、コア層２２は、ポリプロピレンにより構成している。樹脂フレーム２０の両面に接着樹脂層を設けることで、樹脂フレーム２０とガスセパレータ４０，５０との間の加熱プレスによる接着が、容易になる。

樹脂シート６０は、外形が矩形の枠状に成形されており、ＣａＧＤＬ１７および樹脂フレーム２０と、ＭＥＡ１０と、の間において、樹脂フレーム２０の内周とＣａＧＤＬ１７の外周との間を埋めるように配置される。すなわち、樹脂シート６０は、ＭＥＡ１０における、樹脂フレーム２０の内周とＣａＧＤＬ１７の外周との間の隙間と積層方向に重なる部位（以下、空隙部位とも呼ぶ）を、保護するための部材である。図２では、既述したように、積層方向に見たときに、ＣａＧＤＬ１７の外周と重なる位置を「位置Ａ」として示している。また、積層方向に見たときに、樹脂フレーム２０の内周と重なる位置を、「位置Ｅ」として示している。空隙部位は、位置Ａから位置Ｅまでの範囲である。樹脂シート６０は、図２に示すように、積層方向から見たときに、樹脂シート６０の外周部と樹脂フレーム２０の内周部とが重なり、樹脂シート６０の内周部とＣａＧＤＬ１７の外周部とが重なるように配置されている。樹脂シート６０の外周部と樹脂フレーム２０の内周部との重なり量、および、樹脂シート６０の内周部とＣａＧＤＬ１７の外周部との重なり量は、樹脂シート６０が上記空隙部位を隙間無く塞ぐように、単セル１００の製造時の位置合わせの精度に応じて定めればよい。ただし、樹脂シート６０は、上記空隙部位を隙間無く塞ぐように配置されていればよく、後述する物理的な補強等の効果のためには、樹脂シート６０が、樹脂フレーム２０およびガス拡散層１７と積層方向に見たときに重なるように配置することは、必須ではない。

樹脂シート６０を構成する樹脂は、樹脂シート６０が配置される燃料電池の内部環境で安定であり、燃料電池の運転温度よりも高い融点を有することとすればよい。樹脂シート６０を構成する樹脂は、樹脂フレーム２０との接着性を確保する観点から、熱可塑性樹脂であることが望ましく、融点が２００℃以下の熱可塑性樹脂とすることがより望ましい。また、樹脂シート６０を構成する樹脂は、樹脂シート６０の第１接着層２４および第２接着層２６を構成する樹脂と同様に、接着性を付与された熱可塑性接着樹脂であることが望ましく、樹脂フレーム２０との接着性を高める観点から、第１接着層２４を構成する樹脂と同種の樹脂であることがさらに望ましい。樹脂シート６０を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、あるいはポリイソブチレン（ＰＩＢ）を挙げることができる。本実施形態では、樹脂シート６０は、熱可塑性樹脂であるポリプロピレンにより構成している。

樹脂シート６０は、ＭＥＡ１０における上記空隙部位に接して空隙部位を覆うことにより、空隙部位を物理的に補強するとともに、単セル１００の外部から侵入する化学物質がＭＥＡ１０に接触することを妨げて、ＭＥＡ１０を化学的に保護する。樹脂シート６０の厚みは、空隙部位を補強する機能を確保する観点から、例えば、１μｍ以上とすればよく、１０μｍ以上がより望ましく、３０μｍ以上がさらに望ましい。また、樹脂シート６０の厚みは、樹脂シート６０を設けることにより積層方向の厚みが増加して生じる段差を抑える観点から、３００μｍ以下とすればよく、１００μｍ以下が望ましく、７０μｍ以下がより望ましく、５０μｍ以下がさらに望ましい。また、ＭＥＡを化学的に保護する観点から、樹脂シート６０は、実質的に細孔を有しない緻密なシートとすればよい。実質的に細孔を有しない緻密なシートとは、外部から侵入する化学物質の影響が許容範囲であれば、直径１０μｍ以下の細孔の存在を許容するものとする。

接着剤層６２は、接着剤により構成され、樹脂フレーム２０および樹脂シート６０と、ＭＥＡ１０とを接着させる。図２に示すように、ＭＥＡ１０は、外周部に形成された既述した露出領域において、樹脂フレーム２０および樹脂シート６０と接着されている。接着剤層６２は、樹脂シート６０と積層方向に重なる位置において、外形が矩形の枠状に成形されている。接着剤層６２を構成する接着剤として、本実施形態では、光硬化型、より具体的にはＵＶ（紫外線）硬化型の接着剤を用いている。ＵＶ硬化型の接着剤を用いる場合には、ＭＥＡ１０と樹脂フレーム２０とを接合する際に、接着剤の硬化のための加熱を抑えることができ、ＭＥＡ１０が望ましくない高温に曝されることを抑制できるため望ましい。ＵＶ硬化型の接着剤としては、具体的には、例えば、ポリイソブチレン（ＰＩＢ）系接着剤や、シリコーンゴム系接着剤を用いることができる。なお、ＭＥＡ１０と樹脂フレーム２０との接合時に接着剤を硬化させる際の加熱の程度が許容範囲であれば、接着剤層６２を構成する接着剤として、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を含む接着剤を用いてもよい。

ガスセパレータ４０，５０は、ガス不透過な導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン等のカーボン製部材や、プレス成形したステンレス鋼などの金属製部材により形成されている。図２に示すように、ガスセパレータ４０，５０には、電気化学反応に供する反応ガスが流れる流路を形成するための凹凸形状が形成されている。ガスセパレータ４０とＭＥＡ１０との間には、水素を含む燃料ガスが流れるセル内燃料ガス流路が形成され、ガスセパレータ５０とＭＥＡ１０との間には、酸素を含む酸化ガスが流れるセル内酸化ガス流路が形成される。セル内燃料ガス流路およびセル内酸化ガス流路は、単セル１００の積層方向に垂直な方向に流体が流れる流体流路である。なお、図１では、ガスセパレータ４０，５０における凹凸形状の記載は省略している。

ガスセパレータ４０，５０および樹脂フレーム２０には、各々の外周近傍において、単セル１００の積層方向に互いに重なる位置に、マニホールドを形成するためのマニホールド孔３１～３６が設けられている。マニホールドは、ガスセパレータ４０，５０および樹脂フレーム２０を貫通し、反応ガスまたは冷媒が流れる流路である。マニホールド孔３１，３６は、セル内燃料ガス流路との間で燃料ガスの給排を行なう流路を形成する。マニホールド孔３３，３４は、セル内酸化ガス流路との間で酸化ガスの給排を行なう流路を形成する。また、マニホールド孔３２，３５は、単セル１００間に形成される冷媒流路との間で冷媒の給排を行なう流路を形成する。

樹脂フレーム２０には、マニホールド孔３１，３３，３４，３６の各々の近傍において、各マニホールド孔からＭＥＧＡ１８の外周に向かって延びる細長い複数のスリットを備えるスリット部３８が形成されている。スリット部３８を構成する各スリットは、樹脂フレーム２０を貫通している。そして、各スリットの端部は、樹脂フレーム２０がガスセパレータ４０，５０に挟持されたときに、ガスセパレータ４０，５０に形成された近傍のマニホールド孔と積層方向に重なる。そして、各スリット部３８によって、上記近傍のマニホールドと、このマニホールドに対応するセル内ガス流路とが連通される。なお、マニホールドとセル内ガス流路との間は、樹脂フレーム２０に設けたスリット部３８以外の構造により連通させてもよい。

燃料電池を組み立てる際には、図１および図２に示す単セル１００を複数積層して、積層方向に締結荷重を加えつつ、全体を固定する。このような燃料電池では、隣接する単セル１００間に、既述したように冷媒流路が形成される。隣り合う一方の単セル１００が備えるガスセパレータ４０と、隣り合う他方の単セル１００において上記ガスセパレータ４０に隣接して配置されるガスセパレータ５０と、の間には、図示しないガスケットが配置される。このガスケットによって、上記冷媒流路がシールされる。なお、図２では、積層方向に見たときの各部の位置関係を明確に示すために、カソード１６とＣａＧＤＬ１７との間には空隙が設けられているが、ＣａＧＤＬ１７をＭＥＡ１０上に配置して加圧することにより、さらに、燃料電池に締結加重を加えることにより、燃料電池内においてカソード１６およびＣａＧＤＬ１７の対向する面は、互いに接触する。

（Ａ－２）燃料電池の製造方法：
図３は、本実施形態の燃料電池の製造方法を表わすフローチャートである。また、図４Ａ～図４Ｄは、製造途中の燃料電池の様子を表わす断面模式図である。以下では、図３に基づいて、図４Ａ～図４Ｄを参照しつつ、燃料電池の製造方法を説明する。

燃料電池を製造する際には、まず、ＭＥＡ１０を作製する（工程Ｔ１００）。具体的には、高分子電解質と触媒担持カーボンとを溶剤に分散させた触媒インクを作製し、作製した触媒インクを電解質膜１２上に塗布することにより、あるいは、基板上に塗布した触媒インクを電解質膜１２上に転写することにより、電解質膜１２上にアノード１４およびカソード１６を形成すればよい。

その後、ＭＥＡ１０と、アノード側のガス拡散層であるＡｎＧＤＬ１５とを接合する（工程Ｔ１１０）。工程Ｔ１１０の様子を、図４Ａに示す。工程Ｔ１１０で実行する接合は、例えば、常温プレスにより行なうことができる。ＭＥＡ１０とＡｎＧＤＬ１５とを接合して得られる構造体を、ＡｎＭＥＧＡ８０とも呼ぶ（後述する図４Ｃ参照）。

また、樹脂フレーム２０の内周部に樹脂シート６０の外周部を重ねて接合する（工程Ｔ１２０）。工程Ｔ１２０の様子を、図４Ｂに示す。工程Ｔ１２０で実行する接合は、例えば、加熱プレスにより実現することができる。あるいは、超音波溶着などの熱溶着により、樹脂フレーム２０と樹脂シート６０との接合を行なってもよい。樹脂フレーム２０と樹脂シート６０とを接合して得られる構造体を、フレームシート２８とも呼ぶ（後述する図４Ｃ参照）。なお、図２や後述する図４Ｃ等では、樹脂フレーム２０と樹脂シート６０の接合部には、樹脂シート６０の厚み分の段差が描かれているが、樹脂フレーム２０と樹脂シート６０との接合時に、熱可塑性樹脂により形成される樹脂シート６０が溶融することにより、上記段差を実質的に解消することが可能になる。

その後、ＡｎＭＥＧＡ８０のＭＥＡ１０上に接着剤を塗工し、フレームシート２８を積層後、接着剤を硬化させる（工程Ｔ１３０）。具体的には、ＭＥＡ１０の外周部の露出領域を覆うように接着剤を塗工して、塗工した接着剤上にフレームシート２８を重ねる。工程Ｔ１３０の様子を、図４Ｃに示す。本実施形態では、接着剤の硬化は、ＵＶ照射により行なっている。なお、以下の説明では、上記のように接着剤の塗工により形成した層は、硬化の前後のいずれであっても、接着剤層６２と呼ぶ。

その後、ＭＥＡ１０上において、樹脂フレーム２０の内周よりも内側に、カソード側のガス拡散層であるＣａＧＤＬ１７を積層する（工程Ｔ１４０）。そして、工程Ｔ１４０で得られた積層体を一対のガスセパレータ４０，５０で挟持して熱プレスを行なって（工程Ｔ１５０）、樹脂フレーム２０とガスセパレータ４０，５０とを接合する。工程Ｔ１４０から工程Ｔ１５０までの様子を、図４Ｄに示す。工程Ｔ１５０により、単セル１００が得られる。

なお、本実施形態では、接着剤層６２の内周が、積層方向に見たときにカソード１６と重なるように、工程Ｔ１３０において接着剤を塗布しており、その結果、ＭＥＡ１０の露出領域におけるＣａＧＤＬ１７と積層方向に重なる領域（第１膜露出領域）全体が、樹脂シート６０または接着剤層６２に覆われる。これにより、露出領域の電解質膜１２を、ＣａＧＤＬ１７と接触することに起因する損傷から保護している。

工程Ｔ１４０でＣａＧＤＬ１７を積層した後、工程Ｔ１５０に先立って、ＭＥＧＡ１８全体を積層方向にプレスしてもよい。本実施形態では、図２に示すように、ＭＥＡ１０の露出領域において、樹脂シート６０の内周よりもＭＥＡ１０の中央部側（図２の断面ではＸ方向側）の部位、具体的には位置Ｂから位置Ｃの範囲には、樹脂シート６０に覆われない接着剤層６２の部分が存在する。そのため、上記プレスを行なうことで、上記した接着剤層６２の部分を用いて、ＣａＧＤＬ１７をＡｎＭＥＧＡ８０に固定することができる。なお、接着剤層６２は、工程Ｔ１３０において既に硬化されているため、上記したＣａＧＤＬ１７をＡｎＭＥＧＡ８０に固定する強度は、接着剤の硬化を伴う接着による固定の強度よりも低いが、上記固定を行なうことで、工程Ｔ１４０から工程Ｔ１５０の間にＭＥＧＡ１８を搬送する際に、ＣａＧＤＬ１７の位置ずれを抑えることができる。

工程Ｔ１５０までの工程により単セル１００を作製する動作を繰り返し、得られた複数の単セル１００を積層して（工程Ｔ１６０）、燃料電池を完成する。

以上のように構成された本実施形態の燃料電池によれば、ＣａＧＤＬ１７および樹脂フレーム２０と、ＭＥＡ１０と、の間において、樹脂フレーム２０の内周とＣａＧＤＬ１７の外周との間を埋めるように、樹脂シート６０を配置している。すなわち、接着剤層６２を介してＭＥＡ１０の空隙部位を覆うように、樹脂シート６０を配置している。このように、ＭＥＡ１０の空隙部位が樹脂シート６０によって物理的に補強されるため、ＭＥＡ１０の空隙部位に応力が集中する場合であっても、ＭＥＡ１０の耐久性の低下を抑えることができる。ＭＥＡ１０の空隙部位に応力が集中する場合とは、例えば、燃料電池が温度変化して、樹脂フレーム２０が伸縮する場合や、燃料電池の発電時等に電解質膜１２が膨潤と乾燥とを繰り返す場合や、電解質膜１２の内部あるいは外部の液水が凍結する場合が挙げられる。空隙部位は、樹脂フレーム２０やＣａＧＤＬ１７と、ＡｎＧＤＬ１５と、の間で挟持されて形状変化が抑えられる部位とは異なり、応力集中しやすいが、このような部位を補強することで、燃料電池全体の耐久性を向上させることができる。

さらに、本実施形態の燃料電池によれば、ＭＥＡ１０の空隙部位に樹脂シート６０を設けることで、単セル１００の外部から侵入する化学物質がＭＥＡ１０に接触することを妨げて、ＭＥＡ１０を化学的に保護することができる。以下に、ＭＥＡ１０を化学的に保護する例について説明する。

図５は、比較例としての単セル１００ａの概略構成を表わす断面模式図である。単セル１００ａは、樹脂シート６０を有しないことを除いて、第１実施形態の単セル１００と同様の構成を有するため、共通する部分には単セル１００と同じ参照番号を付している。図５は、図２と同様の位置における断面を表わす。接着剤層６２においては、接着剤層６２を形成する過程で内部に気泡が生じる場合がある。また、接着剤を塗工する際に、塗工できていない部分や塗工厚みが比較的薄い部分などが生じる塗工ムラが発生する場合がある。その結果、接着剤層６２には、図５に示すように、電解質膜１２の表面と接着剤層６２の外部とを連通させる微細な欠陥６３が生じる場合がある。また、接着剤層６２上には、酸化ガス流路が形成されており、酸化ガス流路には、外部から、微細な鉄系の異物が混入し得る。燃料電池の発電時には、電気化学反応の副反応で過酸化水素が生じ、過酸化水素からさらにヒドロキシラジカルなどのラジカルが生じることが知られている。このようなラジカルは、電解質膜１２を構成する高分子電解質を分解する反応を引き起こし、電解質膜１２の劣化を引き起こし得る。上記のように鉄系の異物が存在するときには、二価鉄を触媒として過酸化水素からヒドロキシルラジカルが発生する化学反応（フェントン反応）が進行するため、ヒドロキシラジカルの生成が促進される。本実施形態によれば、樹脂シート６０によって接着剤層６２の欠陥６３を覆うことで、上記触媒となる鉄系の異物等がＭＥＡ１０に接触することを妨げてヒドロキシラジカルの発生を抑え、電解質膜１２の劣化を抑制することができる。

以下では、樹脂シート６０による上記のような化学的な保護の効果を確認した結果について説明する。樹脂シート６０の有無のみが異なる燃料電池として、図２と同様の単セル１００と、図５と同様の単セル１００ａを作製した。このとき、比較例の単セル１００ａでは、接着剤層６２を形成した後、接着剤層６２を光学顕微鏡で観察したところ、直径が数百μｍ程度の欠陥６３を複数発見した。そこで、これらの欠陥６３の上に、鉄系の異物として、ステンレス鋼製の微粒子（ＳＵＳ３０４、径が１００μｍ）を配置して単セル１００ａを組み立て、比較例の燃料電池を得た。これに対して単セル１００では、樹脂シート６０の上に、上記したステンレス鋼製の微粒子を、単セル１００ａと同数配置して、燃料電池を得た。そして、各々の燃料電池に対して燃料ガスおよび酸化ガスを供給し、発電を行なわせた。

各々の燃料電池を、温度制御が可能な装置内に配置して発電を行なわせ、冷熱サイクル実験、および、劣化加速実験を行なった。冷熱サイクル実験は、－３０℃から、通常発電時の燃料電池の平均的な運転温度よりも１０℃高い温度の間で、発電時の温度を一定周期で上下させ、定期的に、電解質膜１２のガスリークの有無を検査した。劣化加速実験は、通常発電時の燃料電池の平均的な運転温度よりも高い一定の加速温度にて連続発電を行ない、定期的に、電解質膜１２のガスリークの状態を検査した。電解質膜１２におけるガスリークの状態は、セル内燃料ガス流路に水素を流すと共に、セル内酸化ガス流路に窒素を流して、セル内酸化ガス流路への水素の透過量を測定することにより判定した。その結果、電解質膜１２の劣化が進行することにより、ガスリークが急激に増加する時点を特定することができた。冷熱サイクル実験および劣化加速実験のいずれにおいても、樹脂シート６０を備える単セル１００は、比較例の単セル１００ａに比べて、ガスリークが増加するまでの時間を、１．６倍長くすることができた（データ示さず）。

Ｂ．第２実施形態：
図６Ａ、図６Ｂ、および図７は、図３の工程Ｔ１２０における樹脂フレーム２０の内周部に対する樹脂シート６０の接合を、超音波溶着により行なう際に用いる治具の構成を示す説明図である。樹脂フレーム２０と樹脂シート６０との超音波溶着は、樹脂フレーム２０の内周部と樹脂シート６０の外周部とを重ねた領域を、貼り付き抑制部７６を介在させつつ、超音波ホーン７４（以下、単にホーン７４と呼ぶ）と受け治具７０とによって挟持し、ホーン７４から、樹脂フレーム２０および樹脂シート６０に超音波振動を伝達することにより行なう。以下では、図６Ａ、図６Ｂ、および図７を用いて、第２実施形態として、工程Ｔ１２０において樹脂フレーム２０と樹脂シート６０とを超音波溶着により接合する動作について説明する。

図６Ａは、樹脂フレーム２０の内周部と樹脂シート６０の外周部とが重なるように、受け治具７０上に、樹脂シート６０と樹脂フレーム２０とをこの順で載置した様子を示す平面図である。図６Ｂは、図６Ａにおける６Ｂ－６Ｂ断面の様子を表わす断面図である。図６Ｂに示すように、受け治具７０の上面には、樹脂シート６０を位置決めするための段差部７１が設けられており、樹脂シート６０は、この段差部７１に沿って配置することで、受け治具７０に対して位置決めされる。また、受け治具７０には、複数（図６Ａおよび図６Ｂでは２箇所）の位置決めピン７２が設けられており、樹脂フレーム２０には、位置決めピン７２に対応する位置に位置決め穴が設けられている。上記位置決め穴を位置決めピン７２に通しつつ、樹脂フレーム２０を受け治具７０上に配置することで、樹脂フレーム２０は受け治具７０に対して位置決めされる。

図７は、図６Ｂの断面図において領域ＶＩＩとして示す領域を拡大して示す図である。図７では、樹脂フレーム２０と樹脂シート６０とを重ねた領域に、さらにホーン７４を押し当てた様子を表わしている。ホーン７４は、樹脂フレーム２０と樹脂シート６０とを溶着すべき箇所である接合箇所に対応する形状を有している。上記接合箇所は、例えば、樹脂フレーム２０の内周に沿って連続して延びる矩形形状としてもよく、あるいは、スポット状の接合箇所を複数設けてもよい。

図７に示すように、本実施形態では、受け治具７０上には、樹脂フレーム２０と樹脂シート６０とが重なる方向にホーン７４と対向する箇所を含む範囲に、溶融した熱可塑性樹脂と受け治具７０との接着を抑える貼り付き抑制部７６が配置される。貼り付き抑制部７６は、溶融した熱可塑性樹脂と受け治具７０との接着を抑えることができればよく、例えば、非粘着性フッ素樹脂、具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等により形成することができる。貼り付き抑制部７６を構成する材料は、接合対象として受け治具７０上に配置されている樹脂シート６０が超音波溶着時に昇温する温度よりも高い融点を示せばよく、高融点であるという観点から、ＰＴＦＥを用いることが望ましい。貼り付き抑制部７６は、例えば、上記材料により形成したシートを、受け治具７０上に予め貼り付けることにより形成することができる。あるいは、貼り付き抑制部７６は、上記材料を、受け治具７０上に予め塗布することにより形成してもよい。

このような構成とすれば、樹脂フレーム２０と樹脂シート６０とを超音波溶着により接合する際に、樹脂シート６０を構成する熱可塑性樹脂が溶融しても、溶融した樹脂が受け治具７０に貼り付くことを抑えることができる。そのため、例えば、接合後にフレームシート２８を受け治具７０から取り外す際に、フレームシート２８が受け治具７０に貼り付くことを抑え、貼り付いたフレームシート２８を剥がすことに起因してフレームシート２８が損傷することを抑制可能となる。

上記第２実施形態では、受け治具７０上に貼り付き抑制部７６を設けたが、このような構成に加えて、あるいは、このような構成に代えて、ホーン７４上に貼り付き抑制部７６を設けてもよい。一般に、ホーン７４から遠い受け治具７０側の方が、温度分布においてより高温になるが、ホーン７４上で樹脂の溶融が起こる場合には、ホーン７４上に貼り付き抑制部７６を設ければよい。

また、上記第２実施形態では、樹脂フレーム２０と樹脂シート６０とを受け治具７０上に配置する際に、樹脂シート６０が受け治具７０側となるように樹脂フレーム２０と樹脂シート６０とを重ねているが異なる構成としてもよい。樹脂フレーム２０が受け治具７０側となるように樹脂フレーム２０と樹脂シート６０とを重ね、受け治具７０と樹脂フレーム２０との間に貼り付き抑制部７６を配置してもよい。

Ｃ．第３実施形態：
図８は、第３実施形態の燃料電池の製造過程の工程Ｔ１３０において、ＡｎＭＥＧＡ８０上に接着剤層６２となる接着剤を塗工した様子を表わす平面図であり、図９は、工程Ｔ１２０で作製したフレームシート２８を表わす平面図であり、図１０は、工程Ｔ１３０においてＡｎＭＥＧＡ８０とフレームシート２８とを接着した様子を表わす平面図である。また、図１１は、図１０における１１－１１断面の様子を表わす断面模式図であり、図１２は、図１０における１２－１２断面の様子を表わす断面模式図である。なお、図１０は、ＣａＧＤＬ１７を積層する前の様子を表わすが、図１１および図１２では、各部の位置関係の理解を容易にするために、ＣａＧＤＬ１７を積層した後の様子を示している。第３実施形態の燃料電池は、樹脂シート６０の形状、および、接着剤層６２の形状が異なること以外は、第１実施形態の燃料電池と同様の構成を有しており、同様の製造方法により製造される。第３実施形態において、第１実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付し、共通する製造工程には同じ工程番号を付す。

図８に示すように、第３実施形態の燃料電池では、ＡｎＭＥＧＡ８０上に塗工する接着剤層６２は、外形が矩形の枠状に成形された枠状部６２ａと、枠状部６２ａよりも幅広に形成されて、枠状部６２ａにおけるＸ方向に延びる部位からＡｎＭＥＧＡ８０の中央部側（以下、単に「中央部側」とも呼ぶ）に突出して設けられた複数の凸状部６２ｂと、を備える。また、図９に示すように、第３実施形態の樹脂シート６０には、Ｘ方向に延びる部位の内周部において、複数の切り欠き部６１が設けられている。図１０に示すように、ＡｎＭＥＧＡ８０とフレームシート２８とを重ねて接着すると、樹脂シート６０の各々の切り欠き部６１では、接着剤層６２の凸状部６２ｂが露出する。

図１１に示した図１０における１１－１１断面は、樹脂シート６０において切り欠き部６１が形成されていない箇所における断面である。このような断面では、図１１に示すように、樹脂シート６０の内周部とカソード１６の外周部とが重なっている。また、図１１の断面では、接着剤層６２における枠状部６２ａが表われており、この枠状部６２ａの内周は、樹脂シート６０の内周よりも外周側（図１１の断面ではＺ方向側）に配置されている。図１１では、積層方向に見たときに、樹脂シート６０の内周と重なる位置を「位置Ｂ’」として示し、接着剤層６２の内周と重なる位置を「位置Ｄ’」として示している。なお、位置Ｂ’および位置Ｄ’は、図８および図９にも示している。

図１１の断面において、樹脂シート６０の内周部とカソード１６との重なり量、すなわち、位置Ｃから位置Ｂ’までの長さは、樹脂シート６０がＭＥＡ１０の第１膜露出領域（積層方向に見たときに露出領域がＣａＧＤＬ１７と重なる領域）全体を覆うように、単セル１００の製造時の位置合わせの精度に応じて定めればよい。また、図１１の断面において、接着剤層６２の内周部は、樹脂シート６０に覆われていればよい。そのため、接着剤層６２の内周を、カソード１６に接するまで中央部側に延ばして設けてもよく、あるいは、接着剤層６２の内周である位置Ｄ’を、ＣａＧＤＬ１７の外周である位置Ａより外周側（図１１の断面ではＺ方向側）に配置してもよい。

図１２に示した図１０における１２－１２断面は、樹脂シート６０において切り欠き部６１が形成されている箇所における断面である。このような断面では、図１２に示すように、接着剤層６２における凸状部６２ｂが表われており、この凸状部６２ｂの内周（位置Ｄ）は、樹脂シート６０の内周（位置Ｂ）よりも中央部側（図１２の断面では－Ｚ方向側）に配置されて、接着剤層６２の内周部とカソード１６の外周部とが重なっている。なお、位置Ｂおよび位置Ｄは、図８および図９にも示している。

図１２の断面において、接着剤層６２の内周部とカソード１６との重なり量、すなわち、位置Ｃから位置Ｄまでの長さは、接着剤層６２がＭＥＡ１０の第１膜露出領域（積層方向に見たときに露出領域がＣａＧＤＬ１７と重なる領域）全体を覆うように、単セル１００の製造時の位置合わせの精度に応じて定めればよい。図１２における位置Ｃから位置Ｄまでの長さは、図１１の位置Ｃから位置Ｂ’までの長さと同じであってもよく、異なっていてもよい。本実施形態では、図１２の位置Ｃから位置Ｄまでの長さは、図１１の位置Ｃから位置Ｂ’までの長さと同じとしている。また、図１２の断面において、樹脂シート６０の内周部とＣａＧＤＬ１７との重なり量、すなわち、位置Ａから位置Ｂまでの長さは、第１実施形態と同様に、樹脂シート６０が空隙部位（ＭＥＡ１０における、樹脂フレーム２０の内周とＣａＧＤＬ１７の外周との間の隙間と積層方向に重なる部位）を隙間無く塞ぐように、単セル１００の製造時の位置合わせの精度に応じて定めればよい。

このような構成とすれば、樹脂シート６０の切り欠き部６１で露出する接着剤層６２の凸状部６２ｂによって、ＣａＧＤＬ１７をＡｎＭＥＧＡ８０に固定することが可能になる。そのため、工程Ｔ１４０から工程Ｔ１５０の間にＭＥＧＡ１８を搬送する際に、ＣａＧＤＬ１７の位置ずれを抑えることができる。さらに、本実施形態の接着剤層６２は、切り欠き部６１で露出する箇所以外は、樹脂シート６０によって覆われている。そのため、燃料電池の製造工程や発電時に温度上昇した際などに、接着剤層６２を構成する接着剤から揮発成分が揮発するのを抑制し、揮発成分がカソード１６などの触媒層に付着して発電性能が低下することを抑えることができる。特に、本実施形態では、接着剤層６２の一部を露出させる切り欠き部６１は、樹脂シート６０の内周におけるＸ方向に延びる部位に設けられている。すなわち、切り欠き部６１は、樹脂シート６０の内周において、反応ガスの流通に係るマニホールド孔に近接するＺ方向に延びる部位から、より離れた部位に設けられている。そのため、接着剤の揮発成分が反応ガスに混入して触媒層に付着することを抑える効果を高めることができる。

切り欠き部６１で接着剤層６２を露出させることにより、ＭＥＧＡ１８の搬送時にＣａＧＤＬ１７の位置ずれを抑える効果が得られることを、実験的に確認した。その結果、ＭＥＡ１０の第１膜露出領域（積層方向に見たときに露出領域がＣａＧＤＬ１７と重なる領域）全体の面積に対して、切り欠き部６１で接着剤層６２が露出する面積の合計の割合を３０％としても、上記搬送時におけるＣａＧＤＬ１７の位置ずれを抑える十分な接着性が得られることが確認された（データ示さず）。

さらに、第３実施形態の燃料電池によれば、接着剤層６２は、切り欠き部６１で露出する凸状部６２ｂ以外は、凸状部６２ｂよりも幅が狭く（図１１および図１２の断面ではＺ方向の長さが短く）形成された枠状部６２ａとなっている。すなわち、ＭＥＡ１０の第１膜露出領域において、接着剤層６２がＭＥＡ１０とＣａＧＤＬ１７との固定に関与しない領域では、樹脂シート６０に覆われるが接着剤層６２が形成されていない領域が存在する。そのため、上記のように接着剤層６２によってＭＥＡ１０とＣａＧＤＬ１７との固定を確保しつつ、接着剤の使用量を抑えることができる。ただし、図８に示す接着剤層６２のＸ方向に延びる部位全体において、接着剤層６２の内周が位置Ｄに達するように一様に幅を広くして（Ｚ方向の長さを長くして）接着剤層６２を形成してもよい。このような構成としても、切り欠き部６１で露出する接着剤層６２によってＭＥＡ１０とＣａＧＤＬ１７とを固定する効果と、樹脂シート６０で接着剤層６２を覆って接着剤層６２からの揮発成分の放出を抑える効果を得ることができる。

また、本実施形態によれば、樹脂シート６０の切り欠き部６１で露出する接着剤層６２によって、ＭＥＡ１０とＣａＧＤＬ１７との固定を確保しているため、ＭＥＡ１０とＣａＧＤＬ１７との固定のために、樹脂シート６０の内周部における中央部側の端部よりもさらに中央部側に延びるように、接着剤層６２を形成する必要がない。そのため、接着剤層６２を中央部側に延ばして形成することに起因して、ＭＥＡ１０において電気化学反応が進行する領域が狭くなって電池性能が低下することがない。

接着剤層６２を露出させるために樹脂シート６０に設ける構造は、切り欠き部６１以外であってもよく、ＭＥＡ１０における第１膜露出領域、接着剤層６２、およびＣａＧＤＬ１７と、積層方向に重なる部位において、樹脂シート６０を積層方向に貫通して接着剤が内部に配置される空隙が形成されていればよい。このような空隙としては、例えば、樹脂シート６０に設けた貫通穴、あるいはスリットなど、種々の態様を採用可能である。

Ｄ．他の実施形態：
（Ｄ１）上記各実施形態では、ＭＥＡ１０の第１膜露出領域において、樹脂シート６０に覆われない接着剤層６２の部分を設けて、当該部分によって、ＣａＧＤＬ１７をＡｎＭＥＧＡ８０に固定しているが、異なる構成としてもよい。ＭＥＧＡ１８を搬送する際におけるＣａＧＤＬ１７の位置ずれが許容範囲であれば、樹脂シート６０に覆われない接着剤層６２の部分を設けることなく、樹脂シート６０の内周である位置Ｂを、カソード１６の外周である位置Ｃよりも中央部側に配置することとしてもよい。

（Ｄ２）上記各実施形態では、樹脂フレーム２０は、接着性を付与された熱可塑性樹脂から成る第１接着層２４および第２接着層２６にコア層２２が挟持される３層構造とし、樹脂シートは熱可塑性樹脂により形成したが、異なる構成としてもよい。例えば、第１接着層２４による接着性が十分であれば、樹脂シート６０は、熱可塑性樹脂とは異なる樹脂により形成してもよい。あるいは、樹脂フレーム２０と樹脂シート６０との間の接着、および、樹脂フレーム２０とガスセパレータ４０，５０との間の接着を、例えば接着剤を用いるなどの他の方法により行なう場合には、樹脂フレーム２０は、表面に、接着樹脂層を有しないこととしてもよい。

（Ｄ３）上記各実施形態では、図２に示すように、アノード１４およびＡｎＧＤＬ１５は、カソード１６およびＣａＧＤＬ１７よりも大きく、カソード１６およびＣａＧＤＬ１７の外周の外側にはみ出すように配置されているが、異なる構成としてもよい。例えば、図２において、アノード１４およびＡｎＧＤＬ１５と、カソード１６およびＣａＧＤＬ１７とを入れ替えて、アノード１４およびＡｎＧＤＬ１５と、カソード１６およびＣａＧＤＬ１７との大小関係を逆にしてもよい。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…ＭＥＡ、１２…電解質膜、１４…アノード、１５…ガス拡散層（ＡｎＧＤＬ）、１６…カソード、１７…ガス拡散層（ＣａＧＤＬ）、１８…ＭＥＧＡ、２０…樹脂フレーム、２２…コア層、２４…第１接着層、２６…第２接着層、２８…フレームシート、３１～３６…マニホールド孔、３８…スリット部、４０，５０…ガスセパレータ、６０…樹脂シート、６１…切り欠き部、６２…接着剤層、６２ａ…枠状部、６２ｂ…凸状部、６３…欠陥、７０…受け治具、７１…段差部、７２…位置決めピン、７４…ホーン、７６…貼り付き抑制部、８０…ＡｎＭＥＧＡ、１００，１００ａ…単セル

Claims (3)

1. 燃料電池であって、
   電解質膜の両面に電極が形成された膜電極接合体と、
   前記膜電極接合体における一方の面上に積層されたガス拡散層と、
   前記ガス拡散層の外周から離間して、前記ガス拡散層の外周を囲むように、前記膜電極接合体の一方の面上に接合された樹脂フレームと、
   前記ガス拡散層および前記樹脂フレームと、前記膜電極接合体と、の間において、前記樹脂フレームの内周と前記ガス拡散層の外周との間を埋めるように配置された樹脂シートと、
   前記樹脂フレーム、前記樹脂シート、および、前記ガス拡散層と、前記膜電極接合体と、の間に、接着剤によって構成される接着剤層と、
   を備え、
   前記膜電極接合体において前記ガス拡散層の外周部と重なる領域には、前記ガス拡散層が設けられる側の面に、前記電極が形成されていない膜露出領域が設けられており、
   前記樹脂シートは、前記膜電極接合体における前記膜露出領域、前記接着剤層、および前記ガス拡散層と、前記ガス拡散層の積層方向に重なる部位を有し、前記重なる部位において、前記樹脂シートを前記積層方向に貫通して前記接着剤が内部に配置される空隙が形成されている、
   燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記膜電極接合体の前記膜露出領域は、前記接着剤層と前記樹脂シートとのうちの少なくとも一方によって覆われており、
   前記膜電極接合体の前記膜露出領域において、前記樹脂シートに覆われる部位には、前記接着剤層が形成されていない領域が設けられている、
   燃料電池。
3. 燃料電池の製造方法であって、
   電解質膜の両面に電極が形成された膜電極接合体と、前記膜電極接合体における一方の面上に積層されるガス拡散層と、前記ガス拡散層の外周から離間して前記ガス拡散層の外周を囲むように前記膜電極接合体の一方の面上に接合される樹脂フレームであって、接着性を付与された熱可塑性樹脂を含む接着樹脂層を両面に備える樹脂フレームと、熱可塑性樹脂により形成された樹脂シートであって、前記ガス拡散層および前記樹脂フレームと、前記膜電極接合体と、の間において、前記樹脂フレームの内周と前記ガス拡散層の外周との間を埋めるように配置される樹脂シートと、前記膜電極接合体、前記ガス拡散層、前記樹脂フレーム、および前記樹脂シートを含む構造を挟持する一対のガスセパレータであって、前記接着樹脂層に接着される前記一対のガスセパレータと、を準備し、
   前記樹脂フレームの内周部と前記樹脂シートの外周部とを重ねた領域を、溶融した熱可塑性樹脂の貼り付きを抑える貼り付き抑制部を介在させつつ、超音波ホーンと受け治具とによって挟持し、
   前記超音波ホーンから、前記樹脂フレームおよび前記樹脂シートに超音波振動を伝達して、前記樹脂フレームと前記樹脂シートとを超音波溶着する、
   燃料電池の製造方法。

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