JP7456373B2 - 燃料電池セルおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本明細書に開示する技術は、燃料電池セルおよびその製造方法に関する。

特許文献１に開示されている燃料電池セルは、電解質膜のアノード側に、アノード側触媒層とアノード側ガス拡散層とが順に積層されている。また、電解質膜のカソード側に、カソード側触媒層とカソード側ガス拡散層とが順に積層されている。

特開２０２０－１４０８５４号公報

燃料電池作動時における温度変化や生成水などによって電解質膜が膨張収縮するため、応力集中によりアノード側触媒層やカソード側触媒層に欠損が発生してしまうおそれがある。

本明細書が開示する燃料電池セルは、電解質膜と、第１および第２触媒層と、第１および第２ガス拡散層と、支持フレームと、を備えている。電解質膜の第１面上には第１触媒層が配置されている。第１触媒層上には第１ガス拡散層が配置されている。電解質膜の第２面上には、電解質膜よりも小さい第２触媒層が、電解質膜の外周よりも内側に配置されている。第２触媒層上には、電解質膜よりも小さい第２ガス拡散層が、電解質膜の外周よりも内側に配置されている。支持フレームは、第２触媒層および第２ガス拡散層よりも大きい開口部を備えている。支持フレームは、開口部内に第２触媒層および第２ガス拡散層が位置するように電解質膜の第２面上に配置されている。電解質膜に垂直な方向からみたときに、第２ガス拡散層が存在している領域である第１領域と、第２ガス拡散層の外周縁部と支持フレームの開口部の内周縁部との間の領域である第２領域と、が存在している。第１領域における第１触媒層と第１ガス拡散層との接合力は、第２領域における第１触媒層と第１ガス拡散層との接合力に比して小さい。

第２ガス拡散層が存在している第１領域では、発電による生成水量の変化によって、電解質膜が寸法変化する。この第１領域における第１触媒層と第１ガス拡散層との接合力を小さくすることで、電解質膜が寸法変化した場合に第１触媒層が第１ガス拡散層に押し付けられることにより発生する内部応力を抑制することができる。応力集中により第１触媒層に欠損が発生してしまう事態を抑制できる。また第２ガス拡散層は、電解質膜に第２面側へ移動するような力が印加された場合に、電解質膜を支持する機能を有している。しかし第２ガス拡散層が存在しない第２領域では、電解質膜が支持できずに変形してしまい、電解質膜が裂けてしまう場合がある。この第２領域における第１触媒層と第１ガス拡散層との接合力を大きくすることで、電解質膜の第２面側への変形を抑制することができる。電解質膜の耐久性を向上させることが可能となる。

第１領域における電解質膜と第１触媒層との接合力は、第２領域における電解質膜と第１触媒層との接合力に比して小さくてもよい。第１触媒層に欠損が発生した場合に、欠損近傍において、電解質膜と第１触媒層との接触界面を離反させることができる。電解質膜に応力が集中しまうことを抑制できる。

第１領域における第２触媒層と第２ガス拡散層との接合力は、第２領域における第１触媒層と第１ガス拡散層との接合力に比して小さくてもよい。電解質膜が寸法変化した場合に第２触媒層が第２ガス拡散層に押し付けられることにより発生する内部応力を、抑制することができる。第２触媒層に欠損が発生してしまう事態を抑制できる。

第１領域における電解質膜と第２触媒層との接合力は、第２領域における電解質膜と第１触媒層との接合力に比して小さくてもよい。第２触媒層に欠損が発生した場合に、欠損近傍において、電解質膜と第２触媒層との接触界面を離反させることができる。電解質膜に応力が集中しまうことを抑制できる。

電解質膜と第１触媒層と第１ガス拡散層との外周縁部が互いに重複していてもよい。

第２触媒層は第２ガス拡散層よりも小さくてもよい。第２触媒層は第２ガス拡散層の外周よりも内側に配置されていてもよい。

電解質膜の第２面上に配置されている接着層をさらに備えていてもよい。接着層は、電解質膜に垂直な方向からみたときに、支持フレームが存在している領域および第２領域に配置されていてもよい。接着層により、支持フレームを電解質膜の外周に固定することができる。

本明細書が開示する技術は、燃料電池セルの製造方法に具現化される。この燃料電池セルは、電解質膜と、第１および第２触媒層と、第１および第２ガス拡散層と、支持フレームと、を備える。電解質膜の第１面上には第１触媒層が配置されている。第１触媒層上には第１ガス拡散層が配置されている。電解質膜の第２面上には、電解質膜よりも小さい第２触媒層が、電解質膜の外周よりも内側に配置されている。第２触媒層上には、電解質膜よりも小さい第２ガス拡散層が、電解質膜の外周よりも内側に配置されている。支持フレームは、第２触媒層および第２ガス拡散層よりも大きい開口部を備えている。支持フレームは、開口部内に第２触媒層および第２ガス拡散層が位置するように電解質膜の第２面上に配置されている。電解質膜に垂直な方向からみたときに、第２ガス拡散層が存在している領域である第１領域と、第２ガス拡散層の外周縁部と支持フレームの開口部の内周縁部との間の領域である第２領域と、が存在している。燃料電池セルの製造方法は、電解質膜の第１面上に第１触媒層および第１ガス拡散層を順に積層する工程を備える。製造方法は、第１領域の第１ガス拡散層と第１触媒層と電解質膜とを、第１の温度で圧着する第１の圧着工程を備える。製造方法は、第２領域の第１ガス拡散層と第１触媒層と電解質膜とを、第１の温度よりも高い第２の温度で圧着する第２の圧着工程を備える。製造方法は、第１および第２の圧着工程の後に、電解質膜の第２面上に第２触媒層、第２ガス拡散層、支持フレームを配置する配置工程を備える。第１触媒層と第１ガス拡散層との接合力を、第２領域に比して第１領域で小さくすることができる。また、電解質膜と第１触媒層との接合力を、第２領域に比して第１領域で小さくすることができる。

第１の圧着工程の圧力は、第２の圧着工程の圧力よりも低くてもよい。第１触媒層と第１ガス拡散層との接合力を、第２領域に比して第１領域で小さくすることができる。また、電解質膜と第１触媒層との接合力を、第２領域に比して第１領域で小さくすることができる。

第１の圧着工程と第２の圧着工程は同時に行われてもよい。圧着工程にかかる時間を短縮することが可能となる。

配置工程は、電解質膜の第２面上に第２触媒層を配置する工程を備えていてもよい。配置工程は、第２触媒層の上に第２ガス拡散層を配置する工程を備えていてもよい。配置工程は、第１領域の第１ガス拡散層と第１触媒層と電解質膜と第２触媒層と第２ガス拡散層とを、第２の温度よりも低い第３の温度で圧着する第３の圧着工程を備えていてもよい。第２触媒層と第２ガス拡散層との接合力を、第２領域に比して第１領域で小さくすることができる。また、電解質膜と第２触媒層との接合力を、第２領域に比して第１領域で小さくすることができる。

配置工程は、電解質膜の第２面上に第２触媒層を配置する工程を備えていてもよい。配置工程は、電解質膜の第２面上であって第２触媒層の外周縁部の外側の領域に接着層を配置する工程を備えていてもよい。配置工程は、接着層上に支持フレームを配置する工程を備えていてもよい。配置工程は、第２触媒層の上に第２ガス拡散層を配置する工程を備えていてもよい。接着層により、支持フレームを電解質膜の外周に固定することができる。

ＭＥＧＡシート１の分解斜視図である。 ＭＥＧＡシート１の上面図である。 図２のIII-III線における部分断面図である。 ＭＥＧＡシート１の製造方法を説明するフロー図である。 ＭＥＧＡシート１の製造方法を説明する部分断面図である。 ＭＥＧＡシート１の製造方法を説明する部分断面図である。 ＭＥＧＡシート１の製造方法を説明する部分断面図である。 ＭＥＧＡシート１の製造方法を説明する部分断面図である。 ＭＥＧＡシート１の製造方法を説明する部分断面図である。 比較例におけるＭＥＧＡシートで発生する現象を説明する図である。 本明細書のＭＥＧＡシート１の効果を説明する図である。

＜ＭＥＧＡシート１の構成＞

図１に、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）シート１の分解斜視図を示す。図２に、ＭＥＧＡシート１の上面図を示す。図３に、図２のIII-III線における部分断面図を示す。ＭＥＧＡシート１は、燃料電池用の発電体シートである。ＭＥＧＡシート１は、不図示のアノード側セパレータおよびカソード側セパレータで挟持されることで、燃料電池を構成する。ＭＥＧＡシート１は、電解質膜１０、アノード触媒層１１、カソード触媒層１２、アノードガス拡散層２１、カソードガス拡散層２２、接着層３０、支持フレーム３１、を備えている。

電解質膜１０は、固体高分子材料により形成された、プロトン伝導性を有するイオン交換膜である。アノード触媒層１１およびカソード触媒層１２は、白金等の触媒を担持したカーボン粒子同士を、樹脂で連結した多孔質層である。電解質膜１０、アノード触媒層１１、カソード触媒層１２は、矩形形状を有している。電解質膜１０、アノード触媒層１１およびカソード触媒層１２によって、矩形状の膜電極接合体（ＭＥＡ）１３が形成される。アノードガス拡散層２１およびカソードガス拡散層２２は、ガス透過性を有する導電性部材である。一例としては、カーボン多孔質体（例：カーボンペーパ、カーボンクロス等）や、金属多孔質体（例：金属メッシュ、発泡金属等）などが挙げられる。アノードガス拡散層２１およびカソードガス拡散層２２は、矩形形状を有している。

アノード触媒層１１およびアノードガス拡散層２１は、電解質膜１０と同等の大きさである。カソード触媒層１２およびカソードガス拡散層２２は、電解質膜１０よりも小さい。また、カソード触媒層１２は、カソードガス拡散層２２よりも小さい。

接着層３０は、塗布された接着剤により形成された層である。接着剤の一例としては、有機溶媒を含む紫外線硬化性を有した接着剤が挙げられる。支持フレーム３１は、電解質膜１０、アノード触媒層１１、カソード触媒層１２、アノードガス拡散層２１、カソードガス拡散層２２を支持する部材である。支持フレーム３１は、開口部ＯＰを備えた枠形状である。開口部ＯＰは、カソード触媒層１２およびカソードガス拡散層２２よりも大きい。支持フレーム３１は、熱硬化性樹脂からなるフレーム層の両面に、熱可塑性樹脂からなる接着層が配置された、３層シート構造を備えている。

図３に示すように、電解質膜１０のアノード側（－ｚ方向側）の面１０ａ上には、アノード触媒層１１が配置されている。アノード触媒層１１上には、アノードガス拡散層２１が配置されている。電解質膜１０とアノード触媒層１１とアノードガス拡散層２１との外周縁部は、縁部Ｅ１で互いに重複している。

電解質膜１０のカソード側（＋ｚ方向側）の面１０ｃ上には、カソード触媒層１２が、電解質膜１０の外周よりも内側に配置されている。電解質膜１０の面１０ｃには、カソード触媒層１２が存在していない、枠形状の外周領域ＰＡが形成されている。外周領域ＰＡ内の面１０ｃ上には、接着層３０が配置されている。カソード触媒層１２上には、カソードガス拡散層２２が、電解質膜１０の外周よりも内側に配置されている。カソード触媒層１２は、カソードガス拡散層２２の外周よりも内側に配置されている。

図３に示すように、枠形状の支持フレーム３１は、内周領域ＩＡと、外周領域ＯＡとを有している。内周領域ＩＡは、接着層３０を介して、電解質膜１０のカソード側の面１０ｃに接着されている。外周領域ＯＡは、電解質膜１０の外周から突出しており、フランジを形成している。接着層３０は、電解質膜１０に垂直な方向からみたときに、支持フレーム３１が存在している内周領域ＩＡおよび第２領域Ａ２に、少なくとも配置されている。

図２に示すように、電解質膜１０に垂直な方向からみたときに、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２が形成されている。第１領域Ａ１は、カソードガス拡散層２２が存在している領域である。第２領域Ａ２は、カソードガス拡散層２２の外周縁部と支持フレーム３１の開口部ＯＰの内周縁部との間の領域である。図２では、分かりやすさのために、第２領域Ａ２をグレーで塗りつぶしている。

本実施例に係るＭＥＧＡシート１では、各層の界面の接合力が、以下の関係を有している（図３参照）。第１領域Ａ１におけるアノード触媒層１１とアノードガス拡散層２１との界面ＡＢ１_Ａ１の接合力は、第２領域Ａ２におけるアノード触媒層１１とアノードガス拡散層２１との界面ＡＢ１_Ａ２の接合力に比して小さい。第１領域Ａ１における電解質膜１０とアノード触媒層１１との界面ＡＢ２_Ａ１の接合力は、第２領域Ａ２における電解質膜１０とアノード触媒層１１との界面ＡＢ２_Ａ２の接合力に比して小さい。

また、各層の界面の接合力が、以下の関係を有している。第１領域Ａ１におけるカソード触媒層１２とカソードガス拡散層２２との界面ＣＢ１_Ａ１の接合力は、第２領域Ａ２におけるアノード触媒層１１とアノードガス拡散層２１との界面ＡＢ１_Ａ２の接合力に比して小さい。第１領域Ａ１における電解質膜１０とカソード触媒層１２との界面ＣＢ２_Ａ１の接合力は、第２領域Ａ２における電解質膜１０とアノード触媒層１１との界面ＡＢ２_Ａ２の接合力に比して小さい。なお、各種界面の接合力の大小は、界面に荷重を加えることによる剥離状態および剥離強度を測定することにより、客観的に評価することが可能である。

＜ＭＥＧＡシート１の製造方法＞
図４のフローおよび図５～図９の断面図を用いて、ＭＥＧＡシート１の製造方法を説明する。ステップＳ１において、カソード側の面１０ｃが保護フィルム１４で保護されている電解質膜１０を用意する。電解質膜１０のアノード側の面１０ａ上に、アノード触媒層１１およびアノードガス拡散層２１を順に積層する（図５）。ステップＳ２において、第１の圧着工程を行う。具体的には、第１領域Ａ１に対応した矩形形状のプレス板４１および４２によって、アノードガス拡散層２１とアノード触媒層１１と電解質膜１０とをプレスする（図５）。第１の圧着は、常温で行われる。保護フィルム１４によって、電解質膜１０の面１０ｃの汚染が防止できる。

ステップＳ３において、第２の圧着工程を行う。具体的には、第２領域Ａ２に対応した枠形状のプレス板５１および５２によって、アノードガス拡散層２１とアノード触媒層１１と電解質膜１０とをプレスする（図６）。第２の圧着は、第１の圧着よりも高い温度で行われる。また第２の圧着工程で用いられる圧力は、第１の圧着工程で用いられる圧力以上である。また保護フィルム１４によって、電解質膜１０の面１０ｃの汚染が防止できる。

これにより、界面ＡＢ１_Ａ１（第１領域Ａ１におけるアノード触媒層１１とアノードガス拡散層２１との界面）の接合力は、界面ＡＢ１_Ａ２（第２領域Ａ２におけるアノード触媒層１１とアノードガス拡散層２１との界面）の接合力に比して小さくなる。また、界面ＡＢ２_Ａ１（第１領域Ａ１における電解質膜１０とアノード触媒層１１との界面）の接合力は、界面ＡＢ２_Ａ２（第２領域Ａ２における電解質膜１０とアノード触媒層１１との界面）の接合力に比して小さくなる。

ステップＳ４において、保護フィルム１４を除去する。そして電解質膜１０のカソード側の面１０ｃ上に、カソード触媒層１２を配置する。ステップＳ５において、電解質膜１０の面１０ｃ上の外周領域ＰＡ（すなわち、カソード触媒層１２の外周縁部の外側の領域）に、接着層３０を配置する。これにより、図７の構造が形成される。

ステップＳ６において、接着層３０上に支持フレーム３１を配置する（図８）。そして、支持フレーム３１に対応したプレス板６１および６２によって、支持フレーム３１を接着層３０に圧着する（図８）。その後、支持フレーム３１を介して接着層３０にＵＶを照射し、接着層３０を硬化させる。ステップＳ７において、カソード触媒層１２の上に、カソードガス拡散層２２を配置する。

ステップＳ８において、第３の圧着工程を行う。具体的には、第１領域Ａ１に対応したプレス板４１および４２によって、アノードガス拡散層２１とアノード触媒層１１と電解質膜１０とカソード触媒層１２とカソードガス拡散層２２とを圧着する。（図９）。これにより、ＭＥＧＡシート１が完成する。

第３の圧着は、第２の圧着よりも低い温度で行われる。また第３の圧着工程で用いられる圧力は、第２の圧着工程で用いられる圧力よりも小さい。これにより、界面ＣＢ１_Ａ１（第１領域Ａ１におけるカソード触媒層１２とカソードガス拡散層２２との界面）の接合力は、界面ＡＢ１_Ａ２（第２領域Ａ２におけるアノード触媒層１１とアノードガス拡散層２１との界面）の接合力に比して小さくなる。また、界面ＣＢ２_Ａ１（第１領域Ａ１における電解質膜１０とカソード触媒層１２との界面）の接合力は、界面ＡＢ２_Ａ２（第２領域Ａ２における電解質膜１０とアノード触媒層１１との界面）の接合力に比して小さくなる。

＜第１領域Ａ１の界面ＡＢ１_Ａ１および界面ＣＢ１_Ａ１の接合力を小さくする効果＞
比較例として、第１領域Ａ１内の界面ＡＢ１_Ａ１の接合力を、第２領域Ａ２内の界面ＡＢ１_Ａ２の接合力と同等まで高くした場合に発生する現象について、図１０を用いて説明する。カソードガス拡散層２２が存在している第１領域Ａ１では、発電が行われるため、生成水量の変化によって電解質膜１０の膨潤量が変化し、寸法変化する。またＭＥＡ１３のアノード側（－ｚ方向側）とカソード側（＋ｚ方向）との間の圧力差に起因して、ＭＥＡ１３には、カソード側からアノード側へ向かう圧力Ｆ１が印加される場合がある。
アノードガス拡散層２１はＭＥＡ１３よりも剛性が高いため、ＭＥＡ１３のアノード側への変形を抑制する機能を有している。しかしアノードガス拡散層２１の表面には凹凸が存在する。そのため、図１０に示すような局所的な凹部ＲＥが存在する。電解質膜１０が膨潤した状態で圧力Ｆ１が印加されると、ＭＥＡ１３が凹部ＲＥ内に移動する。このとき、界面ＡＢ１_Ａ１の接合力が高いため、凹部ＲＥの周囲領域Ｒ１では、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層２１とが圧着している状態が維持される。そのためＭＥＡ１３は、凹部ＲＥで局所的に変形する。その結果、凹部ＲＥの縁に存在する角部ＣＰを支点として、ＭＥＡ１３が折り曲げられるように変形してしまう。角部ＣＰで応力集中が発生し、アノード触媒層１１およびカソード触媒層１２が割れて欠損ＤＦが発生してしまう。欠損ＤＦは、電解質膜１０の破断の原因となってしまう。

本明細書のＭＥＧＡシート１では、界面ＡＢ１_Ａ１の接合力を界面ＡＢ１_Ａ２の接合力よりも小さくしている。これにより図１１に示すように、電解質膜１０が膨潤した状態で圧力Ｆ１が印加された場合に、凹部ＲＥの周囲領域Ｒ１において、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層２１とを離反させることができる。すなわち、凹部ＲＥの周囲を含めた広い範囲で、ＭＥＡ１３を広範囲に変形させることができる。その結果、角部ＣＰを支点として、ＭＥＡ１３が折り曲げられるように変形してしまうことが防止できる。角部ＣＰでの応力集中を抑制できるため、アノード触媒層１１に欠損が発生しまうことを防止できる。

また本明細書のＭＥＧＡシート１では、第１領域Ａ１内の界面ＣＢ１_Ａ１の接合力も小さくしている。これにより得られる効果は、界面ＡＢ１_Ａ１の接合力を小さくする効果と同様である。すなわち、ＭＥＡ１３にアノード側からカソード側へ向かう圧力が印加された場合に、カソードガス拡散層２２の凹部でＭＥＡ１３が折り曲げられるように変形してしまうことが防止できる。

＜第１領域Ａ１の界面ＡＢ２_Ａ１および界面ＣＢ２_Ａ１の接合力を小さくする効果＞
図１２に示すように、アノード触媒層１１に欠損ＤＦが発生してしまう場合がある。ここで界面ＡＢ２_Ａ１の接合力が必要以上に高い場合には、欠損ＤＦにおいて、電解質膜１０とアノード触媒層１１とが接触している状態が維持される。そのため、欠損ＤＦにおける電解質膜１０とアノード触媒層１１との接触界面が起点となり、電解質膜１０に応力が集中してしまう。電解質膜１０が破断してしまう場合がある。ここで、本明細書のＭＥＧＡシート１では、第１領域Ａ１の界面ＡＢ２_Ａ１の接合力を、第２領域Ａ２の界面ＡＢ２_Ａ２の接合力よりも小さくしている。すなわち、界面ＡＢ２_Ａ１の接合力が必要以上に高くなることがない。これにより、欠損ＤＦが発生した場合に、欠損ＤＦ近傍において、電解質膜１０とアノード触媒層１１との接触界面を離反させることができる。欠損ＤＦが発生した場合においても、電解質膜１０に応力が集中しまうことを抑制できるため、電解質膜１０の破断を防止することが可能となる。

また本明細書のＭＥＧＡシート１では、第１領域Ａ１の界面ＣＢ２_Ａ１の接合力も小さくしている。これにより得られる効果は、界面ＡＢ２_Ａ１の接合力を小さくする効果と同様である。すなわち、カソード触媒層１２に欠損ＤＦが発生した場合に、欠損ＤＦ近傍において、電解質膜１０とカソード触媒層１２との接触界面を離反させることができる。電解質膜１０に応力が集中しまうことを抑制できる。

＜第２領域Ａ２の界面ＡＢ１_Ａ２および界面ＡＢ２_Ａ２の接合力を高くする効果＞
ＭＥＡ１３のアノード側（－ｚ方向側）とカソード側（＋ｚ方向）との間には、圧力差が発生する。アノードガス拡散層２１、カソードガス拡散層２２および支持フレーム３１は、ＭＥＡ１３に比して剛性が高いため、圧力差によって電解質膜１０が変形しないように支持する機能を有する。しかし第２領域Ａ２（図３）のカソード側には、カソードガス拡散層２２および支持フレーム３１の何れも存在しない。よって第２領域Ａ２の電解質膜１０には、圧力差によってカソード側へ向かう力Ｆ２が印加されてしまう。

本明細書のＭＥＧＡシート１では、第２領域Ａ２内の界面ＡＢ１_Ａ２の接合力を、第１領域Ａ１内の界面ＡＢ１_Ａ１よりも高くしている。これにより、第２領域Ａ２の電解質膜１０およびアノード触媒層１１に力Ｆ２が印加された場合においても、アノード触媒層１１がアノードガス拡散層２１の表面から剥離してしまうことを抑制できる。電解質膜１０が裂けてしまう事態を防止できる。

また本明細書のＭＥＧＡシート１では、第２領域Ａ２内の界面ＡＢ２_Ａ２の接合力を、第１領域Ａ１内の界面ＡＢ２_Ａ１よりも高くしている。これにより、第２領域Ａ２の電解質膜１０およびアノード触媒層１１に力Ｆ２が印加された場合においても、アノード触媒層１１と電解質膜１０の圧着界面が剥離してしまうことを抑制できる。電解質膜１０が裂けてしまう事態を防止できる。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

＜変形例＞
第１の圧着工程（Ｓ２）と第２の圧着工程（Ｓ３）は同時に行われてもよい。例えば、矩形形状のプレス板４１および４２（図５）と、枠形状のプレス板５１および５２（図６）とを、同時にプレスしてもよい。プレス板４１および４２と、プレス板５１および５２とは、別体であるため、温度および圧力を個別に制御可能である。

第１の圧着工程（Ｓ２）、第２の圧着工程（Ｓ３）、第３の圧着工程（Ｓ８）において、各界面の接合力を調整する方法は、温度および圧力を異ならせる方法に限られず、様々な方法を用いることができる。例えば、圧着している時間によって調整することも可能である。

第１の圧着工程（Ｓ２）、第２の圧着工程（Ｓ３）、カソード触媒層１２を配置する工程（Ｓ４）、の順番は、本実施形態の例に限られず、自由に組み合わせることができる。例えば、第１の圧着工程と第２の圧着工程の順番を入れ替えてもよい。また例えば、カソード触媒層１２を配置してから、第１の圧着工程や第２の圧着工程を行ってもよい。

アノードガス拡散層２１やカソードガス拡散層２２の電解質膜１０側の表面に、微細多孔質構造を有する樹脂製のマイクロポーラス層（ＭＰＬ）を備えていてもよい。マイクロポーラス層は、例えば、アノードガス拡散層２１やカソードガス拡散層２２の表面にＭＰＬ塗工部材を塗布し、乾燥することにより形成することができる。

アノード触媒層１１は第１触媒層の一例である。アノードガス拡散層２１は第１ガス拡散層の一例である。カソード触媒層１２は第２触媒層の一例である。カソードガス拡散層２２は第２ガス拡散層の一例である。

１：ＭＥＧＡシート １０：電解質膜 １１：アノード触媒層 １２：カソード触媒層 １３：ＭＥＡ ２１：アノードガス拡散層 ２２：カソードガス拡散層 ３０：接着層 ３１：支持フレーム Ａ１：第１領域 Ａ２：第２領域 ＯＰ：開口部

Claims (5)

1. 電解質膜と、第１および第２触媒層と、第１および第２ガス拡散層と、支持フレームと、を備えた燃料電池セルの製造方法であって、
   前記電解質膜の第１面上には前記第１触媒層が配置されており、
   前記第１触媒層上には前記第１ガス拡散層が配置されており、
   前記電解質膜の第２面上には、前記電解質膜よりも小さい前記第２触媒層が、前記電解質膜の外周よりも内側に配置されており、
   前記第２触媒層上には、前記電解質膜よりも小さい前記第２ガス拡散層が、前記電解質膜の外周よりも内側に配置されており、
   前記支持フレームは、前記第２触媒層および前記第２ガス拡散層よりも大きい開口部を備えており、前記開口部内に前記第２触媒層および前記第２ガス拡散層が位置するように前記電解質膜の第２面上に配置されており、
   前記電解質膜に垂直な方向からみたときに、前記第２ガス拡散層が存在している領域である第１領域と、前記第２ガス拡散層の外周縁部と前記支持フレームの前記開口部の内周縁部との間の領域である第２領域と、が存在しており、
   前記燃料電池セルの製造方法は、
   前記電解質膜の第１面上に前記第１触媒層および前記第１ガス拡散層を順に積層する工程と、
   前記第１領域の前記第１ガス拡散層と前記第１触媒層と前記電解質膜とを、第１の温度で圧着する第１の圧着工程と、
   前記第２領域の前記第１ガス拡散層と前記第１触媒層と前記電解質膜とを、前記第１の温度よりも高い第２の温度で圧着する第２の圧着工程と、
   前記第１および第２の圧着工程の後に、前記電解質膜の第２面上に前記第２触媒層、前記第２ガス拡散層、前記支持フレームを配置する配置工程と、
   を備える、燃料電池セルの製造方法。
2. 第１の圧着工程の圧力は、前記第２の圧着工程の圧力よりも低い、請求項１に記載の燃料電池セルの製造方法。
3. 前記第１の圧着工程と前記第２の圧着工程は同時に行われる、請求項１または２に記載の燃料電池セルの製造方法。
4. 前記配置工程は、
   前記電解質膜の第２面上に前記第２触媒層を配置する工程と、
   前記第２触媒層の上に前記第２ガス拡散層を配置する工程と、
   前記第１領域の前記第１ガス拡散層と前記第１触媒層と前記電解質膜と前記第２触媒層と前記第２ガス拡散層とを、前記第２の温度よりも低い第３の温度で圧着する第３の圧着工程と、
   を備える、請求項１～３の何れか１項に記載の燃料電池セルの製造方法。
5. 前記配置工程は、
   前記電解質膜の第２面上に前記第２触媒層を配置する工程と、
   前記電解質膜の第２面上であって前記第２触媒層の外周縁部の外側の領域に接着層を配置する工程と、
   前記接着層上に前記支持フレームを配置する工程と、
   前記第２触媒層の上に前記第２ガス拡散層を配置する工程と、
   を備える、請求項１～４の何れか１項に記載の燃料電池セルの製造方法。

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