KR101959134B1 - 연료 전지 단셀 및 그 제조 방법 - Google Patents

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후미시게 시즈쿠
료고 무라야마
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

연료 전지 단셀을 조립할 때, 수지에 의해 형성된 가스 유로 형성부의 가스 유로의 폐색을 억제한다.
연료 전지 단셀은, 수지 프레임 구비 MEGA 플레이트와, 2매의 세퍼레이터를 구비한다. 수지 프레임의 제1면에는, 가스 매니폴드 구멍과 MEGA의 제1면 사이의 가스 유로를 형성하는 요철 형상의 가스 유로 형성부가 설치되어 있다. 수지 프레임의 제2면에는, 가스 매니폴드 구멍 주위를 둘러싸서 가스 매니폴드 구멍과 MEGA의 제2면 사이의 가스 유통을 차단함과 함께 수지 프레임과 제2 세퍼레이터를 접착시키는 용융 접착부가, 가스 유로 형성부의 이면측 위치를 통과하도록 형성되어 있다. 용융 접착부는 제1 수지에 의해 형성되어 있고, 가스 유로 형성부는 제1 수지보다도 융점이 높은 제2 수지에 의해 형성되어 있다.

Description

연료 전지 단셀 및 그 제조 방법{FUEL-CELL UNIT CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은, 연료 전지 단셀 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 연료 전지의 단셀이 개시되어 있다. 이 단셀은, 전해질막ㆍ전극 구조체와, 전해질막ㆍ전극 구조체 주위에 접합된 수지 프레임을 갖고, 수지 프레임 구비 전해질막ㆍ전극 구조체를 애노드측 세퍼레이터 및 캐소드측 세퍼레이터에 의해 끼움 지지한 구조를 갖는다. 2매의 세퍼레이터 각각의 외연부에는, 가스 매니폴드 구멍이 형성되어 있고, 2매의 세퍼레이터 각각의 수지 프레임 구비 전해질막ㆍ전극 구조체를 향하는 면에는, 가스 유로가 형성되어 있다. 수지 프레임의 캐소드측 세퍼레이터를 향하는 면에는, 가스 매니폴드 구멍과 가스 유로를 연결하는 복수개의 가이드 유로(가스 유로 형성부)가 수지에 의해 형성되어 있다.
일본 특허 공개 제2015-133269호 공보
그러나, 종래 기술에서는, 열 가압에 의해 수지 프레임과 2매의 세퍼레이터를 일체화시킬 때, 가스 유로 형성부의 수지의 성질에 따라서는, 가스 유로 형성부가 용융되어 변형되고, 그 가스 유로가 폐색되어 버리는 경우가 있다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 연료 전지 단셀이 제공된다. 이 연료 전지 단셀은, MEGA(막 전극 가스 확산층 접합체)와, 상기 MEGA 주위에 접합된 수지 프레임을 갖는 MEGA 플레이트와, 상기 MEGA의 제1면에 접하여 배치되고, 상기 수지 프레임의 제1면측에 배치된 제1 세퍼레이터와, 상기 MEGA의 제2면에 접하여 배치되고, 상기 수지 프레임의 제2면측에 배치된 제2 세퍼레이터를 구비하고, 상기 수지 프레임의 외연부에는 가스 매니폴드 구멍이 형성되어 있고, 상기 수지 프레임의 상기 제1면에는, 상기 가스 매니폴드 구멍과 상기 MEGA의 상기 제1면 사이의 가스 유로를 형성하는 요철 형상의 가스 유로 형성부가 설치되어 있고, 상기 수지 프레임의 상기 제2면에는, 상기 가스 매니폴드 구멍 주위를 둘러싸서 상기 가스 매니폴드 구멍과 상기 MEGA의 상기 제2면 사이의 가스 유통을 차단함과 함께 상기 수지 프레임과 상기 제2 세퍼레이터를 접착시키는 용융 접착부가, 상기 가스 유로 형성부의 이면측 위치를 통과하도록 형성되어 있고, 상기 용융 접착부는 제1 수지에 의해 형성되어 있고, 상기 가스 유로 형성부는 상기 제1 수지보다도 융점이 높은 제2 수지에 의해 형성되어 있다.
이 형태의 연료 전지 단셀에 의하면, 가스 유로 형성부의 융점은, 용융 접착부의 융점보다도 높으므로, 연료 전지 단셀을 조립하는 데 있어서, 가스 유로 형성부의 용융이나 변형을 억제할 수 있고, 가스 유로 형성부의 가스 유로가 막힐 가능성을 저감할 수 있다.
(2) 상기 형태의 연료 전지 단셀에 있어서, 상기 수지 프레임은, 직사각형 프레임 형상을 갖고, 상기 가스 매니폴드 구멍은, 상기 수지 프레임의 4개 코너의 위치에 형성되고, 상기 수지 프레임의 한 쌍의 대각에 형성된 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍과, 다른 한 쌍의 대각에 형성된 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍을 포함하고, 상기 수지 프레임의 상기 제1면에 설치된 상기 가스 유로 형성부는, 상기 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제1면 사이의 가스 유로를 형성하는 2개의 제1 가스 유로 형성부를 포함하고, 상기 연료 전지 단셀에는, 또한 상기 수지 프레임의 상기 제2면에, 상기 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제2면 사이의 가스 유로를 형성하는 요철 형상의 2개의 제2 가스 유로 형성부가 설치되어 있고, 상기 수지 프레임의 상기 제2면에 설치된 상기 용융 접착부와는 달리, 상기 수지 프레임의 상기 제1면에, 상기 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제1면 사이의 가스 유통을 차단하지 않고, 또한 상기 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍 각각을 둘러싸서 상기 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제1면의 사이의 가스 유통을 차단함과 함께 상기 수지 프레임과 상기 제1 세퍼레이터를 접착시키는 제1 용융 접착부가, 상기 2개의 제2 가스 유로 형성부의 이면측 위치를 통과하도록 형성되어 있고, 상기 수지 프레임의 상기 제2면에 설치된 상기 용융 접착부는, 상기 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제2면의 사이의 가스 유통을 차단하지 않고, 또한 상기 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍 각각을 둘러싸서 상기 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제2면의 사이의 가스 유통을 차단함과 함께 상기 수지 프레임과 상기 제2 세퍼레이터를 접착시키고, 상기 2개의 제1 가스 유로 형성부의 이면측 위치를 통과하도록 형성된 제2 용융 접착부를 포함하고, 상기 제1 용융 접착부 및 상기 제2 용융 접착부는 상기 제1 수지에 의해 형성되어 있고, 상기 2개의 제1 가스 유로 형성부 및 상기 2개의 제2 가스 유로 형성부는 상기 제2 수지에 의해 형성되어 있어도 된다.
이 형태의 연료 전지 단셀에 의하면, 2개의 제1 가스 유로 형성부 및 2개의 제2 가스 유로 형성부의 융점은, 제1 용융 접착부 및 제2 용융 접착부의 융점보다도 높으므로, 연료 전지 단셀을 조립하는 데 있어서, 4개의 가스 유로 형성부 각각에 대하여, 그의 용융이나 변형을 억제할 수 있고, 가스 유로 형성부의 가스 유로가 막힐 가능성을 저감할 수 있다.
(3) 상기 형태의 연료 전지 단셀에 있어서, 상기 연료 전지 단셀이 복수 적층되는 적층 방향을 따라서 투영하여 관찰했을 때, 상기 2개의 제1 가스 유로 형성부와 상기 2개의 제2 가스 유로 형성부가 서로 겹치지 않는 위치에 형성되어 있어도 된다.
이 형태의 연료 전지 단셀에 의하면, 연료 전지 단셀이 복수 적층되는 적층 방향을 따라서 투영하여 관찰했을 때, 2개의 제1 가스 유로 형성부와 2개의 제2 가스 유로 형성부가 서로 겹치지 않는 위치에 형성되어 있으므로, 연료 전지 단셀을 조립하는 데 있어서, 세퍼레이터에 걸리는 압력을 분산시킬 수 있어, 연료 전지 단셀의 변형을 억제할 수 있다.
(4) 상기 (1)에 기재된 연료 전지 단셀에 있어서, 상기 수지 프레임은, 상기 MEGA 주위에 접합된 내측 프레임과, 상기 내측 프레임 주위에 접합된 외측 프레임을 포함하고, 상기 외측 프레임은, 상기 제1 세퍼레이터 및 상기 제2 세퍼레이터에 접합되어 있으며, 상기 내측 프레임의 영률은, 상기 외측 프레임의 영률보다도 작아도 된다.
이 형태의 연료 전지 단셀에 의하면, 내측 프레임의 영률이 외측 프레임의 영률보다도 작고, 내측 프레임이 탄성 변형되기 쉬우므로, 연료 전지 단셀이 온도차가 큰 환경 하에서 사용될 경우에, 세퍼레이터나 외측 프레임에 발생하는 응력을 내측 프레임에 의해 완화시킬 수 있어, 내측 프레임에 접합된 MEGA의 전해질막이 인장 응력에 의해 파단될 가능성을 저감할 수 있다.
(5) 상기 (1) 또는 (4)에 기재된 연료 전지 단셀에 있어서, 상기 연료 전지 단셀이 복수 적층되는 적층 방향을 따라서 투영하여 관찰했을 때, 상기 제1 세퍼레이터의 양면 중, 상기 수지 프레임의 상기 제1면측에 배치된 면과 반대측의 냉각면에, 상기 가스 유로 형성부와 겹치는 위치를 통과하도록, 상기 연료 전지 단셀이 복수 적층될 때에 당해 연료 전지 단셀에 인접하는 다른 연료 전지 단셀의 상기 제2 세퍼레이터와 접촉하는 시일 가스킷이 형성되어 있어도 된다.
이 형태의 연료 전지 단셀에 의하면, 수지 프레임의 제1면측에 배치된 면의 반대측의 냉각면에, 가스 유로 형성부의 위치를 통과하도록 시일 가스킷이 형성되어 있으므로, 연료 전지 단셀을 복수 적층할 때, 시일 가스킷에 걸리는 압력의 일부를 가스 유로 형성부에서 받을 수 있어, 연료 전지 단셀의 변형을 억제할 수 있다.
(6) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 연료 전지 단셀의 제조 방법이 제공된다. 이 방법은, (a) MEGA(막 전극 가스 확산층 접합체)와, 상기 MEGA 주위에 접합된 수지 프레임을 갖는 MEGA 플레이트와, 상기 MEGA의 제1면에 접하여 배치됨과 함께, 상기 수지 프레임의 제1면측에 배치되는 제1 세퍼레이터와, 상기 MEGA의 제2면에 접하여 배치됨과 함께, 상기 수지 프레임의 제2면측에 배치되는 제2 세퍼레이터를 준비하는 공정과, (b) 상기 제1 세퍼레이터와, 상기 MEGA 플레이트와, 상기 제2 세퍼레이터를 적층하여 상기 연료 전지 단셀을 조립하는 공정을 구비하고, 상기 수지 프레임의 외연부에는 가스 매니폴드 구멍이 형성되어 있고, 상기 수지 프레임의 상기 제1면에, 상기 가스 매니폴드 구멍과 상기 MEGA의 상기 제1면 사이의 가스 유로를 형성하기 위한 요철 형상의 가스 유로 형성부가 형성되어 있고, 상기 수지 프레임의 상기 제2면에, 상기 가스 매니폴드 구멍 주위를 둘러싸서 상기 가스 매니폴드 구멍과 상기 MEGA의 상기 제2면 사이의 가스 유통을 차단함과 함께 상기 수지 프레임과 상기 제2 세퍼레이터를 접착시키는 열가소성 접착부가, 상기 가스 유로 형성부의 이면측 위치를 통과하도록 형성되어 있고, 상기 열가소성 접착부는 제1 수지에 의해 형성되어 있고, 상기 가스 유로 형성부는 상기 제1 수지보다도 융점이 높은 제2 수지에 의해 형성되어 있으며, 상기 공정(b)는, 상기 적층 후에 상기 제1 세퍼레이터와 상기 제2 세퍼레이터의 외측으로부터, 상기 수지 프레임의 상기 가스 유로 형성부와 상기 열가소성 접착부를 압축시킴과 함께, 상기 열가소성 접착부의 융점 이상에서, 또한 상기 가스 유로 형성부의 융점보다도 낮은 온도에서 상기 가스 유로 형성부와 상기 열가소성 접착부를 가열하고, 상기 열가소성 접착부를 용융시켜 상기 제2 세퍼레이터에 접착시킨 용융 접착부를 형성하는 공정을 포함한다.
이 형태의 연료 전지 단셀의 제조 방법에 의하면, 연료 전지 단셀을 조립하는 데 있어서, 가스 유로 형성부와 열가소성 접착부를 압축시킴과 함께, 열가소성 접착부의 융점 이상에서, 또한 가스 유로 형성부의 융점보다 낮은 온도에서 가열하므로, 가스 유로 형성부의 용융이나 변형을 억제할 수 있어, 가스 유로 형성부의 가스 유로가 막힐 가능성을 저감할 수 있다.
본 발명은, 상기 이외의 다양한 형태로 실현하는 것도 가능하다. 예를 들어, 연료 전지, 연료 전지의 제조 방법, 연료 전지 시스템, 연료 전지 차량, 연료 전지 차량의 제조 방법 등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태 연료 전지 단셀을 분해하여 나타낸 설명도.
도 2는, MEGA 플레이트의 평면도.
도 3은, 수지 프레임의 외측 프레임과 내측 프레임을 나타낸 설명도.
도 4는, 제1 실시 형태의 MEGA 플레이트의 단면도.
도 5는, 연료 전지 단셀의 제조 방법을 나타낸 설명도.
도 6은, 제2 실시 형태의 MEGA 플레이트의 단면도.
도 7은, 제3 실시 형태의 MEGA 플레이트의 단면도.
도 8은, 제3 실시 형태의 가스 유로 형성부를 외측 프레임에 접합시키는 모습을 나타낸 설명도.
ㆍ제1 실시 형태:
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 연료 전지 단셀(140)을 분해하여 나타낸 설명도이다. 연료 전지 단셀(140)은, 예를 들어 고체 고분자형 연료 전지이다. 이 연료 전지 단셀(140)이 복수 적층된 연료 전지 스택은, 예를 들어 동력원으로서 연료 전지 차량에 탑재된다. 본 명세서에서는, 연료 전지 단셀(140)의 적층 방향을 X 방향으로 하고, 수평 방향을 Z 방향으로 한다. 또한, 적층 방향 X와 수평 방향 Z에 수직인 방향은 연직 방향 Y이다.
연료 전지 단셀(140)은, 막 전극 가스 확산층 접합체(이하, 「MEGA」(Membrane-Electrode Gas-diffusion-layer Assembly)라고 칭함)(30)와, MEGA(30) 주위에 접합된 수지 프레임(31)을 갖는 MEGA 플레이트(35)를 제1 세퍼레이터(50) 및 제2 세퍼레이터(40)에 의해 양측으로부터 끼움 지지한 구성을 갖는다. 제1 실시 형태에서는, 제1 세퍼레이터(50)를 애노드측 세퍼레이터로 하고, 제2 세퍼레이터(40)를 캐소드측 세퍼레이터로 한다. 또한, MEGA(30)의 양면 중, 제1 세퍼레이터(50)에 접하는 제1면(30a)은 애노드 전극을 구성하고, 제2 세퍼레이터(40)에 접하는 제2면(30c)은 캐소드 전극을 구성한다. 단, 애노드측과 캐소드측을 반대로 해도 된다.
제1 세퍼레이터(50)는, MEGA(30)의 제1면(30a)에 접하여 배치되고, 수지 프레임(31)의 제1면(31a)측에 배치된다. 또한, 제1 세퍼레이터(50)는, 제1 용융 접착부(81)에 의해 수지 프레임(31)의 제1면(31a)에 접합된다. 제1 세퍼레이터(50)의 양면 중, MEGA 플레이트(35)에 접하는 면(51a)에는, 줄무늬 형상의 요철에 의해 애노드 가스 유로(52)가 형성되고, 그 반대측의 냉각면(51c)에는, 애노드 가스 유로(52)의 이면측 위치에 냉각 매체 유로(54)가 형성되어 있다. 또한, 이 냉각면(51c)에는, 연료 전지 단셀(140)이 복수 적층될 때에 인접하는 연료 전지 단셀(140)의 제2 세퍼레이터(40)에 접촉되며, 냉각 매체를 시일하는 시일 가스킷(83)이 형성되어 있다. 제2 세퍼레이터(40)는, MEGA(30)의 제2면(30c)에 접하여 배치되고, 수지 프레임(31)의 제2면(31c)(제1면(31a)의 이면)측에 배치된다. 또한, 제2 세퍼레이터(40)는 제2 용융 접착부(82)에 의해 수지 프레임(31)의 제2면(31c)에 접합된다. 제2 세퍼레이터(40)의 양면 중, MEGA 플레이트(35)에 접하는 면(41)에, 줄무늬 형상의 요철에 의해 캐소드 가스 유로(42)가 형성되어 있다. 또한, 제1 세퍼레이터(50), MEGA 플레이트(35) 및 제2 세퍼레이터(40) 각각의 외연부에, 가스 매니폴드 구멍(62, 64, 72, 74)과, 냉각 매체 매니폴드 구멍(84, 85)이 형성되어 있다.
도 2는 MEGA 플레이트(35)의 평면도이다. 수지 프레임(31)은, 전체적으로 직사각형 프레임 형상을 갖고 있으며, MEGA(30) 주위에 접합된 직사각형 프레임 형상의 내측 프레임(33)과, 내측 프레임(33) 주위에 접합된 외측 프레임(32)을 갖는다. 가스 매니폴드 구멍(62, 64, 72, 74)은, 수지 프레임(31)에 4개 코너의 위치에 각각 형성되어 있고, 이 예에서는 외측 프레임(32)의 4개 코너에 형성되어 있다. 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍(62, 64)은, 수지 프레임(31)의 제1 대각선(D1) 상의 한 쌍의 대각에 형성되어 있다. 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍(72, 74)은, 제1 대각선(D1)과 교차하는 제2 대각선(D2) 상의 다른 한 쌍의 대각에 형성되어 있다. 또한, 제1 실시 형태에서는, 애노드 가스는, 가스 공급용의 제1 가스 매니폴드 구멍(62)으로부터 MEGA(30)의 애노드측(제1면(30a))으로 유입되고, 애노드 가스 유로(52)(도 1)를 통과한 후, 가스 배출용의 제1 가스 매니폴드 구멍(64)에 모여서 연료 전지 단셀(140)(도 1)의 외부로 배출된다. 캐소드 가스는, 가스 공급용의 제2 가스 매니폴드 구멍(72)으로부터 MEGA(30)의 캐소드측(제2면(30c))에 유입되고, 캐소드 가스 유로(42)(도 1)를 통과한 후, 가스 배출용의 제2 가스 매니폴드 구멍(74)에 모여서 연료 전지 단셀(140)의 외부로 배출된다.
수지 프레임(31)의 제1면(31a)에는, 애노드 가스를 통과시키기 위한 요철 형상의 2개의 제1 가스 유로 형성부(34T)가 형성되어 있다. 도시의 편의상, X 방향으로 돌출되어 있는 부분은 해칭되어 있다. 2개의 제1 가스 유로 형성부(34T) 중 한쪽은, 가스 공급용의 제1 가스 매니폴드 구멍(62)과 MEGA(30)의 제1면(30a) 사이의 가스 유로를 형성하고, 다른 쪽은 가스 배출용의 제1 가스 매니폴드 구멍(64)과 MEGA(30)의 제1면(30a) 사이의 가스 유로를 형성하고 있다.
수지 프레임(31)의 제2면(31c)에는, 캐소드 가스를 통과시키기 위한 요철 형상의 2개의 제2 가스 유로 형성부(34B)가 형성되어 있다. 2개의 제2 가스 유로 형성부(34B)는, 2개의 제1 가스 유로 형성부(34T)와 동일한 형상 및 치수를 갖고 있다. 2개의 제2 가스 유로 형성부(34B) 중 한쪽은, 가스 공급용의 제2 가스 매니폴드 구멍(72)과 MEGA(30)의 제2면(30c) 사이의 가스 유로를 형성하고, 다른 쪽은 가스 배출용의 제2 가스 매니폴드 구멍(74)과 MEGA(30)의 제2면(30c) 사이의 가스 유로를 형성하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, MEGA 플레이트(35)를 적층 방향 X에 따라서 투영하여 관찰했을 때, 2개의 제1 가스 유로 형성부(34T)와 2개의 제2 가스 유로 형성부(34B)가 서로 겹치지 않는 위치에 형성되어 있다. 이렇게 하면, 2매의 세퍼레이터(40, 50)를 외측으로부터 압축하여 연료 전지 단셀(140)을 조립할 때, 세퍼레이터(40, 50)에 걸리는 압력을 분산시킬 수 있어, 연료 전지 단셀(140)의 변형을 억제할 수 있다. 단, 제1 가스 유로 형성부(34T)와 제2 가스 유로 형성부(34B)의 일부 또는 전부를 서로 겹치는 위치에 배치해도 된다.
수지 프레임(31)의 제1면(31a)에는, 또한 제1 용융 접착부(81)가 일체로 형성되어 있다. 제1 용융 접착부(81)도 X 방향으로 돌출되어 있는 곳에서 해칭되어 있다. 제1 용융 접착부(81)는, 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍(72, 74) 각각의 주위를 둘러싸서 이들 제2 가스 매니폴드 구멍(72, 74)와 MEGA(30)의 제1면(30a) 사이의 캐소드 가스의 유통을 차단함과 함께, 수지 프레임(31)과 제1 세퍼레이터(50)(도 1)를 접착시킨다. 제1 용융 접착부(81)는 또한, 2개의 제2 가스 유로 형성부(34B)의 이면측 위치를 통과하도록 설치되어 있다. 또한, 제1 용융 접착부(81)는, 냉각 매체를 시일하기 위해서, 냉각 매체 매니폴드 구멍(84, 85) 각각을 둘러싸고 있다. 또한, 제1 용융 접착부(81)는, 애노드 가스를 시일하기 위해서, 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍(62, 64) 및 MEGA(30)의 제1면(30a)을 포함하는 애노드 가스 유로 영역을 둘러싸도록 설치되어 있다. 또한, 제1 용융 접착부(81)는, 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍(62, 64) 각각과, MEGA(30)의 제1면(30a) 사이의 가스 유통을 차단하지 않도록 하기 위해서, 이들 사이에는 형성되어 있지 않다.
수지 프레임(31)의 제2면(31c)에는, 제2 용융 접착부(82)가 일체로 형성되어 있다. 제2 용융 접착부(82)는, 제1 용융 접착부(81)를 좌우 회전시킨 형상을 갖는다. 즉, 제2 용융 접착부(82)는, 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍(62, 64) 각각을 둘러싸서 이들 제1 가스 매니폴드 구멍(62, 64)과 MEGA(30)의 제2면(30c) 사이의 애노드 가스의 유통을 차단함과 함께 수지 프레임(31)과 제2 세퍼레이터(40)(도 1)를 접착시키고, 2개의 제1 가스 유로 형성부(34T)의 이면측 위치를 통과하도록 형성되어 있다. 또한, 제2 용융 접착부(82)는, 냉각 매체를 시일하기 위해서, 냉각 매체 매니폴드 구멍(84, 85) 각각을 둘러싸고 있다. 또한, 제2 용융 접착부(82)는, 캐소드 가스를 시일하기 위해서, 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍(72, 74) 및 MEGA(30)의 제2면(30c)을 포함하는 캐소드 가스 유로 영역을 둘러싸도록 설치되어 있다. 또한, 제2 용융 접착부(82)는, 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍(72, 74) 각각과, MEGA(30)의 제2면(30c) 사이의 가스 유통을 차단하지 않도록 하기 위해서, 이들 사이에는 형성되어 있지 않다.
또한, 가스 유로 형성부(34T, 34B)와 용융 접착부(81, 82)는, 서로 다른 수지에 의해 형성되어 있다. 예를 들어, 용융 접착부(81, 82)는, 무수 말레산 변성 폴리프로필렌(변성 PP)을 포함하는 접착성 열가소성 수지 등의 수지에 의해 형성되는 것이 가능하고, 가스 유로 형성부(34T, 34B)는, 폴리프로필렌(PP)과, 폴리에틸렌(PE)과, 에틸렌프로필렌디엔 삼원 공중합체(EPDM)의 일부 또는 전부를 포함하는 올레핀계 수지 등의 수지에 의해 형성되는 것이 가능하다. 또한, 가스 유로 형성부(34T, 34B)를 형성하는 제1 수지의 융점은, 용융 접착부(81, 82)를 형성하는 제2 수지의 융점보다도 높아지도록, 이들의 수지 재료가 선택된다.
도 3은, 수지 프레임(31)을 외측 프레임(32)과 내측 프레임(33)으로 분해하여 나타낸 설명도이다. 도 3의 (a)는 외측 프레임(32)의 평면도이다. 이 예에서는, 외측 프레임(32)은 제1 용융 접착부(81) 및 제2 용융 접착부(82)과 동일한 재료로 일체 성형되어 있다. 외측 프레임(32)의 중앙에는, 내측 프레임(33)이 감입되는 개구부(32P)가 설치되어 있다. 이 개구부(32P)와 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍(62, 64) 사이에는, 외측 프레임(32)이 절결된 절결부(36T)가 각각 설치되어 있다. 이들 절결부(36T)의 측단부는 제1 가스 유로 형성부(34T)의 측면과 접한 상태에서 제1 가스 유로 형성부(34T)와 접합된다. 이 접합 후의 상태에 있어서, 제1 가스 유로 형성부(34T)의 이면측에는, 제2 용융 접착부(82)의 저면이 접합되어 있다. 또한, 개구부(32P)와 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍(72, 74) 사이에도, 외측 프레임(32)이 절결된 절결부(36B)가 각각 설치되어 있다. 이들 절결부(36B)의 측단부는 제2 가스 유로 형성부(34B)의 측면과 접한 상태에서 제2 가스 유로 형성부(34B)와 접합된다. 이 접합 후의 상태에 있어서, 제2 가스 유로 형성부(34B)의 이면측에는, 제1 용융 접착부(81)의 저면이 접합되어 있다.
도 3의 (b)는 내측 프레임(33)의 평면도이다. 내측 프레임(33)의 중앙에는, MEGA(30)가 접합되는 MEGA 개구부(30P)가 형성되어 있다. 또한, 이 예에서는, 내측 프레임(33)은, 2개의 제1 가스 유로 형성부(34T) 및 2개의 제2 가스 유로 형성부(34B)와 동일한 재료로 일체 성형되어 있다. 또한, 제1 가스 유로 형성부(34T)에는, 오목 형상의 홈인 가스 가이드 유로(52r)가 형성되어 있다. 동일하게, 제2 가스 유로 형성부(34B)에도, 오목 형상의 홈인 가스 가이드 유로(42r)가 형성되어 있다. 이들 가스 가이드 유로(52r, 42r)는, 각각 2개 이상의 복수개가 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 도시의 편의상, 도 3에서는 2개만 그려져 있다. 또한, 용융 접착부(81, 82)와 외측 프레임(32)을 동일한 제1 수지로 일체 성형하고, 또한 가스 유로 형성부(34T, 34B)와 내측 프레임(33)을 제1 수지와는 다른 제2 수지로 일체 성형할 경우에는, 2색 성형법을 사용하여 수지 프레임(31)(도 2)을 형성하는 것이 가능하다.
도 4는, 도 2에 나타낸 MEGA 플레이트(35)의 4a-4a 단면과, 4b-4b 단면과, 4c-4c 단면을 나타낸 설명도이다. 여기에서는, 연료 전지 단셀(140)을 조립하기 전의 상태를 나타내고 있다. 연료 전지 단셀(140)을 조립하기 전의 상태에서는, 도 2에 나타낸 제1 용융 접착부(81) 및 제2 용융 접착부(82)는, 아직 용융되어 있지 않으므로, 그것들을 제1 열가소성 접착부(81t) 및 제2 열가소성 접착부(82t)라고 칭한다.
도 4a에 나타낸 바와 같이, 제1 가스 유로 형성부(34T)는 요철 형상을 갖고, 애노드 가스용의 가스 가이드 유로(52r)를 형성하고 있다. 이 예에서는, 제1 가스 유로 형성부(34T)는, 수지 프레임(31)(도 2)의 내측 프레임(33)과 동일한 재료로 일체 성형되어 있다. 또한, 제1 가스 유로 형성부(34T)의 이면측 위치를 제2 열가소성 접착부(82t)가 통과하고 있다. 도 4b에 나타낸 바와 같이, 열가소성 접착부(81t, 82t)는, 수지 프레임(31)의 외측 프레임(32)과 동일한 재료로 일체 성형되어 있다. 외측 프레임(32)과 접합되어 있는 내측 프레임(33)의 단부(33e)는, 외측 프레임(32)에 포용된 상태에서 접합되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 내측 프레임(33)의 단부(33e)의 3개 단부면이 외측 프레임(32)과 접촉되어 있으므로, 내측 프레임(33)과 외측 프레임(32)이 강하게 접합된다. 도 4(c)에 나타낸 바와 같이, 제2 가스 유로 형성부(34B)는 요철 형상을 갖고, 캐소드 가스용의 가스 가이드 유로(42r)를 형성하고 있다. 제2 가스 유로 형성부(34B)는, 수지 프레임(31)의 내측 프레임(33)과 동일한 재료로 일체 성형되어 있다. 또한, 제2 가스 유로 형성부(34B)의 이면측 위치를 제1 열가소성 접착부(81t)가 통과하고 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 내측 프레임(33)과 접합된 MEGA(30)는, 전해질막(10)의 양면에 형성된 전극 촉매층(11, 12)를 양측으로부터 가스 확산층(21, 22)에 의해 사이에 끼운 구성을 갖는다. 이 예에서는, 제1 전극 촉매층(11)은 제2 전극 촉매층(12)보다도 한층 더 크고, 제1 가스 확산층(21)은 제2 가스 확산층(22)보다도 한층 더 크다. 단, 제1 전극 촉매층(11)과 제2 전극 촉매층(12)은 동일한 크기를 가져도 되고, 제1 가스 확산층(21)과 제2 가스 확산층(22)은 동일한 크기를 가져도 된다. 제1 실시 형태에서는, 제1 전극 촉매층(11)은 애노드 전극 촉매층이며, 제2 전극 촉매층(12)은 캐소드 전극 촉매층이다. MEGA(30)는, 전해질막(10)의 양면 중, 제1 전극 촉매층(11)과 접하고 있는 면의 반대측 면이, 수지 프레임(31)(도 2)의 내측 프레임(33)과 접착제에 의해 접합되어 있다.
또한, 내측 프레임(33)의 영률은, 외측 프레임(32)의 영률보다도 작게 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 내측 프레임(33)이 탄성 변형되기 쉬우므로, 연료 전지 단셀(140)(도 1)이 온도차가 큰 환경 하에서 사용될 경우에, 세퍼레이터(40, 50)(도 1)나 외측 프레임(32)에 발생하는 응력을 내측 프레임(33)에 의해 완화시킬 수 있어, 내측 프레임(33)에 접합된 MEGA(30)의 전해질막(10)이 인장 응력에 의해 파단될 가능성을 저감할 수 있다.
도 5는, 연료 전지 단셀(140)의 제조 방법을 나타낸 설명도이며, 도 4a의 단면을 사용하여 설명한다. 먼저, MEGA 플레이트(35)와, 제1 세퍼레이터(50)와, 제2 세퍼레이터(40)를 준비한다. 세퍼레이터(40, 50)는, 예를 들어 금속판을 사용하여 프레스 성형에 의해 각 가스 유로(42, 52) 및 냉각 매체 유로(54)를 형성한 프레스 성형판이다. 단, 도 5에서는 세퍼레이터(40, 50)의 요철은 생략되어 있다.
도 5a에 나타낸 바와 같이, 준비된 제1 세퍼레이터(50)와, MEGA 플레이트(35)와, 제2 세퍼레이터(40)를 적층하여 적층체를 형성한다. 이어서, 제1 지그(210)를 제1 세퍼레이터(50) 외측의 제1 가스 유로 형성부(34T)에 상당하는 위치에 맞닿게 하고, 제2 지그(220)를 제2 세퍼레이터(40) 외측의 제2 열가소성 접착부(82t)에 상당하는 위치에 맞닿게 한다. 백색 화살표로 나타낸 바와 같이, 지그(210, 220)로 사이에 끼운 상태에서 제1 가스 유로 형성부(34T)와 제2 열가소성 접착부(82t)를 압축시킨다. 이 때, 지그(210, 220)를 도시하지 않은 히터로 가열함으로써, 제2 열가소성 접착부(82t)의 융점 이상에서, 또한 제1 가스 유로 형성부(34T)의 융점보다 낮은 온도에서 제1 가스 유로 형성부(34T)와 제2 열가소성 접착부(82t)를 가열한다. 예를 들어, 제2 열가소성 접착부(82t)의 융점이 135℃이고, 제1 가스 유로 형성부(34T)의 융점이 160℃인 경우, 가열 온도는 135℃ 이상이며 160℃ 미만이다(열 상실을 고려하지 않음). 이렇게 하면, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 제2 열가소성 접착부(82t)를 용융시켜 제2 세퍼레이터(40)에 접착시킨 제2 용융 접착부(82)를 형성할 수 있다. 이에 의해, MEGA 플레이트(35)와 제2 세퍼레이터(40)를 접착시킬 수 있다. 동일하게, 도 4(c)에 나타낸 제2 가스 유로 형성부(34B)와 제1 열가소성 접착부(81t)를 동일하게 압축하여 가열함으로써, 제1 용융 접착부(81)를 형성하여, MEGA 플레이트(35)와 제1 세퍼레이터(50)를 접착시킬 수 있다. 마지막으로, 예를 들어 접착제를 사용하여 시일 가스킷(83)을 제1 세퍼레이터(50)의 외측의 냉각면(51c)에 접착시킨다. 이에 의해, 연료 전지 단셀(140)의 조립이 완료된다. 또한, 시일 가스킷(83)은, 연료 전지 단셀(140)의 적층 방향으로 투영하여 관찰했을 때, 제1 가스 유로 형성부(34T)와 겹치는 위치를 통과하고 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 연료 전지 단셀(140)을 복수 적층할 때, 시일 가스킷(83)에 걸리는 압력의 일부를 제1 가스 유로 형성부(34T)에서 받을 수 있어, 연료 전지 단셀(140)의 변형을 억제할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 제1 실시 형태에서는, 가스 유로 형성부(34T, 34B)의 융점이 열가소성 접착부(81t, 82t)(용융 접착부(81, 82))의 융점보다도 높으므로, 연료 전지 단셀(140)을 조립하는 데 있어서, 가스 유로 형성부(34T, 34B)가 과도하게 용융이나 변형되지 않아, 가스 가이드 유로(52r, 42r)(가스 유로)가 막힐 가능성을 저감할 수 있다.
ㆍ제2 실시 형태:
도 6은, 제2 실시 형태를 나타낸 설명도이며, 제1 실시 형태의 도 4에 대응하는 도이다. 도시의 편의상, MEGA(30)를 생략하고 있다. 도 4에 나타낸 제1 실시 형태와의 차이는, 가스 유로 형성부(34Ta, 34Ba)를 형성하는 재료만이며, 다른 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 도 6a와 도 6c에 나타낸 바와 같이, 가스 유로 형성부(34Ta, 34Ba)는, 수지 프레임(31)(도 2)의 내측 프레임(33)과 다른 재료로 형성되어 있다. 또한, 가스 유로 형성부(34Ta, 34Ba)와, 내측 프레임(33)과, 열가소성 접착부(81t, 82t)가 일체 성형된 외측 프레임(32)을 갖는 수지 프레임(31)은, 예를 들어 삼색 성형법에 의해 형성하는 것도 가능하다.
제2 실시 형태에 있어서도, 가스 유로 형성부(34Ta, 34Ba)의 융점이, 열가소성 접착부(81t, 82t)(용융 접착부(81, 82))의 융점보다도 높아지도록, 이들의 수지 재료가 선택되고 있다. 따라서, 제1 실시 형태와 동일하게, 연료 전지 단셀(140)을 조립하는 데 있어서, 가스 유로 형성부(34Ta, 34Ba)가 과도하게 용융이나 변형되지 않아, 가스 가이드 유로(52r, 42r)가 막힐 가능성을 저감할 수 있다.
ㆍ제3 실시 형태:
도 7은, 제3 실시 형태를 나타낸 설명도이며, 제2 실시 형태의 도 6에 대응하는 도이다. 도 6에 나타낸 제2 실시 형태와의 차이는, 가스 유로 형성부(34Tb, 34Bb)의 수지 프레임(31)(도 2)의 외측 프레임(32)과의 접합 방법만이며, 다른 구성은 제2 실시 형태와 동일하다.
도 8은, 도 7a의 단면을 예시하고, 제1 가스 유로 형성부(34Tb)를 외측 프레임(32)에 접합시키는 모습을 나타낸 설명도이다. 도 8a에 나타낸 바와 같이, 먼저, 내측 프레임(33)과, 제2 열가소성 접착부(82t)가 일체 성형된 외측 프레임(32)을 2색 성형법으로 제작한다. 이어서, 제1 가스 유로 형성부(34Tb)를 별도로 성형한다. 그리고, 별도로 성형된 제1 가스 유로 형성부(34Tb)를 외측 프레임(32)에 맞닿게 하고, 열처리 또는 접착제에 의해 제1 가스 유로 형성부(34Tb)를 외측 프레임(32)에 접합시키면, 도 8b의 단면이 얻어진다. 이 예에서 이해할 수 있는 바와 같이, 수지 프레임은 그 전체가 일체 성형되어 있을 필요는 없고, 복수의 부재를 별개로 성형한 후에 서로 접합하도록 해도 된다.
ㆍ변형예:
또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 형태에 있어서 실시하는 것이 가능하고, 예를 들어 다음과 같은 변형도 가능하다.
ㆍ변형예 1:
상기 실시 형태에서는, 수지 프레임(31)에, 합계 4개의 가스 유로 형성부(34T, 34B)와, 2개 용융 접착부(81, 82)가 형성되어 있으나, 이들 가스 유로 형성부(34T, 34B)와 용융 접착부(81, 82)의 일부를 생략해도 된다. 이 경우, 수지 프레임(31)의 양면 중에서 용융 접착부가 설치되지 않은 면에 접하는 세퍼레이터는, 예를 들어 다른 접착제나 접착부에 의해 수지 프레임(31)에 접합되어도 되고, 또는 수지 프레임(31)과 접합되지 않아도 된다. 단, 수지 프레임(31)의 양면 중 한쪽 면(제1면)에 적어도 하나의 가스 유로 형성부를 설치하고, 그 이면에 용융 접착부를 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 상술한 실시 형태나 변형예로 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 내용의 란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태, 변형예 중의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해서, 또는 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해서, 적절히 변경이나 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절히 삭제하는 것이 가능하다.
10ㆍㆍㆍ전해질막
11ㆍㆍㆍ제1 전극 촉매층
12ㆍㆍㆍ제2 전극 촉매층
21ㆍㆍㆍ제1 가스 확산층
22ㆍㆍㆍ제2 가스 확산층
30ㆍㆍㆍMEGA(막 전극 가스 확산층 접합체)
30PㆍㆍㆍMEGA 개구부
30aㆍㆍㆍ제1면
30cㆍㆍㆍ제2면
31ㆍㆍㆍ수지 프레임
31aㆍㆍㆍ제1면
31cㆍㆍㆍ제2면
32ㆍㆍㆍ외측 프레임
32Pㆍㆍㆍ개구부
33ㆍㆍㆍ내측 프레임
33eㆍㆍㆍ단부
34B, 34Ba, 34Bbㆍㆍㆍ제2 가스 유로 형성부
34T, 34Ta, 34Tbㆍㆍㆍ제1 가스 유로 형성부
35ㆍㆍㆍMEGA 플레이트
36T, 36Bㆍㆍㆍ절결부
40ㆍㆍㆍ제2 세퍼레이터
41ㆍㆍㆍ면
42ㆍㆍㆍ캐소드 가스 유로
42rㆍㆍㆍ가스 가이드 유로
50ㆍㆍㆍ제1 세퍼레이터
51aㆍㆍㆍ면
51cㆍㆍㆍ냉각면
52ㆍㆍㆍ애노드 가스 유로
52rㆍㆍㆍ가스 가이드 유로
54ㆍㆍㆍ냉각 매체 유로
62, 64ㆍㆍㆍ제1 가스 매니폴드 구멍
72, 74ㆍㆍㆍ제2 가스 매니폴드 구멍
81ㆍㆍㆍ제1 용융 접착부
81tㆍㆍㆍ제1 열가소성 접착부
82ㆍㆍㆍ제2 용융 접착부
82tㆍㆍㆍ제2 열가소성 접착부
83ㆍㆍㆍ시일 가스킷
84, 85ㆍㆍㆍ냉각 매체 매니폴드 구멍
140ㆍㆍㆍ연료 전지 단셀
210ㆍㆍㆍ제1 지그
220ㆍㆍㆍ제2 지그

Claims (10)

  1. 연료 전지 단셀이며,
    MEGA(막 전극 가스 확산층 접합체)와, 상기 MEGA 주위에 접합된 수지 프레임을 갖는 MEGA 플레이트와,
    상기 MEGA의 제1면에 접하여 배치되고, 상기 수지 프레임의 제1면측에 배치된 제1 세퍼레이터와,
    상기 MEGA의 제2면에 접하여 배치되고, 상기 수지 프레임의 제2면측에 배치된 제2 세퍼레이터
    를 구비하고,
    상기 수지 프레임의 외연부에는 가스 매니폴드 구멍이 형성되어 있고,
    상기 수지 프레임의 상기 제1면에는, 상기 가스 매니폴드 구멍과 상기 MEGA의 상기 제1면 사이의 가스 유로를 형성하는 요철 형상의 가스 유로 형성부가 설치되어 있고,
    상기 수지 프레임의 상기 제2면에는, 상기 가스 매니폴드 구멍 주위를 둘러싸서 상기 가스 매니폴드 구멍과 상기 MEGA의 상기 제2면 사이의 가스 유통을 차단함과 함께 상기 수지 프레임과 상기 제2 세퍼레이터를 접착시키는 용융 접착부가, 상기 가스 유로 형성부의 이면측 위치를 통과하도록 형성되어 있고,
    상기 용융 접착부는 제1 수지에 의해 형성되어 있고, 상기 가스 유로 형성부는 상기 제1 수지보다도 융점이 높은, 유리섬유강화수지를 제외한 제2 수지에 의해 형성되어 있는,
    연료 전지 단셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수지 프레임은, 직사각형 프레임 형상을 갖고,
    상기 가스 매니폴드 구멍은, 상기 수지 프레임의 4개 코너의 위치에 형성되고, 상기 수지 프레임의 한 쌍의 대각에 형성된 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍과, 다른 한 쌍의 대각에 형성된 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍을 포함하고,
    상기 수지 프레임의 상기 제1면에 설치된 상기 가스 유로 형성부는, 상기 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제1면 사이의 가스 유로를 형성하는 2개의 제1 가스 유로 형성부를 포함하고,
    상기 연료 전지 단셀에는, 또한, 상기 수지 프레임의 상기 제2면에, 상기 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제2면 사이의 가스 유로를 형성하는 요철 형상의 2개의 제2 가스 유로 형성부가 설치되어 있고,
    상기 수지 프레임의 상기 제2면에 설치된 상기 용융 접착부와는 달리, 상기 수지 프레임의 상기 제1면에, 상기 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제1면 사이의 가스 유통을 차단하지 않고, 또한 상기 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍 각각을 둘러싸서 상기 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제1면 사이의 가스 유통을 차단함과 함께 상기 수지 프레임과 상기 제1 세퍼레이터를 접착시키는 제1 용융 접착부가, 상기 2개의 제2 가스 유로 형성부의 이면측 위치를 통과하도록 형성되어 있고,
    상기 수지 프레임의 상기 제2면에 설치된 상기 용융 접착부는, 상기 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제2면 사이의 가스 유통을 차단하지 않고, 또한 상기 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍 각각을 둘러싸서 상기 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제2면 사이의 가스 유통을 차단함과 함께 상기 수지 프레임과 상기 제2 세퍼레이터를 접착시키고, 상기 2개의 제1 가스 유로 형성부의 이면측 위치를 통과하도록 형성된 제2 용융 접착부를 포함하고,
    상기 제1 용융 접착부 및 상기 제2 용융 접착부는 상기 제1 수지에 의해 형성되어 있고, 상기 2개의 제1 가스 유로 형성부 및 상기 2개의 제2 가스 유로 형성부는 상기 제2 수지에 의해 형성되어 있는,
    연료 전지 단셀.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연료 전지 단셀이 복수 적층되는 적층 방향을 따라서 투영하여 관찰했을 때, 상기 2개의 제1 가스 유로 형성부와 상기 2개의 제2 가스 유로 형성부가 서로 겹치지 않는 위치에 형성되어 있는,
    연료 전지 단셀.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수지 프레임은, 상기 MEGA 주위에 접합된 내측 프레임과, 상기 내측 프레임 주위에 접합된 외측 프레임을 포함하고,
    상기 외측 프레임은, 상기 제1 세퍼레이터 및 상기 제2 세퍼레이터에 접합되어 있으며,
    상기 내측 프레임의 영률은, 상기 외측 프레임의 영률보다도 작은,
    연료 전지 단셀.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 연료 전지 단셀이 복수 적층되는 적층 방향을 따라서 투영하여 관찰했을 때, 상기 제1 세퍼레이터의 양면 중, 상기 수지 프레임의 상기 제1면측에 배치된 면과 반대측의 냉각면에, 상기 가스 유로 형성부와 겹치는 위치를 통과하도록, 상기 연료 전지 단셀이 복수 적층될 때에 당해 연료 전지 단셀에 인접하는 다른 연료 전지 단셀의 상기 제2 세퍼레이터와 접촉되는 시일 가스킷이 형성되어 있는,
    연료 전지 단셀.
  6. 연료 전지 단셀의 제조 방법이며,
    (a) MEGA(막 전극 가스 확산층 접합체)와, 상기 MEGA 주위에 접합된 수지 프레임을 갖는 MEGA 플레이트와,
    상기 MEGA의 제1면에 접하여 배치됨과 함께, 상기 수지 프레임의 제1면측에 배치되는 제1 세퍼레이터와,
    상기 MEGA의 제2면에 접하여 배치됨과 함께, 상기 수지 프레임의 제2면측에 배치되는 제2 세퍼레이터
    를 준비하는 공정과,
    (b) 상기 제1 세퍼레이터와, 상기 MEGA 플레이트와, 상기 제2 세퍼레이터를 적층하여 상기 연료 전지 단셀을 조립하는 공정
    을 구비하고,
    상기 수지 프레임의 외연부에는 가스 매니폴드 구멍이 형성되어 있고,
    상기 수지 프레임의 상기 제1면에, 상기 가스 매니폴드 구멍과 상기 MEGA의 상기 제1면 사이의 가스 유로를 형성하기 위한 요철 형상의 가스 유로 형성부가 형성되어 있고,
    상기 수지 프레임의 상기 제2면에, 상기 가스 매니폴드 구멍 주위를 둘러싸서 상기 가스 매니폴드 구멍과 상기 MEGA의 상기 제2면 사이의 가스 유통을 차단함과 함께 상기 수지 프레임과 상기 제2 세퍼레이터를 접착시키는 열가소성 접착부가, 상기 가스 유로 형성부의 이면측 위치를 통과하도록 형성되어 있고,
    상기 열가소성 접착부는 제1 수지에 의해 형성되어 있고, 상기 가스 유로 형성부는 상기 제1 수지보다도 융점이 높은, 유리섬유강화수지를 제외한 제2 수지에 의해 형성되어 있고,
    상기 공정(b)는, 상기 적층 후에 상기 제1 세퍼레이터와 상기 제2 세퍼레이터의 외측으로부터, 상기 수지 프레임의 상기 가스 유로 형성부와 상기 열가소성 접착부를 압축시킴과 함께, 상기 열가소성 접착부의 융점 이상에서, 또한 상기 가스 유로 형성부의 융점보다도 낮은 온도에서 상기 가스 유로 형성부와 상기 열가소성 접착부를 가열하고, 상기 열가소성 접착부를 용융시켜 상기 제2 세퍼레이터에 접착시킨 용융 접착부를 형성하는 공정을 포함하는,
    연료 전지 단셀의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수지 프레임은, 직사각형 프레임 형상을 갖고,
    상기 가스 매니폴드 구멍은, 상기 수지 프레임의 4개 코너의 위치에 형성되고, 상기 수지 프레임의 한 쌍의 대각에 형성된 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍과, 다른 한 쌍의 대각에 형성된 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍을 포함하고,
    상기 수지 프레임의 상기 제1면에 설치된 상기 가스 유로 형성부는, 상기 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제1면 사이의 가스 유로를 형성하는 2개의 제1 가스 유로 형성부를 포함하고,
    상기 수지 프레임에는, 또한, 상기 수지 프레임의 상기 제2면에, 상기 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제2면 사이의 가스 유로를 형성하는 요철 형상의 2개의 제2 가스 유로 형성부가 설치되어 있고,
    상기 수지 프레임의 상기 제2면에 설치된 상기 열가소성 접착부와는 별도로, 상기 수지 프레임의 상기 제1면에, 상기 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제1면 사이의 가스 유통을 차단하지 않고, 또한 상기 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍 각각을 둘러싸서 상기 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제1면 사이의 가스 유통을 차단함과 함께 상기 수지 프레임과 상기 제1 세퍼레이터를 접착시키는 제1 열가소성 접착부가, 상기 2개의 제2 가스 유로 형성부의 이면측 위치를 통과하도록 형성되어 있고,
    상기 수지 프레임의 상기 제2면에 설치된 상기 열가소성 접착부는, 상기 2개의 제2 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제2면 사이의 가스 유통을 차단하지 않고, 또한 상기 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍 각각을 둘러싸서 상기 2개의 제1 가스 매니폴드 구멍 각각과 상기 MEGA의 상기 제2면 사이의 가스 유통을 차단함과 함께 상기 수지 프레임과 상기 제2 세퍼레이터를 접착시키고, 상기 2개의 제1 가스 유로 형성부의 이면측 위치를 통과하도록 형성된 제2 열가소성 접착부를 포함하고,
    상기 제1 열가소성 접착부 및 상기 제2 열가소성 접착부는 상기 제1 수지에 의해 형성되어 있고, 상기 2개의 제1 가스 유로 형성부 및 상기 2개의 제2 가스 유로 형성부는 상기 제2 수지에 의해 형성되어 있는,
    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연료 전지 단셀이 복수 적층되는 적층 방향을 따라서 투영하여 관찰했을 때, 상기 2개의 제1 가스 유로 형성부와 상기 2개의 제2 가스 유로 형성부가 서로 겹치지 않는 위치에 형성되어 있는,
    방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 수지 프레임은, 상기 MEGA 주위에 접합된 내측 프레임과, 상기 내측 프레임 주위에 접합된 외측 프레임을 포함하고,
    상기 외측 프레임은, 상기 제1 세퍼레이터 및 상기 제2 세퍼레이터에 접합되어 있으며,
    상기 내측 프레임의 영률은, 상기 외측 프레임의 영률보다도 작은,
    방법.
  10. 제6항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1 세퍼레이터는, 상기 연료 전지 단셀이 복수 적층되는 적층 방향을 따라서 투영하여 관찰했을 때, 상기 제1 세퍼레이터의 양면 중, 상기 수지 프레임의 상기 제1면측에 배치된 면과 반대측의 냉각면에, 상기 가스 유로 형성부와 겹치는 위치를 통과하도록, 상기 연료 전지 단셀이 복수 적층될 때에 당해 연료 전지 단셀에 인접하는 다른 연료 전지 단셀의 상기 제2 세퍼레이터와 접촉하는 시일 가스킷을 갖는,
    방법.
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