WO2015087477A1 - 発電体 - Google Patents

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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a power generator used for a fuel cell.
  • a membrane electrode assembly MEGA Membrane Electrode and Gas Gas Diffusion Layer Assembly
  • a gas diffusion layer is laminated on both sides of a CCM (Catalyst Coated Membrane) composed of an electrolyte membrane and a catalyst layer, or a gas diffusion electrode GDE (Gas Diffusion Electrode) composed of a catalyst layer and a gas diffusion layer is used. It may be fabricated by laminating on both sides of the electrolyte membrane.
  • MEGA frame a frame electrode assembly in which a frame surrounding the periphery of the MEGA is integrally bonded to the periphery of the MEGA with an adhesive.
  • MEGA frame a frame electrode assembly in which a frame surrounding the periphery of the MEGA is integrally bonded to the periphery of the MEGA with an adhesive.
  • FIG. 4 and 5 are explanatory diagrams showing the configuration of a conventional MEGA frame.
  • the conventional MEGA frame 100p is manufactured by bonding the MEGA 200 and the frame 300p with an adhesive 400. If the CCM 202 is exposed without being covered with the adhesive as shown by A portion in FIG. 4, the electrolyte membrane may tear due to repeated expansion and contraction of the electrolyte membrane. Therefore, if a fuel cell is configured using the MEGA frame 100p with the CCM 202 exposed in this way, there is a possibility that a cross leak of the reaction gas may occur.
  • the MEGA frame described in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-129343 has a configuration in which the MEGA is sandwiched between two frames, and suppresses the adhesive from protruding from a gap formed at the bonding portion of the two frames. For this reason, a space in which excess adhesive can accumulate is provided.
  • the adhesive overflows without being guided into the space. There was a problem. Therefore, there has been a demand for a technique capable of reducing the decrease in productivity due to the adhesive and the increase in pressure loss of the flow path.
  • the conventional MEGA frame has been desired to reduce costs, save resources, facilitate manufacturing, and improve performance.
  • the present invention has been made to solve at least a part of the problems described above, and can be realized as the following forms.
  • the 1st aspect provides the electric power generation body used for a fuel cell.
  • the power generator used in the fuel cell according to the first aspect includes an electrolyte membrane, a first catalyst layer disposed on one surface of the electrolyte membrane, and a second disposed on the other surface of the electrolyte membrane.
  • a catalyst electrode layer a first gas diffusion layer disposed outside the first catalyst layer, and a second gas diffusion layer disposed outside the second catalyst layer.
  • the frame may be provided with an adhesive surface that is bonded to the membrane electrode assembly and has a higher hydrophilicity than a non-adhesive surface that is not bonded to other members among the surfaces constituting the frame. .
  • the membrane electrode assembly and the frame are made of a liquid adhesive.
  • excess adhesive flows along the hydrophilic bonding surface. Therefore, it is possible to reduce the possibility that excess adhesive overflows from the gap between the membrane electrode assembly and the frame, and the excess adhesive adheres to the jig and decreases productivity, or flows into the flow path and increases pressure loss.
  • the other member includes not only the membrane electrode assembly but also a member not included in the power generation body such as a separator adhered to the frame when the fuel cell is formed.
  • the membrane electrode assembly may have a step shape, and the adhesion surface of the frame may be formed at a position corresponding to the step shape of the membrane electrode assembly.
  • the first gas diffusion layer is formed in the same size as the electrolyte membrane
  • the second gas diffusion layer is formed smaller than the electrolyte membrane
  • the step shape is formed between the electrolyte membrane and the electrolyte membrane.
  • the adhesion surface may be constituted by a surface facing the first gas diffusion layer and a surface facing the electrolyte membrane or the second catalyst layer. good.
  • the frame may have a step portion corresponding to the step shape, and the adhesive surface may be formed on the step portion. In these cases, the adhesive protrudes from the step portion and the step shape, reduces the productivity due to the excess adhesive adhering to the jig, and reduces the pressure loss due to the excess adhesive flowing into the flow path. be able to.
  • the adhesive may be a UV curable liquid adhesive.
  • the time for producing the power generator can be shortened, and the productivity can be improved.
  • variation in each member which comprises an electric power generation body is absorbed, manufacture can be made easy and productivity can be improved.
  • the present invention can be realized in various modes.
  • it can be realized in various forms such as a fuel cell, a fuel cell system, a vehicle, and a power supply method.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell using a MEGA frame according to an embodiment of the present invention.
  • the fuel cell 800 includes a plurality of laminated bodies including the MEGA frame 100, the anode-side separator 500, and the cathode-side separator 600, and has a structure in which the plurality of laminated bodies are laminated.
  • the fuel cell 800 is a so-called polymer electrolyte fuel cell, and generates power using hydrogen gas supplied as fuel gas and air supplied as oxidant gas. Further, water as a cooling medium is circulated in the fuel cell 800, and the temperature in the fuel cell 800 is adjusted to a temperature suitable for power generation.
  • hydrogen gas is supplied to the anode side through a flow path formed in the anode side separator 500, and air is supplied to the cathode side through a flow path formed in the cathode side separator 600.
  • Water circulates through the flow path formed by the separator 500 and the cathode side separator 600.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the MEGA frame of this embodiment.
  • the MEGA frame 100 is manufactured by bonding the MEGA 200 and the frame 300 with an adhesive 400.
  • the MEGA frame 100 is formed in a rectangular shape in plan view, and the frame 300 is formed in a frame shape surrounding the periphery of the MEGA formed in a rectangular shape in plan view.
  • the MEGA 200 includes a CCM 202, an anode side gas diffusion layer 204, and a cathode side gas diffusion layer 206
  • the CCM 202 includes an electrolyte membrane 22, an anode side catalyst layer 24, and a cathode side catalyst layer 26.
  • the anode-side gas diffusion layer 204 is formed in a rectangular shape having the same size (flat area) as the CCM 202
  • the cathode-side gas diffusion layer 206 is formed in a rectangular shape that is slightly smaller (flat area) than the CCM 202. Therefore, the peripheral region of the CCM 202 is not covered by the cathode side gas diffusion layer 206 but exposed. That is, when the cross-sectional shape of the MEGA 200 is viewed, the end portion has a step shape and is stepped.
  • the electrolyte membrane 22 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluororesin containing perfluorocarbon sulfonic acid, and exhibits good electrical conductivity in a wet state.
  • Both the cathode side catalyst layer 26 and the anode side catalyst layer 24 contain catalyst-carrying carbon carrying a catalyst such as platinum or a platinum alloy.
  • Each of the cathode side gas diffusion layer 206 and the anode side gas diffusion layer 204 is composed of a porous diffusion layer substrate.
  • a diffusion layer substrate for example, a carbon porous body such as carbon paper, carbon cloth, or glassy carbon, or a metal porous body such as a metal mesh or a foam metal can be used.
  • a step corresponding to the step shape formed on the outer periphery of the MEGA 200 is formed in a portion bonded to the MEGA 200, that is, an inner frame portion in a plan view (FIG. 2).
  • the step in the frame 300 includes a first surface 302 facing the anode side gas diffusion layer 204 and a second surface 304 including a surface bonded to the CCM 202.
  • the first surface 302 has a predetermined angle of inclination with respect to the end surfaces of the CCM 202 and the anode-side gas diffusion layer 204. In this embodiment, the angle is 45 degrees, where the angle at which the first surface 302 is parallel to the end faces of the CCM 202 and the anode-side gas diffusion layer 204 is 0 degrees.
  • the first surface 302 and the second surface 304 are non-adhesive surfaces that are not bonded to other members (the anode side separator 500, the cathode side separator 600, and the MEGA 200) among the surfaces constituting the frame 300. Compared with hydrophilicity.
  • the frame 300 is made of thermoplastic PP (polypropylene).
  • PP polypropylene
  • PP that exhibits high transmittance particularly in a wavelength region of 300 nm or more is used.
  • thermoplastic resin for example, phenol resin, epoxy resin, PE (polyethylene), PET (Polyethylene terephthalate), and the like can also be used.
  • the frame 300 may be formed of a thermosetting resin.
  • the frame 300 is manufactured by injection molding, but may be manufactured by melt extrusion molding.
  • the slope of the step portion is formed by compression molding after extrusion.
  • the first surface 302 and the second surface 304 of the frame 300 are given higher hydrophilicity than the non-adhesive surface of the frame 300 by plasma treatment.
  • the imparting of hydrophilicity to the frame 300 is not limited to plasma processing, and may be performed by other known methods such as UV (ultraviolet light) processing and honing processing.
  • the adhesive 400 is a UV (ultraviolet) curable liquid adhesive that can generate radicals, cations, anions, and the like necessary for curing in a wavelength region of 300 nm or more.
  • a UV (ultraviolet) curable liquid adhesive that can generate radicals, cations, anions, and the like necessary for curing in a wavelength region of 300 nm or more.
  • epoxy resin, polyisobutylene, or silicone can be used as the resin type.
  • the frame 300 is made of PP that exhibits high transmittance in a wavelength region of 300 nm or more, if such a liquid adhesive is used, light (ultraviolet rays) is irradiated from above the frame 300. Can also cure the adhesive.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing a manufacturing process of the MEGA frame 100 of the present embodiment.
  • the MEGA 200, the frame 300, and the liquid adhesive 400 are prepared.
  • a liquid adhesive 400 is applied on the exposed CCM 202 of the MEGA 200, and the frame 300 is laminated.
  • the first surface 302 and the second surface 304 of the frame 300 have higher hydrophilicity than the non-adhesive surface of the frame 300, and therefore, as shown in FIG.
  • the adhesive flows along the first surface 302 and the adhesive flows into a gap formed between the frame 300 and the anode-side gas diffusion layer 204.
  • light ultraviolet light
  • the first surface 302 and the second surface 304 are given higher hydrophilicity than the non-adhesive surface of the frame 300 of the frame 300.
  • the liquid adhesive 400 flows along the second surface 304 and the first surface 302 into the gap between the frame 300 and the anode-side gas diffusion layer 204. Therefore, it is possible to suppress the adhesive 400 from protruding from the gap, and to reduce the productivity drop due to the excess adhesive adhering to the jig and the increase in pressure loss due to the surplus adhesive flowing into the flow path. it can.
  • the time required for curing the adhesive 400 is short. Therefore, for example, compared with the case where a thermosetting adhesive is used, the time for manufacturing the MEGA frame can be shortened, and the productivity can be increased.
  • the UV curable liquid adhesive it is possible to suppress the frame from being deformed by heating when the MEGA frame is manufactured.
  • the adhesive 400 that cures in a region where the light transmittance of the frame 300 is high is used, the amount of light used for curing the adhesive 400 can be reduced, and the cost can be reduced. it can.
  • the liquid adhesive 400 is used when the MEGA frame 100 is manufactured, the CCM 202 can be reinforced by absorbing the variation even when there is a variation in the dimensions of the MEGA 200 and the frame 300.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and embodiments, and can be carried out in various modes without departing from the gist thereof.
  • the technical features of the embodiment corresponding to the technical features may be replaced or combined as appropriate in order to solve some or all of the above-described problems or to achieve some or all of the above-described effects. Can be done.
  • the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate. For example, the following modifications are possible.
  • the first surface 302 of the frame 300 has an inclination of 45 degrees with respect to the end faces of the CCM 202 and the anode-side gas diffusion layer 204, but is not limited to this angle, and is not less than 0 degrees and less than 90 degrees.
  • the range may be changed.
  • the angle is 0 degree
  • the shape of the frame is as shown in FIG.
  • the first surface 302 facing the anode-side gas diffusion layer 204 and the second surface 304 including the surface bonded to the CCM 202 are more hydrophilic than the non-bonded surface of the frame 300. Protrusion of excess adhesive can be reduced by making it high.
  • the MEGA 200 is exemplified by the configuration in which the anode-side gas diffusion layer 204 and the cathode-side gas diffusion layer 206 are stacked on the outside of the CCM 202.
  • a structure in which the membrane, the catalyst layer, and the gas diffusion layer are sequentially laminated may be employed.
  • GDE gallium-oxide-semiconductor
  • the electrolyte membrane is exposed, and a liquid adhesive may be applied on the electrolyte membrane and integrated with the frame. Even if it does in this way, the effect similar to the said embodiment can be acquired.
  • (B4) Modification 4 In the above embodiment, the method of applying the adhesive 400 to the MEGA 200 and bonding the frame 300 and the MEGA 200 is illustrated, but the method may be applied to the frame 300. Further, before manufacturing the MEGA 200, the adhesive 400 may be applied to the CCM 202, and the anode-side gas diffusion layer 204, the cathode-side gas diffusion layer 206, and the frame 300 may be stacked and bonded at the same time. Similarly, an adhesive may be applied to the electrolyte membrane, and GDE and a frame may be laminated and bonded at the same time. Even if it does in this way, the effect similar to the said embodiment can be acquired.
  • a UV curable liquid adhesive is used as the adhesive 400, but various known liquid adhesives such as a thermosetting type, a moisture curable type, a reactive hot melt type, and a hot melt type may be used. Can be used. Even if it does in this way, the protrusion of the excess adhesive agent can be reduced.
  • (B6) Modification 6 In the above embodiment, the entire frame 300 is manufactured from the same PP, and the adhesive 400 that cures in a region where the light transmittance of the frame 300 is high is used. However, at least a portion to be joined to the MEGA 200 of the frame 300 is used. Light that cures the adhesive 400 may be transmitted.

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Abstract

　燃料電池に用いられる発電体であって、電解質膜と、電解質膜の一方の面に配置される第１の触媒層と、電解質膜の他方の面に配置される第２の触媒層と、第１の触媒層の外側に配置される第１のガス拡散層と、第２の触媒層の外側に配置される第２のガス拡散層とを備える膜電極接合体と、膜電極接合体の周縁に配置されるフレームと、膜電極接合体とフレームとを接着する接着剤と、を備え、第１のガス拡散層は電解質膜と同一の大きさに形成され、第２のガス拡散層は電解質膜よりも小さく形成されると共に、フレームは、電解質膜と第２のガス拡散層とによって形成される段差に対応する段差部を有し、段差部は、第１のガス拡散層と対向する面と、電解質膜または第２の触媒層と対向する面とで構成される接着面を備え、接着面は、フレームを構成する面のうち、他の部材と接着されない非接着面よりも親水性が高い。

Description

発電体
　本発明は、燃料電池に用いられる発電体に関する。
　電解質として高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」と称する）を用いる燃料電池では、膜電極接合体ＭＥＧＡ（Membrane Electrode and Gas Diffusion Layer Assembly）を種々の方法で作製している。例えば、電解質膜と触媒層とで構成されるＣＣＭ（Catalyst Coated Membrane）の両面にガス拡散層を積層したり、触媒層とガス拡散層とで構成されるガス拡散電極ＧＤＥ（ Gas Diffusion Electrode）を電解質膜の両面に積層して作製することがある。
　このような構成のＭＥＧＡは薄く曲がりやすいため、ＭＥＧＡの周縁を取り囲むフレームをＭＥＧＡの周縁に接着剤にて接着して一体化されたフレーム付きの膜電極接合体（以下、「ＭＥＧＡフレーム」とも称する）が提案されている。ＭＥＧＡフレームにおいて、ＭＥＧＡおよびフレームの製品公差や、フレームとＭＥＧＡを一体化する際の製造公差等により、ＭＥＧＡとフレームとの間の隙間が大きくなることがある。
　図４、５は、従来のＭＥＧＡフレームの構成を示す説明図である。従来のＭＥＧＡフレーム１００ｐは、ＭＥＧＡ２００とフレーム３００ｐとを接着剤４００にて接着して製造される。図４にＡ部分として示すように、ＣＣＭ２０２が接着剤で覆われず露出していると、電解質膜の膨張と収縮の繰り返しによって電解質膜が裂けることがある。そのため、このようにＣＣＭ２０２が露出したＭＥＧＡフレーム１００ｐを用いて燃料電池を構成すると、反応ガスのクロスリークが生じるおそれがある。
　一方、ＣＣＭ２０２が露出しないように接着剤４００の量を増やすと、図５に示すように余剰の接着剤４００がＭＥＧＡとフレームとの隙間から溢れることがある。図５では、フレーム３００ｐ下面の延長線を破線Ｈで示しており、図示するように、余剰の接着剤がはみ出している。このように、余剰の接着剤がはみ出していると、余剰の接着剤４００が治具に付着して生産性を低下させたり、流路に流れ込んで圧損を上昇させるおそれがあった。これは、ＧＤＥを電解質膜の両面に重ねて作製されるＭＥＧＡにも共通する問題であった。そこで、特開２００５－１２９３４３号公報には、接着剤溜まりとなる空所が形成されているフレームを備えるＭＥＧＡフレームが開示されている。
　特開２００５－１２９３４３号公報に記載されたＭＥＧＡフレームは、２枚のフレームにてＭＥＧＡを挟持する構成であり、２枚のフレームの接着部位に形成された隙間から接着剤がはみ出ることを抑制するために、余剰な接着剤が溜まりうる空間を設けている。しかしながら、図４に示すように１枚のフレームを接着剤にてＭＥＧＡに接着する場合には、余剰な接着剤が溜まりうる空間を設けたとしても、接着剤がその空間に誘導されず溢れるという問題があった。そのため、接着剤による生産性の低下、流路の圧損上昇を低減することが可能な技術が望まれていた。そのほか、従来のＭＥＧＡフレームにおいては、低コスト化、省資源化、製造の容易化、性能の向上等が望まれていた。
　本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
　第１の態様は、燃料電池に用いられる発電体を提供する。第１の態様に係る燃料電池に用いられる発電体は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に配置される第１の触媒層と、前記電解質膜の他方の面に配置される第２の触媒層と、前記第１の触媒層の外側に配置される第１のガス拡散層と、前記第２の触媒層の外側に配置される第２のガス拡散層と、を備える膜電極接合体と、前記膜電極接合体の周縁に配置されるフレームと、前記膜電極接合体と前記フレームとを接着する接着剤と、を備えてよい。前記フレームは、前記膜電極接合体と接着される接着面であって、前記フレームを構成する面のうち、他の部材と接着されない非接着面よりも高い親水性を有する接着面を備えて良い。
　第１の態様に係る発電体によれば、フレームを構成する面のうち、他の部材と接着されない非接着面よりも親水性が高いので、膜電極接合体とフレームとを液状接着剤にて接着する場合に、余剰な接着剤が親水性の接着面に沿って流れ込む。したがって、余剰の接着剤が膜電極接合体とフレームとの隙間から溢れ、余剰接着剤が治具に付着して生産性を低下させたり、流路に流れ込んで圧損を上昇させるおそれを低減することができる。ここで、他の部材とは、膜電極接合体だけでなく、燃料電池を構成する際にフレームと接着されるセパレータ等の発電体に含まれない部材を含む。
　第１の対応に係る発電体において、前記膜電極接合体は段差形状を有し、前記フレームの前記接着面は前記膜電極接合体の段差形状に対応する位置に形成されていても良い。また、前記第１のガス拡散層は前記電解質膜と同一の大きさに形成され、前記第２のガス拡散層は前記電解質膜よりも小さく形成され、前記段差形状は、前記電解質膜と前記第２のガス拡散層とによって形成され、前記接着面は、前記前記第１のガス拡散層と対向する面と、前記電解質膜または前記第２の触媒層と対向する面とで構成されていても良い。さらに、前記フレームは、前記段差形状に対応する段差部を有し、前記接着面は、前記段差部に形成されていても良い。これらの場合には、段差部および段差形状における接着剤のはみ出し、余剰接着剤が治具に付着することによる生産性の低下、および余剰接着剤が流路に流れ込むことによる圧損の上昇を低減することができる。
　。
　第１の態様に係る発電体において、前記接着剤は、ＵＶ硬化型の液状接着剤であっても良い。この場合には、発電体を製造する時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。また、発電体を構成する各部材のばらつきを吸収して、製造を容易にし、生産性を向上させることができる。
　また、このような形態によれば、低コスト化、省資源化、製造の容易化、性能の向上等の種々の課題の少なくとも１つを解決することができる。
　なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池、燃料電池システム、車両、電力供給方法などの種々の形態で実現することができる。
本発明の一実施形態であるＭＥＧＡフレームを用いた燃料電池の構成を示す説明図である。 本実施形態のＭＥＧＡフレームの構成を示す説明図である。 本実施形態のＭＥＧＡフレームの製造工程を示す説明図である。 従来のＭＥＧＡフレームの構成を示す説明図である。 従来のＭＥＧＡフレームの構成を示す説明図である。
Ａ．実施形態：
（Ａ１）燃料電池の構成：
　図１は、本発明の一実施形態であるＭＥＧＡフレームを用いた燃料電池の構成を示す説明図である。図１では、燃料電池８００の断面構成の一部を図示している。燃料電池８００は、ＭＥＧＡフレーム１００と、アノード側セパレータ５００と、カソード側セパレータ６００と、からなる積層体を複数備え、これら複数の積層体が積層された構造を有する。なお、図１では、図示の便宜上、１組の積層体のみ表している。燃料電池８００は、いわゆる固体高分子型燃料電池であり、燃料ガスとして供給される水素ガスと、酸化剤ガスとして供給される空気とを用いて発電を行う。また、燃料電池８００内には、冷却媒体としての水が循環され、燃料電池８００内の温度が、発電に適切な温度に調整される。
　燃料電池８００において、アノード側セパレータ５００に形成された流路を介してアノード側に水素ガスが供給され、カソード側セパレータ６００に形成された流路を介してカソード側に空気が供給され、アノード側セパレータ５００とカソード側セパレータ６００とで形成される流路を水が循環する。
　図２は、本実施形態のＭＥＧＡフレームの構成を示す説明図である。図２では、ＭＥＧＡフレーム１００の断面構成の一部を図示している。ＭＥＧＡフレーム１００は、ＭＥＧＡ２００とフレーム３００とを接着剤４００にて接着して製造される。ＭＥＧＡフレーム１００は平面視矩形に形成され、フレーム３００は平面視矩形に形成されたＭＥＧＡの周縁を取囲む枠状に形成されている。
　図２に示すように、ＭＥＧＡ２００は、ＣＣＭ２０２とアノード側ガス拡散層２０４とカソード側ガス拡散層２０６とを備え、ＣＣＭ２０２は電解質膜２２とアノード側触媒層２４とカソード側触媒層２６とを備える。アノード側ガス拡散層２０４はＣＣＭ２０２と同一の大きさ（平面積）の矩形状に形成され、カソード側ガス拡散層２０６はＣＣＭ２０２より一回り小さい（平面積）の矩形状に形成されている。したがって、ＣＣＭ２０２の周縁領域はカソード側ガス拡散層２０６によって覆われず、露出する。すなわち、ＭＥＧＡ２００の断面形状を見ると、その端部は段差形状を有し、段状になっている。
　電解質膜２２は、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂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り、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。カソード側触媒層２６およびアノード側触媒層２４は、いずれも白金や白金合金等の触媒を担持した触媒担持カーボンを含んでいる。カソード側ガス拡散層２０６およびアノード側ガス拡散層２０４は、いずれも多孔質の拡散層用基材で構成されている。このような拡散層用基材として、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスやガラス状カーボン等のカーボン多孔質体や、金属メッシュや発泡金属等の金属多孔質体を用いることができる。
　フレーム３００は、ＭＥＧＡ２００と接着される部分、すなわち平面視における内枠部分に、ＭＥＧＡ２００の外周に形成された段差形状に対応する段差が形成されている（図２）。フレーム３００における段差は、アノード側ガス拡散層２０４と対向する第１の面３０２とＣＣＭ２０２と接着される面を含む第２の面３０４とを備える。第１の面３０２は、ＣＣＭ２０２とアノード側ガス拡散層２０４の端面に対して所定の角度の傾きを有する。本実施形態において、その角度は、ＣＣＭ２０２とアノード側ガス拡散層２０４の端面に対して第１の面３０２が平行になる角度を０度として、４５度である。本実施形態において、第１の面３０２と第２の面３０４とは、フレーム３００構成する面のうち、他の部材（アノード側セパレータ５００、カソード側セパレータ６００、ＭＥＧＡ２００）と接着されない非接着面に比較して親水性が高い。
　フレーム３００は、熱可塑性のＰＰ（polypropylene）で形成されている。本実施形態において、特に、３００ｎｍ以上の波長領域で高い透過率を示すＰＰを用いている。熱可塑性の樹脂としては、その他、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥ（polyethylene）、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）等を用いることもできる。また、フレーム３００は、熱硬化性樹脂で形成されてもよい。
　本実施形態において、フレーム３００は射出成形にて作製されるが、溶融押し出し成形にて作製されてもよい。溶融押し出し成形にて作製する場合には、押し出し後に圧縮成形するなどして、段差部の斜面を形成する。フレーム３００の第１の面３０２と第２の面３０４は、プラズマ処理によりフレーム３００の非接着面より高い親水性が付与される。なお、フレーム３００への親水性の付与は、プラズマ処理に限定されず、ＵＶ（紫外線）処理、ホーニング処理等周知の他の方法によって行われてもよい。
　本実施形態では、接着剤４００としてＵＶ（紫外線）硬化型の液状接着剤であって、３００ｎｍ以上の波長領域で硬化に必要なラジカル、カチオン、アニオン等を生成しうるものを用いる。例えば、樹脂種として、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン、シリコーンを用いることができる。上記の通り、フレーム３００は、３００ｎｍ以上の波長領域で高い透過率を示すＰＰで作製されているため、このような液状接着剤を用いれば、フレーム３００の上から光（紫外線）を照射しても接着剤を硬化させることができる。
　図３は、本実施形態のＭＥＧＡフレーム１００の製造工程を示す説明図である。ＭＥＧＡフレーム１００を製造する際は、まず、ＭＥＧＡ２００と、フレーム３００と、液状接着剤４００とを用意する。次に、図３に示すように、ＭＥＧＡ２００の露出したＣＣＭ２０２上に、液状の接着剤４００を塗布し、フレーム３００を積層する。このとき、フレーム３００の第１の面３０２と第２の面３０４は、フレーム３００の非接着面よりも親水性が高いため、図２に示すように、余剰の接着剤が第２の面３０４、第１の面３０２に沿って誘導され、フレーム３００とアノード側ガス拡散層２０４との間に形成される隙間に接着剤が流入する。その後、接着剤４００の硬化に必要な光（紫外線）をフレーム３００の上から照射して、接着剤４００を硬化させる。これにより、図２に示すようなＭＥＧＡフレーム１００が作製される。
　本実施形態のＭＥＧＡフレーム１００によれば、第１の面３０２と第２の面３０４が、フレーム３００のフレーム３００の非接着面より高い親水性が付与されているため、フレーム３００とＭＥＧＡ２００との接着時に液状の接着剤４００が第２の面３０４、第１の面３０２に沿って、フレーム３００とアノード側ガス拡散層２０４との隙間に流れ込む。したがって、接着剤４００がその隙間よりはみ出すことが抑制され、余剰接着剤が治具に付着することによる生産性の低下、および余剰接着剤が流路に流れ込むことによる圧損の上昇を低減することができる。
　また、本実施形態では、ＵＶ硬化型の液状接着剤を用いているため接着剤４００を硬化させるのに要する時間が短い。したがって、例えば、熱硬化型の接着剤を用いる場合に比べて、ＭＥＧＡフレームを製造する時間を短縮することができ、生産性を上げることができる。また、ＵＶ硬化型の液状接着剤を用いているため、ＭＥＧＡフレームの製造時に加熱によりフレームが変形するのを抑制することができる。また、本実施形態では、フレーム３００の光透過率が高い領域で硬化する接着剤４００を用いているため、接着剤４００の硬化に使用する光量を低減することができ、低コスト化することができる。また、ＭＥＧＡフレーム１００の製造時に液状の接着剤４００を用いているため、ＭＥＧＡ２００やフレーム３００の寸法ばらつきがあった場合にも、ばらつきを吸収して、ＣＣＭ２０２を補強することができる。
Ｂ．変形例：
　この発明は上記の実施形態や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、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、或いは、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。例えば次のような変形も可能である。
（Ｂ１）変形例１：
　上記実施形態では、フレーム３００の第１の面３０２は、ＣＣＭ２０２とアノード側ガス拡散層２０４の端面に対して４５度の傾きを有するが、その角度に限定されず、０度以上９０度未満の範囲で変更してもよい。例えば、角度が０度の場合には、フレームの形状は、図４に示すような形状になる。このような場合も、アノード側ガス拡散層２０４と対向する第１の面３０２とＣＣＭ２０２と接着される面を含む第２の面３０４とを、フレーム３００の非接着面に比較して親水性が高くなるように作製することにより、余剰の接着剤のはみ出しを低減することができる。
（Ｂ２）変形例２：
　上記実施形態においては、ＭＥＧＡ２００として、ＣＣＭ２０２の外側にアノード側ガス拡散層２０４とカソード側ガス拡散層２０６とが積層された構成を例示したが、電解質膜の両面にＧＤＥを積層する構成でも、電解質膜、触媒層、ガス拡散層をそれぞれ順に積層する構成でもよい。電解質膜の両面にＧＤＥを積層する構成の場合には、電解質膜が露出することになり、電解質膜上に液状の接着剤を塗布して、フレームと一体化すればよい。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
（Ｂ３）変形例３：
　上記実施形態においては、カソード側ガス拡散層２０６がアノード側ガス拡散層２０４よりも一回り小さく形成されたものを例示したが、逆に、アノード側ガス拡散層２０４がカソード側ガス拡散層２０６よりも一回り小さく形成されてもよい。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
（Ｂ４）変形例４：
　上記実施形態では、ＭＥＧＡ２００に接着剤４００を塗布してフレーム３００とＭＥＧＡ２００とを接着する方法を例示したが、フレーム３００に塗布してもよい。さらに、ＭＥＧＡ２００を作製する前にＣＣＭ２０２に接着剤４００を塗布し、アノード側ガス拡散層２０４、カソード側ガス拡散層２０６、フレーム３００を同時に積層して接合してもよい。同様に、電解質膜に接着剤を塗布し、ＧＤＥ、フレームを同時に積層して接合してもよい。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
（Ｂ５）変形例５：
　上記実施形態においては、接着剤４００としてＵＶ硬化型の液状接着剤を用いているが、熱硬化型、湿気硬化型、反応型ホットメルト型、ホットメルト型等、種々の周知の液状接着剤を用いることができる。このようにしても、余剰の接着剤のはみ出しを低減することができる。
（Ｂ６）変形例６：
　上記実施形態において、フレーム３００全体を同一のＰＰで製造しており、フレーム３００の光透過率が高い領域で硬化する接着剤４００を用いているが、少なくともフレーム３００のＭＥＧＡ２００と接合する部分を、接着剤４００を硬化させる光を透過可能にすればよい。
　本願は、その全ての開示が参照により組み込まれる、２０１３年１２月１０日に出願された、発明の名称を「発電体」とする日本国特許出願（出願番号２０１３－２５４８４９）に基づく優先権を主張する。

Claims (5)

  1. 　燃料電池に用いられる発電体であって、
    　電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に配置される第１の触媒層と、前記電解質膜の他方の面に配置される第２の触媒層と、前記第１の触媒層の外側に配置される第１のガス拡散層と、前記第２の触媒層の外側に配置される第２のガス拡散層と、を備える膜電極接合体と、
    　前記膜電極接合体の周縁に配置されるフレームと、
    　前記膜電極接合体と前記フレームとを接着する接着剤と、
    　を備え、
    　前記フレームは、前記膜電極接合体と接着される接着面であって、前記フレームを構成する面のうち、他の部材と接着されない非接着面よりも高い親水性を有する接着面を備える、発電体。
  2. 　請求項１に記載の発電体において、
    　前記膜電極接合体は段差形状を有し、
    　前記フレームの前記接着面は前記膜電極接合体の段差形状に対応する位置に形成されている、発電体。
  3. 　請求項２に記載の発電体において、
    　前記第１のガス拡散層は前記電解質膜と同一の大きさに形成され、前記第２のガス拡散層は前記電解質膜よりも小さく形成され、前記段差形状は、前記電解質膜と前記第２のガス拡散層とによって形成され、
    　前記接着面は、前記第１のガス拡散層と対向する面と、前記電解質膜または前記第２の触媒層と対向する面とで構成されている、発電体。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の発電体において、
    　前記フレームは、前記段差形状に対応する段差部を有し、前記接着面は前記段差部に形成されている
    　発電体。
  5. 　請求項１から４のいずれか一項に記載の発電体において、
    　前記接着剤は、ＵＶ硬化型の液状接着剤である、発電体。
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