JP2016100152A - 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固且つ良好に接合するとともに、接着剤の内部に気泡が発生することを可及的に抑制することを可能にする。
【解決手段】樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１０は、電解質膜・電極構造体１０ａと樹脂枠部材２４とを一体化する。樹脂枠部材２４は、内周基端部２４ｓからカソード電極２２側に膨出する内側膨出部２４ａを有する。内側膨出部２４ａには、固体高分子電解質膜１８の外周面部１８ｂｅとの間に接着剤層２８が形成される平坦面部２６ｂが設けられる。平坦面部２６ｂは、内側膨出部２４ａの先端部２４ａｅから内周基端部２４ｓに向かって傾斜するテーパ面を構成する。
【選択図】図２

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、外周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。

樹脂枠付きＭＥＡとして、例えば、特許文献１に開示されている電解質膜−電極接合体が知られている。この電解質膜−電極接合体では、図８に示すように、膜１の一方の側には、前記膜１と同一の外形寸法を有するアノード触媒層２ａとアノードガス拡散層２ｂとが配置されている。膜１の他方の側には、前記膜１よりも小さな外形寸法を有するカソード触媒層３ａとカソードガス拡散層３ｂとが配置されている。これによって、段差ＭＥＡ４が構成されている。

アノードガス拡散層２ｂは、カソードガス拡散層３ｂよりも大きな面積に設定されており、前記カソードガス拡散層３ｂ側の膜１の外周部とガスケット構造体５とは、接着部位６を介して接合されている。

特開２００７−６６７６６号公報

ところで、上記の特許文献１では、カソードガス拡散層３ｂ側の膜１の外周縁部（平面）とガスケット構造体５の内周薄肉部５ａの平面とが、額縁平面形状の接着部位６を介して接合されている。

しかしながら、段差ＭＥＡ４とガスケット構造体５との接着工程において、接着部位６に接着剤が過剰に塗布されたり、接合荷重がばらついたりすると、前記接着部位６から前記接着剤がはみ出すおそれがある。

しかも、接着部位６は、密閉空間を形成する場合が多く、この接着部位６内を接着剤が広げられる際、空気が前記接着部位６から抜けないおそれがある。これにより、接着部位６内に残存する空気に起因して、接着剤を均一厚さに塗ることができず、ガス遮断性や接着耐久性等の品質に大きなばらつきが発生するという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固且つ良好に接合するとともに、接着剤の内部に気泡が発生することを可及的に抑制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・電極構造体を備えている。電解質膜・電極構造体では、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。電解質膜・電極構造体には、固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂枠部材が設けられている。

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。内側膨出部には、少なくとも第２電極の端部から面方向外方に露出する固体高分子電解質膜の外周面部との間に接着剤層が形成される平坦面部が設けられている。接着剤層は、内側膨出部の先端部から内周基端部に向かって前記接着剤層の厚さが厚くなるテーパ形状を構成している。

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、樹脂枠部材を構成する内側膨出部にテーパ形状部を設けることが好ましい。

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、内周基端部には、溶融して第１電極の外周縁部に含浸されて樹脂含浸部を形成する樹脂突起部が設けられることが好ましい。その際、内側膨出部には、内周基端部の近傍に位置して固体高分子電解質膜の外周面部に当接する凸状部が設けられることが好ましい。凸状部は、内周基端部から先端部に向かう幅寸法が、樹脂含浸部の幅寸法よりも大きな寸法に設定されることが好ましい。

本発明によれば、樹脂枠部材の内側膨出部には、接着剤層が形成される平坦面部が設けられている。そして、接着剤層は、内側膨出部の先端部から内周基端部に向かって前記接着剤層の厚さが厚くなるテーパ形状を構成している。このため、平坦面部に設けられた接着剤層は、内周基端部に向かって伸ばされる際、テーパ形状に沿って移動する。

その際、テーパ形状は、内側膨出部の先端部から内周基端部に向かってテーパ形状を有しており、前記内周基端部側に向かって容量（容積）が増加している。従って、接着剤層内の空気は、接着剤の流動に沿って内周基端部側に確実に移動することができる。

これにより、簡単な構成で、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固且つ良好に接合するとともに、接着剤の内部に気泡が発生することを可及的に抑制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。 特許文献１に開示されている電解質膜−電極接合体の説明図である。

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を有する。固体高分子電解質膜１８は、アノード電極（第１電極）２０及びカソード電極（第２電極）２２に挟持される。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）系電解質を使用することができる。

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（平面の大きさ）（外形寸法）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、同一の平面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）の平面寸法に設定される。

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は、第２ガス拡散層２２ｂの外周端部２２ｂｅから外方に突出しており、前記第２ガス拡散層２２ｂよりも大きな平面寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜１８よりも小さな平面寸法に設定される。なお、第２電極触媒層２２ａと第２ガス拡散層２２ｂとは、同一の平面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）又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）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及び図３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の外周面部１８ｂｅを覆って配置される。

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の外周面部１８ｂｅに当接する凸状部２６ａが、前記内側膨出部２４ａと一体に設けられる。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の先端部２４ａｅまで延在する。先端部２４ａｅの内側角部には、Ｒ（湾曲面）が設けられる。

平坦面部２６ｂは、内側膨出部２４ａの先端部２４ａｅから内周基端部２４ｓに向かって固体高分子電解質膜１８の外周面部１８ｂｅから離間する方向（内側膨出部２４ａの厚さ方向内方）に傾斜するテーパ面（テーパ形状部）を構成する。なお、平坦面部２６ｂにテーパ面を設ける代わりに、電解質膜・電極構造体１０ａを構成する固体高分子電解質膜１８の面１８ｂにテーパ面（テーパ形状部）を設けることができる。

図３に示すように、平坦面部２６ｂの先端部２４ａｅ近傍と固体高分子電解質膜１８の外周面部１８ｂｅとの間隔Ｔ１は、前記平坦面部２６ｂの凸状部２６ａ近傍と前記固体高分子電解質膜１８の前記外周面部１８ｂｅとの間隔Ｔ２よりも小さな寸法に設定される（Ｔ１＜Ｔ２）。平坦面部２６ｂと、少なくとも固体高分子電解質膜１８の外周面部１８ｂｅとの間には、テーパ形状を有する接着剤層２８が形成される。接着剤層２８は、先端部２４ａｅから凸状部２６ａ（内周基端部２４ｓ）に向かって漸次、厚さが厚くなるテーパ形状を構成する。

接着剤層２８には、接着剤２８ｓ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２８ｓ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の外周面部１８ｂｅの全周に亘って額縁状に形成される。樹脂枠部材２４の先端部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。

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が一体に設けられる。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額縁状の樹脂含浸部２８ａを形成する。樹脂含浸部２８ａの幅寸法Ｌ１は、内側膨出部２４ａを構成する凸状部２６ａの幅寸法Ｌ２よりも小さな寸法に設定される（Ｌ１＜Ｌ２）。

樹脂含浸部２８ａの幅寸法Ｌ１は、アノード電極２０の第１ガス拡散層２０ｂの外周端部２０ｂｅから内方に離間した位置であり、樹脂突起部２４ｔが溶融して含浸される領域である。この領域は、積層方向に凸状部２６ａが設けられている領域内に配置される。

図１に示すように、燃料電池１２の矢印Ｂ方向（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、矢印Ｂ方向に延在して設けられる。

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、矢印Ｂ方向に延在して形成される。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、矢印Ｂ方向に延在して形成される。

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。

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の外周面部１８ｂｅに沿って接着剤２８ｓが設けられる。接着剤２８ｓは、例えば、ホットメルトシートを用いてもよく、あるいは、接着剤２８ｓ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。そして、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。さらに、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の外周面部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の先端部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、接触する金型（図示せず）により加熱及び加圧される。加熱方式としては、レーザ加熱、赤外線加熱、インパルス加熱やヒータ加熱等が採用される。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２８ａ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２及び図３に示すように、樹脂枠部材２４の内側膨出部２４ａには、テーパ形状を有する接着剤層２８が形成される平坦面部２６ｂが設けられている。そして、平坦面部２６ｂは、内側膨出部２４ａの先端部２４ａｅから内周基端部２４ｓに向かって、固体高分子電解質膜１８の外周面部１８ｂｅから離間する方向に傾斜するテーパ面を構成している。

このため、図５に示すように、平坦面部２６ｂに設けられる接着剤２８ｓは、内周基端部２４ｓに向かって伸ばされる際、前記平坦面部２６ｂを構成するテーパ面に沿って移動する（図６参照）。その際、テーパ面は、内周基端部２４ｓに向かって固体高分子電解質膜１８の外周面部１８ｂｅから離間しており、前記内周基端部２４ｓ側に向かって容量（容積）が増加している。従って、接着剤層２８内の空気は、接着剤２８ｓの流動に沿って内周基端部２４ｓ側に確実に移動することができる。

これにより、簡単な構成で、電解質膜・電極構造体１０ａと樹脂枠部材２４とを強固且つ良好に接合するとともに、接着剤層２８の内部に気泡が発生することを可及的に抑制することが可能になるという効果が得られる。

さらに、本実施形態では、図３に示すように、樹脂含浸部２８ａの幅寸法Ｌ１は、内側膨出部２４ａを構成する凸状部２６ａの幅寸法Ｌ２よりも小さな寸法に設定されている。このため、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際、凸状部２６ａは、荷重受け（裏受け）として機能する。従って、樹脂突起部２４ｔを確実に加圧することができ、所望の樹脂含浸部２８ａを良好且つ迅速に形成することが可能になる。

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 １８ｂｅ…外周面部
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 ２４ａｅ…先端部
２４ｓ…内周基端部 ２４ｔ…樹脂突起部
２６ａ…凸状部 ２６ｂ…平坦面部
２８…接着剤層 ２８ａ…樹脂含浸部
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

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を有し、
   前記内側膨出部には、少なくとも前記第２電極の端部から面方向外方に露出する前記固体高分子電解質膜の外周面部との間に接着剤層が形成される平坦面部が設けられるとともに、
   前記接着剤層は、前記内側膨出部の先端部から前記内周基端部に向かって前記接着剤層の厚さが厚くなるテーパ形状を構成す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. 請求項１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、前記樹脂枠部材を構成する前記内側膨出部にテーパ形状部を設け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、前記内周基端部には、溶融して前記第１電極の外周縁部に含浸されて樹脂含浸部を形成する樹脂突起部が設けられるとともに、
   前記内側膨出部には、前記内周基端部の近傍に位置して前記固体高分子電解質膜の前記外周面部に当接する凸状部が設けられ、
   前記凸状部は、前記内周基端部から前記先端部に向かう幅寸法が、前記樹脂含浸部の幅寸法よりも大きな寸法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。

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