JP2017103126A - 燃料電池セル及び燃料電池セルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電解質膜に加わる張力を抑制した燃料電池セル及び燃料電池セルの製造方法の提供。【解決手段】膜電極ガス拡散層接合体２０と、膜電極ガス拡散層接合体を挟持する第１及び第２セパレータ３３ａ、３３ｃと、樹脂製であり枠状の基材４１、基材の一方の面と第１セパレータとを接着した第１接着層４２、及び基材の他方の面と第２セパレータ３３ｃとを接着した第２接着層を有したシール部材４０と、基材の前記一方の面の内周縁側４１ｅ、４２ｅと、電解質膜１１の周縁領域１１ｅとを接着する接着部５０と、を備え、第１及び第２接着層は、電解質膜の平面方向で接着部５０から電解質膜の外側に離れており、電解質膜の平面方向で基材の内周縁４１ｅ，４２ｅから第１及び第２接着層４２までの間で、基材には接着部５０以外に接着成分は設けられておらず、基材は、第１及び第２接着層のそれぞれよりも線膨張係数が小さい、燃料電池セル。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池セル及び燃料電池セルの製造方法に関する。

電解質膜のカソード側の周縁領域を露出するように段部が設けられた膜電極ガス拡散層接合体と、膜電極ガス拡散層接合体を挟持する一対のセパレータと、一対のセパレータに挟持され電解質膜の周縁領域に接着されたシール部材とを備えた燃料電池セルが知られている。シール部材は、樹脂製の基材の両面に接着層が設けられており、接着層は一対のセパレータに接着されている。また、接着層の一方は、電解質膜に接着される（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−６７６８９号公報

シール部材の接着層は、例えば熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が用いられて、セパレータと熱圧着される。接着層が熱可塑性樹脂の場合には、熱圧着後の冷却時に、セパレータや電解質膜に接着されていない接着層の一部分が収縮して、電解質膜に張力が加わる可能性がある。また、接着層が熱硬化性樹脂の場合にも、熱硬化後の冷却時に接着層の一部分が収縮して、同様の問題が生じる可能性がある。更に、このような燃料電池が低温環境下に置かれた場合にも、接着層の一部分が収縮して、同様の問題が生じる可能性がある。

そこで、本発明は、電解質膜に加わる張力を抑制した燃料電池セル及び燃料電池セルの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的は、電解質膜、前記電解質膜の一方の面に形成された第１触媒層、前記電解質膜の周縁領域を露出するように前記電解質膜の他方の面に形成された第２触媒層、前記第１触媒層に接合された第１ガス拡散層、及び前記周縁領域を露出するように前記第２触媒層に接合された第２ガス拡散層、を有する膜電極ガス拡散層接合体と、前記膜電極ガス拡散層接合体を挟持する第１及び第２セパレータと、樹脂製であり枠状の基材、前記基材の一方の面と前記第１セパレータとを接着した第１接着層、及び前記基材の他方の面と前記第２セパレータとを接着した第２接着層、を有したシール部材と、前記基材の前記一方の面の内周縁側と、前記電解質膜の前記周縁領域とを接着する接着部と、を備え、前記第１及び第２接着層は、前記電解質膜の平面方向で前記接着部から前記電解質膜の外側に離れており、前記電解質膜の平面方向で前記基材の内周縁から前記第１及び第２接着層までの間で、前記基材には前記接着部以外に接着成分は設けられておらず、前記基材は、前記第１及び第２接着層のそれぞれよりも線膨張係数が小さい、燃料電池セルによって達成できる。

基材の一方の面の内周縁側が電解質膜の周縁領域に接着部により接着され、第１及び第２接着層は電解質膜の平面方向で接着部から電解質膜の外側に離れており、電解質膜の平面方向で基材の内周縁から第１及び第２接着層までの間で基材には接着部以外の接着成分は設けられていない。このため、第１及び第２接着層の収縮に伴って基材が収縮することが抑制されている。また、基材は電解質膜の周縁領域に接着されているが、基材は第１及び第２接着層のそれぞれよりも線膨張係数が小さいため、基材自体の収縮も抑制されている。以上により、基材の収縮に伴って電解質膜に加わる張力が抑制される。

前記基材の線膨張係数は、５７×１０^−６／Ｋ以下が好ましい。

前記第１及び第２接着層は、熱可塑性樹脂が好ましい。

また、上記目的は、電解質膜、前記電解質膜の一方の面に形成された第１触媒層、前記電解質膜の周縁領域を露出するように前記電解質膜の他方の面に形成された第２触媒層、前記第１触媒層に接合された第１ガス拡散層、及び前記周縁領域を露出するように前記第２触媒層に接合された第２ガス拡散層、を有する膜電極ガス拡散層接合体を準備する工程と、第１及び第２セパレータを準備する工程と、樹脂製であり枠状の基材、及び前記基材の一方の面及び他方の面にそれぞれ設けられた第１及び第２接着層、を有し、前記第１及び第２接着層は前記基材の平面方向で前記電解質膜よりも大きく、前記基材の平面方向で前記基材の内周縁から前記第１及び第２接着層までの間で前記基材には接着成分は設けられておらず、前記基材は前記第１及び第２接着層のそれぞれよりも線膨張係数が小さい、シール部材を製造する工程と、前記第１及び第２接着層が前記電解質膜の平面方向で前記電解質膜から離れるように、前記基材の前記一方の面の内周縁側を接着剤により前記電解質膜の前記周縁領域に接着させる工程と、前記膜電極ガス拡散層接合体及びシール部材を、前記第１及び第２セパレータで挟持させながら、前記第１及び第２接着層によりそれぞれ前記第１及び第２セパレータに接着させる工程と、を備えた、燃料電池セルの製造方法によっても達成できる。

前記シール部材を製造する工程は、長尺状の前記基材と長尺状の前記第１及び第２接着層とを準備する工程と、前記第１及び第２接着層に前記電解質膜よりも大きい開口をそれぞれ形成する工程と、前記開口の位置が互いに一致するように、前記第１及び第２接着層をそれぞれ前記基材の前記一方の面及び他方の面に貼り付ける工程と、前記開口よりも外側の位置で、前記第１及び第２接着層と共に前記基材を、矩形状に裁断する工程と、前記開口の内周縁から内側に間隔をあけて前記基材の中央部を、前記電解質膜の周縁領域の外周形状よりも小さく前記第２触媒層よりも大きい形状に裁断する工程と、前記開口よりも外側の位置でマニホールド用の孔を形成する工程と、を含む、構成であってもよい。

電解質膜に加わる張力を抑制した燃料電池セル及び燃料電池セルの製造方法を提供できる。

図１は、燃料電池セルである単セルの分解斜視図である。 図２は、燃料電池の単セルの部分断面図である。 図３は、比較例の説明図である。 図４は、単セルの製造方法を示すフローチャートである。 図５は、シール部材の製造方法を示すフローチャートである。 図６Ａ〜図６Ｃは、シール部材の製造方法の説明図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、シール部材の製造方法の説明図である。

図１は、燃料電池セルである単セル６０の分解斜視図である。燃料電池は、単セル６０が複数積層されることで構成される。この燃料電池は、反応ガスとして燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば酸素）の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。単セル６０は、膜電極ガス拡散層接合体２０（以下、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）と称する）と、ＭＥＧＡ２０を挟持するアノード側セパレータ３３ａ及びカソード側セパレータ３３ｃ（以下、セパレータと称する）とを含む。ＭＥＧＡ２０は、アノード側ガス拡散層２２ａ及びカソード側ガス拡散層２２ｃ（以下、拡散層と称する）を有している。ＭＥＧＡ２０の周縁領域には、詳しくは後述するが、略枠状であり絶縁性を有したシール部材４０が設けられている。

セパレータ３３ａの２つの短辺の一方側には孔ａ１〜ａ３が形成され、他方側には孔ａ４〜ａ６が形成されている。同様に、セパレータ３３ｃの２つの短辺の一方側には孔ｃ１〜ｃ３が形成され、他方側には孔ｃ４〜ｃ６が形成されている。シール部材の２つの短辺の一方側には孔ｓ１〜ｓ３が形成され、他方側には孔ｓ４〜ｓ６が形成されている。孔ａ１、ｓ１、及びｃ１は連通してカソード入口マニホールドを画定する。同様に、孔ａ２、ｓ２、及びｃ２は、冷媒出口マニホールドを、孔ａ３、ｓ３、及びｃ３はアノード出口マニホールドを、孔ａ４、ｓ４、及びｃ４はアノード入口マニホールドを、孔ａ５、ｓ５、及びｃ５は冷媒入口マニホールドを、孔ａ６、ｓ６、及びｃ６はカソード出口マニホールドを画定する。

ＭＥＧＡ２０に対向するセパレータ３３ａの面には、アノード入口マニホールドとアノード出口マニホールドとを連通して燃料ガスが流れるアノード流路３４ａが形成されている。ＭＥＧＡ２０に対向するセパレータ３３ｃの面には、カソード入口マニホールドとカソード出口マニホールドとを連通して酸化剤ガスが流れるカソード流路３４ｃが形成されている。セパレータ３３ａのアノード流路３４ａとは反対側の面、及びセパレータ３３ｃのカソード流路３４ｃとは反対側の面には、冷媒入口マニホールドと冷媒出口マニホールドとを連通し冷媒が流れる冷媒流路３５ａ及び３５ｃがそれぞれ形成されている。

図２は、燃料電池１の単セル６０の部分断面図である。尚、図２では、一つの単セル６０のみを図示し、その他の単セルについては省略してある。ＭＥＧＡ２０は、上述した拡散層２２ａ及び２２ｃと、膜電極接合体（以下、ＭＥＡと称する）１０とを含む。ＭＥＡ１０は、略矩形状の電解質膜１１と、電解質膜１１の一方の面（図２において、下側の面）及び他方の面（図２において、上側の面）にそれぞれ形成されたアノード側触媒層１２ａ及びカソード側触媒層１２ｃ（以下、触媒層と称する）とを含む。電解質膜１１は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜であり、例えばフッ素系のイオン交換膜である。電解質膜１１は、周縁領域１１ｅと、周縁領域１１ｅに囲まれた中央領域１１ｃとを有している。

触媒層１２ａは、電解質膜１１の端部との位置が略揃うように形成されている。即ち、触媒層１２ａは、電解質膜１１の周縁領域１１ｅ及び中央領域１１ｃを含む、電解質膜１１の一方の面の略全面にわたって形成されている。触媒層１２ｃは、電解質膜１１の他方の面の中央領域１１ｃに形成され、周縁領域１１ｅには形成されていない。触媒層１２ａ及び１２ｃは、それぞれ第１及び第２触媒層の一例である。触媒層１２ａ及び１２ｃは、例えば白金（Ｐｔ）などを担持したカーボン担体とプロトン伝導性を有するアイオノマとを、電解質膜１１に塗布することにより形成される。

拡散層２２ａ及び２２ｃはそれぞれ、触媒層１２ａ及び１２ｃに接合されている。拡散層２２ａ及び２２ｃは、ガス透過性及び導電性を有する材料、例えば炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。拡散層２２ａは、触媒層１２ａに接合された第１ガス拡散層の一例である。拡散層２２ｃは、その端部が触媒層１２ｃの端部よりもやや内側に位置するか又は略揃う位置に設けられている。従って、拡散層２２ｃは、触媒層１２ｃを介して電解質膜１１の中央領域１１ｃに重なるが周縁領域１１ｅには重ならないように設けられている。これにより、拡散層２２ｃは、周縁領域１１ｅを露出するように設けられている。従って、ＭＥＧＡ２０の周縁部には、図２に示すように段部２５が形成される。拡散層２２ｃは、周縁領域１１ｅを露出するように触媒層１２ｃに接合された第２ガス拡散層の一例である。

拡散層２２ａも同様に、その端部が、触媒層１２ａの端部に略揃う位置に設けられるが、上述したように触媒層１２ａは電解質膜１１の一方の面に略全面にわたって形成されている。このため、拡散層２２ａは、触媒層１２ａを介して中央領域１１ｃのみならず周縁領域１１ｅにも重なるように設けられている。このように周縁領域１１ｅにも重なるように拡散層２２ａが設けられているため、ＭＥＡ１０は安定して支持されている。また、拡散層２２ａ及び２２ｃの双方とも、それぞれ触媒層１２ａ及び１２ｃに接合され、電解質膜１１には直接接触しないように設けられている。このため、例えば拡散層２２ａ又２２ｃの繊維が電解質膜１１に直接接触して電解質膜１１に傷がつくことが防止されている。また、拡散層２２ｃは拡散層２２ａよりも薄いため、カソードガスの拡散抵抗の増大が抑制されており、燃料電池１の発電効率の低下が抑制されている。尚、本実施例では、拡散層２２ｃは拡散層２２ａよりも薄く形成されているが、これに限定されない。

シール部材４０は、クロスリークや触媒電極同士の電気的短絡を防ぐための部材であり、枠状であり樹脂製である。シール部材４０は、枠状であり樹脂製の基材４１と、基材４１の両面に設けられた接着層４２とを含む。基材４１の一方の面（図２において下側の面）に設けられた接着層４２は、セパレータ３３ａと接着している。基材４１の他方の面（図２において上側の面）に設けられた接着層４２は、セパレータ３３ｃと接着している。このように、シール部材４０は、一対のセパレータ３３ａ及び３３ｃにより挟持されている。接着層４２も、基材４１と同様に、基材４１の両面に枠状に設けられている。基材４１の一方の面に設けられた接着層４２は、第１接着層の一例であり、基材４１の他方の面に設けられた接着層４２は、第２接着層の一例である。

図２に示すように、２つの接着層４２は、それぞれセパレータ３３ａ及び３３ｃと接着した部分にのみに設けられており、電解質膜１１の平面方向で電解質膜１１から外側に離れている。従って、接着層４２の内周縁４２ｅは、基材４１の内周縁４１ｅよりも外側に位置している。基材４１の内周縁４１ｅ側は、接着剤５０により電解質膜１１の周縁領域１１ｅに接着されている。尚、接着剤５０は、基材４１の内周縁４１ｅ側の一方の面（図２において下側の面）と電解質膜１１の周縁領域１１ｅとの間にあってもよい。接着剤５０は、例えば熱硬化性樹脂であるが、紫外線硬化性樹脂であってもよい。接着剤５０の塗布前の状態は、例えば、ゲル状、ジェル状、クリーム状の何れであってもよい。接着剤５０は、基材４１の一方の面の内周縁４１ｅ側と、電解質膜１１の周縁領域１１ｅとを接着する接着部の一例である。

また、電解質膜１１の平面方向で基材４１の内周縁４１ｅと接着層４２との間において、基材４１には接着剤５０以外の接着成分は設けられていない。詳細には、基材４１の一方の面では、接着層４２は電解質膜１１の平面方向で接着剤５０から電解質膜１１の外側に離れており接着層４２と接着剤５０との間には接着成分が設けられていない。基材４１の他方の面では、接着層４２は電解質膜１１の平面方向で接着剤５０から電解質膜１１の外側に離れており接着層４２と接着剤５０と間には、接着成分は設けられていない。即ち、電解質膜１１の周縁領域１１ｅ周辺での基材４１上には、接着剤５０以外の接着成分は設けられていない。

基材４１は、後述する単セル６０の製造工程での熱圧着時の温度条件下でも構造が変化しない材料により形成されている。具体的には、基材４１の材料は、例えばＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）等である。接着層４２は、基材４１とセパレータ３３ａ及び３３ｃとを接着してシール性を確保するために、他の物質との接着性が高く、熱圧着時の温度条件下で軟化し、基材４１よりも粘度及び融点が低い性質を有する。具体的には、接着層４２は、ポリエステル系や変性オレフィン系の熱可塑性樹脂であるが、変性エポキシ樹脂である熱硬化性樹脂であってもよい。

セパレータ３３ａ及び３３ｃは、ＭＥＧＡ２０を挟持した一対のセパレータの一例であり、シール部材４０をも狭持している。セパレータ３３ａ及び３３ｃは、ガス遮断性及び導電性を有する材料によって形成され、プレス成形されたステンレス鋼や、チタンやチタン合金といった金属によって形成される薄板状部材、又は緻密質カーボン等のカーボン製部材によって形成してもよい。

次に、本実施例とは異なる比較例で起こり得る問題について説明する。図３は、比較例の説明図である。尚、比較例については本実施例と同一の構成については同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。比較例の燃料電池１ｘの単セル６０ｘでは、ＭＥＧＡ２０ｘの拡散層２２ａｘ及び２２ｃｘの厚みは同じである。また、シール部材４０ｘの基材４１の両面側で、接着層４２ｘの内周縁４２ｅと基材４１の内周縁４１ｅとが揃っている。また、基材４１の一方の面（図３で下側の面）に設けられた接着層４２ｘが、接着剤５０により電解質膜１１に接着されている。また、接着層４２ｘは、接着層４２と同様に、熱可塑性樹脂である。

このような燃料電池１ｘでは、接着剤５０によりシール部材４０ｘが電解質膜１１の周縁領域１１ｅに接着した後に、熱圧着によりセパレータ３３ａ及び３３ｃとシール部材４０ｘとが接着される。従って、セパレータ３３ａ及び３３ｃとシール部材４０ｘとの熱圧着後の冷却時には、セパレータ３３ａ及び３３ｃにも接着されておらず接着剤５０にも接着されていない接着層４２ｘの一部分が収縮して、電解質膜１１がその平面方向外側、即ち図３の矢印の方向に引っ張られる可能性がある。また、接着層４２ｘが熱硬化性樹脂の場合であっても、熱硬化後の冷却時に接着層４２ｘが収縮して、同様の問題が生じる可能性がある。更に、燃料電池１ｘが低温環境下に置かれた場合には、接着層４２ｘが熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂の何れの場合であっても、同様の問題が生じる可能性がある。このように電解質膜１１に張力が加わることにより、電解質膜１１が損傷する可能性がある。

そこで本実施例の燃料電池１では、上述したように、電解質膜１１の周縁領域１１ｅ周辺での基材４１上には、接着剤５０以外の接着成分は設けられていない。このため、接着層４２が収縮したとしても、接着層４２と共に基材４１が収縮することが抑制されている。このように、基材４１が収縮することが抑制されているので、基材４１に接着された電解質膜１１に加わる張力も抑制されている。

また、基材４１自体も収縮し難いように、接着層４２よりも線膨張係数が小さい材料が採用されている。例えば、接着層４２がポリエステル系の熱可塑性樹脂の場合にはその線膨張係数は２００×１０^−６／Ｋであり、変性オレフィン系の熱可塑性樹脂の場合には３００×１０^−６／Ｋ、変性エポキシ樹脂である熱硬化性樹脂の場合には１８０×１０^−６／Ｋである。これに対して、基材４１がＰＥＮの場合には１８×１０^−６／Ｋであり、ＰＥＳの場合には５７×１０^−６／Ｋであり、ＰＥＴの場合には１５×１０^−６／Ｋである。このように基材４１の材料として収縮しにくいものが採用されているため、低温環境下でも基材４１の収縮が抑制されている。尚、基材４１の材料はこれらに限定されず、基材４１の線膨張係数が５７×１０^−６／Ｋ以下となる材料であることが好ましい。以上のように、基材４１自体が収縮することも抑制されているため、電解質膜１１に加わる張力が抑制されている。

次に、単セル６０の製造方法について説明する。図４は、単セル６０の製造方法を示すフローチャートである。まず、ＭＥＧＡ２０とセパレータ３３ａ及び３３ｃとを準備して（ステップＳ１０）、シール部材４０を製造する（ステップＳ２０）。次に、段部２５で露出している電解質膜１１の周縁領域１１ｅに例えばディスペンサー等により接着剤５０を塗布し、接着層４２が電解質膜１１の平面方向で電解質膜１１から離れるように、基材４１の内周縁４１ｅ側を電解質膜１１の周縁領域１１ｅに接着させる（ステップＳ３０）。接着剤５０の硬化は、接着剤５０が紫外線硬化樹脂の場合には、紫外線を照射することにより行う。接着剤５０が熱硬化樹脂の場合には、紫外線を照射する代わりに加熱する。尚、接着剤５０が紫外線硬化樹脂の場合には、接着剤５０を短時間で硬化でき、製造コストを低減できる。また、基材４１と電解質膜１１との接着の際には、基材４１の内周縁４１ｅが拡散層２２ｃに接触しないように所定のクリアランスを空けて接着する。

次に、セパレータ３３ａ及び３３ｃをそれぞれ拡散層２２ａ及び２２ｃ側に配置して、セパレータ３３ａ及び３３ｃによりＭＥＧＡ２０とシール部材４０とを挟持させて（ステップＳ４０）、セパレータ３３ａ及び３３ｃと接着層４２とを熱圧着により接着させる（ステップＳ５０）。このようにすることで、ＭＥＧＡ２０の外周がシール部材４０によりシールされた単セル６０を得ることができる。この単セル６０を積層することで、燃料電池１を製造することができる。尚、ステップＳ１０及びＳ２０については順序は問わず、同時に行ってもよい。

次に、シール部材４０の製造方法について説明する。図５は、シール部材４０の製造方法を示すフローチャートである。図６Ａ〜図６Ｃ、図７Ａ、及び図７Ｂは、シール部材４０の製造方法の説明図である。まず、図６Ａに示すように、長尺状の基材シート４１ａと２つの長尺状の接着シート４２ａとを準備する（ステップＳ２１）。基材シート４１ａ及び接着シート４２ａは、それぞれ、製造後のシール部材４０の基材４１及び接着層４２を構成するものである。接着シート４２ａの材質は、熱可塑性樹脂であり、例えばポリエステル系樹脂や変性オレフィン系樹脂である。基材シート４１ａは、長尺状の基材４１の一例である。接着シート４２ａは、長尺状の接着層４２の一例である。

次に、図６Ｂに示すように、２つの接着シート４２ａのそれぞれに、長手方向に沿って矩形状の開口４２ｄを複数形成する（ステップＳ２２）。開口４２ｄの内周縁４２ｅは、上述した製造後のシール部材４０の接着層４２の内周縁４２ｅに相当する。従って、開口４２ｄの大きさは、電解質膜１１よりも大きくなるように形成する。また、開口４２ｄの大きさ及び形状は、セパレータ３３ａ及び３３ｃにより挟持される接着層４２の位置をも考慮して設定する。具体的には、セパレータ３３ａ及び３３ｃのうちアノード流路３４ａ及びカソード流路３４ｃが形成されている部分と略同じ大きさ及び形状となるように、開口４２ｄを形成する。

次に、図６Ｃに示すように、開口４２ｄの内周縁４２ｅの位置が一致するように、基材シート４１ａの両面にそれぞれ接着シート４２ａを貼付ける（ステップＳ２３）。具体的には、ローラコンベヤで基材シート４１ａと２つの接着シート４２ａを搬送させながら、圧着ローラ等により接着シート４２ａを基材シート４１ａの両面に貼付ける。尚、ステップＳ２３では、基材シート４１ａの両面に同時に接着シート４２ａを貼付けてもよいし、片面ずつ順に貼付けてもよい。

次に、図７Ａに示すように、開口４２ｄよりも外側で、セパレータ３３ａ及び３３ｃの外周形状と略同じ大きさ及び形状に、基材シート４１ａ及び接着シート４２ａを略矩形状に裁断する（ステップＳ２４）。尚、この際、開口４２ｄからマニホールド用の孔ｓ１〜ｓ６を形成できる部分だけのスペースを空けて、基材シート４１ａ及び接着シート４２ａを裁断する。図７Ａには、裁断された裁断片４０´を示している。

次に、ステップＳ２４で裁断された裁断片４０´について、開口４２ｄの内周縁よりも所定の間隔を開けた基材シート４１ａの中央部を略矩形状に裁断する（ステップＳ２５）。この際に、基材シート４１ａから裁断される中央部が、電解質膜１１の周縁領域１１ｅの外周形状よりも小さく、中央領域１１ｃの外周形状、即ち触媒層１２ｃよりも大きい形状に裁断する。これにより、電解質膜１１の周縁領域１１ｅ上に内周縁４１ｅ側を配置可能な大きさの基材４１が形成される。

次に、開口４２ｄの外側で接着シート４２ａ及び基材シート４１ａを裁断してマニホールド用の孔ｓ１〜ｓ６を形成する（ステップＳ２６）。このようにして、枠状のシール部材４０を製造できる。尚、ステップＳ２４、Ｓ２５、及びＳ２６の順序は問わず、同時に行ってもよい。以上のようにして、図７Ｂに示すようにシール部材４０が製造され、電解質膜１１に加わる張力を抑制した単セル６０を製造できる。尚、図７Ｂのシール部材４０は、図７Ａの裁断片４０´よりも拡大して示している。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

尚、上記実施例では第１及び第２触媒層の一例としてそれぞれアノード側の触媒層１２ａ及びカソード側の触媒層１２ｃを示し、第１及び第２拡散層の一例としてそれぞれアノード側の拡散層２２ａ及びカソード側のガス拡散層２２ｃを示したが、これに限定されない。第１及び第２触媒層はそれぞれカソード側触媒層及びアノード側触媒層であり、第１及び第２拡散層はそれぞれカソード側のガス拡散層及びアノード側のガス拡散層であってもよい。

１ 燃料電池
１０ 膜電極接合体
１１ 電解質膜
１１ｅ 周縁領域
１１ｃ 中央領域
１２ａ アノード側触媒層（第１触媒層）
１２ｃ カソード側触媒層（第２触媒層）
２２ａ アノード側ガス拡散層（第１ガス拡散層）
２２ｃ カソード側ガス拡散層（第２ガス拡散層）
３３ａ アノード側セパレータ（第１セパレータ）
３３ｃ カソード側セパレータ（第２セパレータ）
４０ シール部材
４１ 基材
４１ｅ、４２ｅ 内周縁
４１ａ 基材シート
４２ 接着層（第１及び第２接着層）
４２ａ 接着シート
５０ 接着剤（接着部）
６０ 単セル

Claims (5)

1. 電解質膜、前記電解質膜の一方の面に形成された第１触媒層、前記電解質膜の周縁領域を露出するように前記電解質膜の他方の面に形成された第２触媒層、前記第１触媒層に接合された第１ガス拡散層、及び前記周縁領域を露出するように前記第２触媒層に接合された第２ガス拡散層、を有する膜電極ガス拡散層接合体と、
   前記膜電極ガス拡散層接合体を挟持する第１及び第２セパレータと、
   樹脂製であり枠状の基材、前記基材の一方の面と前記第１セパレータとを接着した第１接着層、及び前記基材の他方の面と前記第２セパレータとを接着した第２接着層、を有したシール部材と、
   前記基材の前記一方の面の内周縁側と、前記電解質膜の前記周縁領域とを接着する接着部と、を備え、
   前記第１及び第２接着層は、前記電解質膜の平面方向で前記接着部から前記電解質膜の外側に離れており、
   前記電解質膜の平面方向で前記基材の内周縁から前記第１及び第２接着層までの間で、前記基材には前記接着部以外に接着成分は設けられておらず、
   前記基材は、前記第１及び第２接着層のそれぞれよりも線膨張係数が小さい、燃料電池セル。
2. 前記基材の線膨張係数は、５７×１０^−６／Ｋ以下である、請求項１の燃料電池セル。
3. 前記第１及び第２接着層は、熱可塑性樹脂である、請求項１又は２の燃料電池セル。
4. 電解質膜、前記電解質膜の一方の面に形成された第１触媒層、前記電解質膜の周縁領域を露出するように前記電解質膜の他方の面に形成された第２触媒層、前記第１触媒層に接合された第１ガス拡散層、及び前記周縁領域を露出するように前記第２触媒層に接合された第２ガス拡散層、を有する膜電極ガス拡散層接合体を準備する工程と、
   第１及び第２セパレータを準備する工程と、
   樹脂製であり枠状の基材、及び前記基材の一方の面及び他方の面にそれぞれ設けられた第１及び第２接着層、を有し、前記第１及び第２接着層は前記基材の平面方向で前記電解質膜よりも大きく、前記基材の平面方向で前記基材の内周縁から前記第１及び第２接着層までの間で前記基材には接着成分は設けられておらず、前記基材は前記第１及び第２接着層のそれぞれよりも線膨張係数が小さい、シール部材を製造する工程と、
   前記第１及び第２接着層が前記電解質膜の平面方向で前記電解質膜から離れるように、前記基材の前記一方の面の内周縁側を接着剤により前記電解質膜の前記周縁領域に接着させる工程と、
   前記膜電極ガス拡散層接合体及びシール部材を、前記第１及び第２セパレータで挟持させながら、前記第１及び第２接着層によりそれぞれ前記第１及び第２セパレータに接着させる工程と、を備えた、燃料電池セルの製造方法。
5. 前記シール部材を製造する工程は、
   長尺状の前記基材と長尺状の前記第１及び第２接着層とを準備する工程と、
   前記第１及び第２接着層に前記電解質膜よりも大きい開口をそれぞれ形成する工程と、
   前記開口の位置が互いに一致するように、前記第１及び第２接着層をそれぞれ前記基材の前記一方の面及び他方の面に貼り付ける工程と、
   前記開口よりも外側の位置で、前記第１及び第２接着層と共に前記基材を、矩形状に裁断する工程と、
   前記開口の内周縁から内側に間隔をあけて前記基材の中央部を、前記電解質膜の周縁領域の外周形状よりも小さく前記第２触媒層よりも大きい形状に裁断する工程と、
   前記開口よりも外側の位置でマニホールド用の孔を形成する工程と、を含む、請求項４の燃料電池セルの製造方法。

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