JP2016126911A - 燃料電池単セル - Google Patents

Abstract

【課題】ガス拡散層の面内圧力の均一性を保ちつつ、膜電極接合体と支持フレームとの接着強度を高める。
【解決手段】燃料電池単セル１は、電解質膜５ｅの両側に電極触媒層５ｃ、５ａがそれぞれ形成された膜電極接合体５と、膜電極接合体の一側面上に外周縁部５２ｅが残るように配置されたガス拡散層３ｃと、外周縁部を覆い、紫外線硬化性を有する接着剤で形成された下側接着層１０と、下側接着層の外側部分上に、紫外線硬化性を有する接着剤で形成された上側接着層１１と、上側接着層上に配置された支持フレーム２と、周縁部分において支持フレームに固定され、中心部分においてガス拡散層に当接するセパレータ４とを備える。ガス拡散層は、中心部分において膜電極接合体に接し、外側部分において下側接着層の内側部分と重なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池単セルに関する。

電解質膜の両側に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、膜電極接合体の一側面上に外周縁部が残るように配置されたガス拡散層と、外周縁部を覆い、熱可塑性を有する接着剤で形成された接着層と、接着層上に配置された支持フレームと、周縁部分において支持フレームに固定され、中心部分においてガス拡散層に当接するセパレータと、を備え、ガス拡散層は、中心部分において膜電極接合体と重なり、外側部分において接着層の内側部分と重なる、燃料電池単セルが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−０２９８３４号公報

燃料電池単セルの膜電極接合体と支持フレームとの接着では、接着強度を高く保つためには、接着層の厚みを厚くすることが必要である。しかし、特許文献１の燃料電池単セルでは、接着層の厚みを厚くすると、ガス拡散層の外側部分における膜電極接合体からの高さは、接着層の厚さの分だけ、ガス拡散層の中心部分における高さよりも大きくなる。この状態で、ガス拡散層の頂面にセパレータが当接されると、ガス拡散層の外側部分がセパレータから受ける面内圧力が、ガス拡散層の中心部分がセパレータから受ける面内圧力よりも高くなり、ガス拡散層の面内圧力の均一性が保てなくなる。そうなると、ガス拡散層の外側部分下の膜電極接合体部分に厚さ方向の大きな荷重が作用して、この膜電極接合体部分が破損したり、膜電極接合体の面内全体に電流が均一に流れ難くなったりするなどのおそれがある。ガス拡散層の面内圧力の均一性を保ちつつ、膜電極接合体と支持フレームとの接着強度を高く保つことが可能な技術が望まれる。

本発明によれば、電解質膜の両側に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一側面上に外周縁部が残るように配置されたガス拡散層と、前記外周縁部を覆い、紫外線硬化性を有する接着剤で形成された下側接着層と、前記下側接着層の外側部分上に、紫外線硬化性を有する接着剤で形成された上側接着層と、前記上側接着層上に配置された支持フレームと、周縁部分において前記支持フレームに固定され、中心部分において前記ガス拡散層に当接するセパレータと、を備え、前記ガス拡散層は、前記ガス拡散層は、中心部分において前記膜電極接合体と重なり、外側部分において前記下側接着層の内側部分と重なる、燃料電池単セルが提供される。

ガス拡散層の面内圧力の均一性を保ちつつ、膜電極接合体と支持フレームとの接着強度を高く保つことができる。

燃料電池単セルを含む燃料電池スタックの構成例を示す部分断面図である。 図１の部分拡大図である。 比較例の燃料電池スタックの構成例を示す部分断面図である。 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。

図１は燃料電池単セル１を含む燃料電池スタックＡの構成例を示す部分断面図であり、図２はその部分拡大図である。図１に示すように、燃料電池スタックＡは、複数の燃料電池単セル１が燃料電池単セル１の厚み方向Ｓに圧縮状態で積層された積層体により形成される。燃料電池単セル１は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する。燃料電池単セル１で発生された電力は、積層体の両端に配置されたターミナルプレート（図示せず）から燃料電池スタックＡの外部に到る複数の配線（図示せず）を介して燃料電池スタックＡの外部に取り出される。燃料電池スタックＡから取り出された電力は例えば電動車両の駆動用電気モータ又は蓄電器に供給される。

燃料電池単セル１は、膜電極接合体５を備えている。膜電極接合体５は、電解質膜５ｅと、電解質膜５ｅの両側に形成されたカソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａとを備えている。電解質膜５ｅ、カソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａはほぼ同じ大きさを有する。電解質膜５ｅの両側にカソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａが配置されて膜電極接合体５が形成されたとき、電解質膜５ｅ、カソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａはほぼ重なる。図示しない別の実施例では、カソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａの少なくとも一方が電解質膜５ｅよりも小さい。

電解質膜５ｅの材料としては、例えばパーフルオロスルホン酸のようなイオン伝導性を有するフッ素系の高分子膜が挙げられる。カソード電極触媒層５ｃ及びアノード電極触媒層５ａの材料としては、例えば白金又は白金合金のような触媒を担持した触媒担持カーボンが挙げられる。図示しない別の実施例では、触媒担持カーボンに電解質膜と同様の材料のアイオノマーが更に加えられる。

膜電極接合体５の一側面５２上、すなわちカソード電極触媒層５ｃ上にはガス拡散層３ｃが配置され、それによりガス拡散層３ｃが膜電極接合体５に電気的に接続される。また、膜電極接合体５の他側面５１上、すなわちアノード電極触媒層５ａ上にはガス拡散層３ａが配置され、それによりガス拡散層３ａが膜電極接合体５に電気的に接続される。ガス拡散層３ｃは膜電極接合体５よりも一回り小さい大きさを有する。膜電極接合体５の一側面５２上にガス拡散層３ｃが配置されたとき、ガス拡散層３ｃの周囲に、膜電極接合体５の一側面５２の外周縁部５２ｅが枠状に残る。一方、ガス拡散層３ａは膜電極接合体５とほぼ同じ大きさを有する。膜電極接合体５の他側面５１上にガス拡散層３ａが配置されたとき、膜電極接合体５とガス拡散層３ａとはほぼ重なる。

ガス拡散層３ｃ及びガス拡散層３ａの材料としては、導電性を有する多孔体、例えばカーボンペーパー、カーボンクロス、ガラス状カーボンのようなカーボン多孔体や、金属メッシュ、発泡金属のような金属多孔体が挙げられる。ガス拡散層３ａ及びガス拡散層３ｃは、上記の各材料で形成されることからある程度の弾性変形が可能である。別の実施例では、ポリテトラフルオロエチレンのような撥水性の強い材料が上記多孔体に多孔性が失われない程度に含浸される。更に別の実施例では、撥水性の強い材料とカーボン粒子との混合層が上記多孔体の一側面に形成される。

外周縁部５２ｅ上には下側接着層１０が形成されている。下側接着層１０は、外周縁部５２ｅと同様の枠状に形成され、その厚みはｄ１である。図２に示す実施例では、外周縁部５２ｅが露出しないように下側接着層１０は外周縁部５２ｅの全面に形成される。下側接着層１０は、外周縁部５２ｅのうち平面方向の外側に位置する外側部分３３と、外周縁部５２ｅのうち平面方向の内側に位置する内側部分３１と、外側部分３３と内側部分３１との間の中間部分３２とを有している。内側部分３１はガス拡散層３ｃの外側部分３ｃｅと膜電極接合体５との間に介在し、外側部分３ｃｅと膜電極接合体５とを接着している。すなわち内側部分３１は外側部分３ｃｅと重なっている。

下側接着層１０の外側部分３３上には上側接着層１１が形成されている。上側接着層１１は、下側接着層１０の外側部分３３と同様の枠状に形成され、その厚みはｄ２である。

下側接着層１０及び上側接着層１１は、紫外線で硬化する紫外線（ＵＶ）硬化性を有する接着剤で形成される。ＵＶ硬化性を有する接着剤としては、例えばラジカル重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤や、カチオン重合性樹脂を用いたＵＶ硬化性樹脂が挙げられる。図２に示す実施例では、下側接着層１０としてはラジカル重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤を用いている。図示しない別の実施例では、下側接着層１０は、更に熱硬化性を有する接着剤を含んでいる。また、図２に示す実施例では、上側接着層１１としては、カチオン重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤を用いている。

上側接着層１１上には支持フレーム２が配置されている。支持フレーム２は、枠形状を有し、ガス拡散層３ｃ、３ａを備える膜電極接合体５を膜電極接合体５の外周において支持している。支持フレーム２の内側部分２１は、上側接着層１１及び下側接着層１０により、膜電極接合体５の外周縁部５２ｅに接着している。支持フレーム２が外周縁部５２ｅと接着したとき、支持フレーム２の内側端部２１ｇとガス拡散層３ｃの外側端部３ｃｇとの間に隙間Ｇが形成される。すなわち、支持フレーム２は、ガス拡散層３ｃと離間して配置されている。

支持フレーム２は電気絶縁性及び気密性を有する材料で形成される。支持フレーム２の材料としては、例えば熱可塑性のポリプロピレンが挙げられ、更にフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラートのような樹脂が挙げられる。支持フレーム２は、下側接着層１０や上側接着層１１の硬化のときに用いられる紫外線（例示：波長１００〜４００ｎｍ）が透過可能に形成される。

ガス拡散層３ｃ、３ａを備える膜電極接合体５と支持フレーム２の両側には、それらを挟持する一対のセパレータ４、すなわちカソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａが配置されている。

カソードセパレータ４ｃの一側の周縁部分４ｃｅは支持フレーム２の一側の外側部分２２に周縁接着層１３で接着されて固定され、周縁部分４ｃｅよりも内側の中央部分４ｃｍはガス拡散層３ｃに当接し、それによりカソードセパレータ４ｃはガス拡散層３ｃに電気的に接続される。図２に示す実施例では、中央部分４ｃｍの平面方向の外側部分４ｃｍｅは外側部分３ｃｅに当接している。周縁接着層１３は、燃料電池単セル１のカソード極側を外部からシールする。カソードセパレータ４ｃの中央部分４ｃｍには、酸化剤ガス供給路用の複数の溝が設けられ、それらの溝とガス拡散層３ｃ及び膜電極接合体５とにより図１に示すように複数の酸化剤ガス供給路８が形成される。複数の酸化剤ガス供給路８から供給される酸化剤ガスがガス拡散層３ｃを介して膜電極接合体５へ供給される。

一方、アノードセパレータ４ａの一側の周縁部分４ａｅは支持フレーム２の他側の外側部分２２に周縁接着層１２で接着されて固定され、周縁部分４ａｅよりも内側の中央部分４ａｍはガス拡散層３ａに当接し、それによりアノードセパレータ４ａはガス拡散層３ａに電気的に接続される。図２に示す実施例では、中央部分４ａｍの平面方向の外側部分４ａｍｅは外側部分３ｃｅに対向するガス拡散層３ａの外側部分３ａｅに当接している。周縁接着層１２は、燃料電池単セル１のアノード極側を外部からシールする。アノードセパレータ４ａの中央部分４ａｍには、燃料ガス供給路用の複数の溝が設けられ、それらの溝とガス拡散層３ａ及び膜電極接合体５とにより図１に示すように複数の燃料ガス供給路９が形成される。複数の燃料ガス供給路９から供給される燃料ガスがガス拡散層３ａを介して膜電極接合体５へ供給される。

隣り合う二つの燃料電池単セル１では、一方の燃料電池単セル１のカソードセパレータ４ｃと他方の燃料電池単セル１のアノードセパレータ４ａとが当接する。その結果、図１に示すように、二つの酸化剤ガス供給路８と二つの燃料ガス供給路９とに挟まれた冷却媒体供給路７が形成される。

カソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａは、酸化剤ガス（例示：空気）、燃料ガス（例示：水素ガス）、冷却媒体（例示：水）を透過させず、導電性を有する材料で形成される。カソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａの材料としては、例えばステンレスやチタンのような金属や炭素繊維／樹脂複合材が挙げられる。また、周縁接着層１２、１３は、紫外線で硬化する紫外線（ＵＶ）硬化性を有する接着剤、特にＵＶ光量を変化させることで、硬化時間を調整できる接着剤で形成される。そのような接着剤としては、カチオン重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤が例示される。

隣接する燃料電池単セル１では、図１に示すように、一方の燃料電池単セル１のアノードセパレータ４ａの他側の周縁部分４ａｅと、他方の燃料電池単セル１のカソードセパレータ４ｃの他側の周縁部分４ｃｅとがシール部材１４を介して接している。シール部材１４の材料としてはゴムのような弾性部材が挙げられる。

図３は、特許文献１の燃料電池単セルにおいて接着層１１０の厚みを厚くした比較例を示している。膜電極接合体１０５の外周縁部１５２ｅの全面を保護するために、外周縁部１５２ｅを確実に覆うことができるように、接着層１１０は、支持フレーム１０２の下からガス拡散層１０３ｃの外周縁部１０３ｃｅの下まで形成される。また、膜電極接合体１０５と支持フレーム１０２との接着強度を高く保つために、膜電極接合体１０５と支持フレーム１０２とを接着する接着層１１０の厚みが厚くされる。しかし、この場合、接着層１１０の厚みＤが厚過ぎて、ガス拡散層１０３ｃの厚み方向の弾性変形では吸収しきれないため、ガス拡散層１０３ｃの外側部分３ｃｅの一側面１５２からの高さがガス拡散層１０３ｃの他の部分の高さよりもΔだけ高くなる。そうなると、外周縁部１０３ｃｅがセパレータ（図示されず）から受ける面内圧力が、他の部分がセパレータから受ける面内圧力よりも高くなり、ガス拡散層１０３ｃの面内圧力の均一性が保てなくなる。その結果、膜電極接合体１０５の外周縁部１０３ｃｅ下の部分に厚さ方向の大きな荷重が作用して、この部分が破損したり、膜電極接合体１０５の面内全体に電流が均一に流れ難くなったりするおそれがある。

そこで図２に示す実施例では、外周縁部５２ｅの全面を保護するために、外周縁部５２ｅを確実に覆うことができるように、下側接着層１０は、支持フレーム２の下からガス拡散層３ｃの外側部分３ｃｅの下まで形成される。このとき、下側接着層１０の内側部分３１と外側部分３ｃｅとが重なっても、内側部分３１の厚みｄ１は非常に薄いので、外側部分３ｃｅは厚さ方向に弾性変形して内側部分３１の厚みｄ１を吸収できる。それにより、外側部分３ｃｅの一側面５２からの高さｈ１を他の部分、例えば中央部分の高さｈ２と同程度とすることができる。その結果、外側部分３ｃｅがカソードセパレータ４ｃから受ける面内圧力が、ガス拡散層３ｃの他の部分がカソードセパレータ４ｃから受ける面内圧力よりも高くなることはない。それにより、ガス拡散層３ｃの面内圧力の均一性を保つことができる。また、ガス拡散層３ｃ上のカソードセパレータ４ｃで画定される酸化剤ガス供給路８が盛り上がった部分で閉塞されたり、ガス拡散層３ｃを形成している繊維が盛り上がった部分で毛羽立ったりすることがない。一方、上側接着層１１と下側接着層１０の外側部分３３とは支持フレーム２と膜電極接合体５とを接着している。したがって、上側接着層１１と外側部分３３とは、支持フレーム２と膜電極接合体５とを接着する接着層と見ることができる。ここで、その接着層の厚みＤは上側接着層１１及び外側部分３３の厚みの和（ｄ２＋ｄ１）である。よって、上側接着層１１の厚みｄ２を厚くすることで、その接着層の厚みＤを厚くでき、それにより膜電極接合体５と支持フレーム２との接着強度を高く保つことができる。以上のことから、外側部分３３の厚みｄ１を薄く維持したまま、膜電極接合体５と支持フレーム２とを接着する接着層の厚みＤを厚くすることができ、それによりガス拡散層３ｃの面内圧力の均一性を保ちつつ、膜電極接合体５と支持フレーム２との接着強度を高く保つことができる。

また、外側部分３３及び上側接着層１１は、カソード極側の酸化剤ガスがアノード極側へ進入することや、アノード極側の燃料ガスがカソード極側へ進入することなどを防止するシールとしても機能している。この場合、外側部分３３の厚みｄ１が薄くても、上側接着層１１の厚みｄ２を調整することで、支持フレーム２と膜電極接合体５との距離Ｄを、接着強度を高く保ちつつ、シールに適した大きさに調整することができる。それにより、外側部分３３及び上側接着層１１をシールとして良好に機能させることができる。

また、図３に示す比較例では、接着層１１０が一層である。この場合、接着強度を高く保つため、すなわち接着層の厚みを確保するために、接着剤にビーズを入れるという手段が考え得る。しかし、ビーズ入りの接着剤は、使用中にビーズが容器に沈降してしまい塗布された接着剤にビーズのムラができるおそれがあるなどの問題があり、取り扱いが難しい。加えて、接着剤にビーズを入れることはコストの増加の要因になる。また、ビーズ入り接着剤を用いると、ガス拡散層１０３ｃ下の接着層１１０の内側部分１３１を薄くすることは容易ではない。

しかし、図２に示す実施例では、接着層の厚みを確保するために、下側接着層１０に上側接着層１１が積層されている。上側接着層１１の積層で接着層の厚みが確保されるため、接着剤にビーズを入れる必要が無くなる。それにより、ビーズ入りの接着剤で起こり得るムラの問題やコストの問題を解決できる。また、下側接着層１０の内側部分３１は、ビーズを用いず、下側接着層１０だけで形成することで、容易に薄くすることができる。

また、図２に示す実施例では、下側接着層１０及び上側接着層１１はＵＶ硬化性を有する接着剤を用いているので、硬化のために接着剤を高温にする必要がない。したがって、下側接着層１０では、硬化時に、下側接着層１０と膜電極接合体５との線膨張係数の相違による下側接着層１０や膜電極接合体５の破損や剥離などを抑制できる。また、上側接着層１１では、硬化時に、上側接着層１１と支持フレーム２との線膨張係数の相違による上側接着層１１や支持フレーム２や下側接着層１０の破損や剥離などを抑制できる。また、上側接着層１１では、カチオン重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤を用いているので、ＵＶ光量を変化させることで硬化時間を調整できる。すなわち、ＵＶ光量を大きくすることで硬化時間を短くでき、ＵＶ光量を小さくすることで硬化時間を長くすることができる。したがって、燃料電池スタックＡの製造時に、工程に応じて硬化時間を調整でき、製造工程の自由度を高めることができる。例えば、ＵＶ光量を大きくすることで、上側接着層１１を短時間に硬化させて、支持フレーム２と下側接着層１０とを迅速に接着できる。

また、支持フレーム２とガス拡散層３ｃとの間の隙間Ｇの外周縁部５２ｅが中間部分３２で保護され、外部へ露出されなくなるため、外周縁部５２ｅの膜電極接合体５が劣化等で裂ける事態を防止できる。なお、図示しない別の実施例では、支持フレーム２とガス拡散層３ｃとを近接させ、下側接着層１０の中間部分３２を実質的に設けない。

なお、下側接着層１０や上側接着層１１としては、ＵＶ硬化型接着剤以外に低温で接着する熱可塑性を有する接着剤（例示：接着性ポリエチレン）や、低温で硬化する熱硬化性を有する接着剤（例示：アクリル樹脂）も考え得る。しかし、低温で接着する熱可塑性を有する接着剤では、高温で接着強度が落ちるため、高温運転を必要とする車両用の燃料電池単セルには使用できない。また、低温で硬化する熱硬化性を有する接着剤では、常温管理ができないという取り扱い性の悪さ、硬化時間が長いことによる生産性の低さ、アクリル樹脂の場合には耐酸性の低さ、などの問題があり、車両用の燃料電池単セルに使用することは困難である。

次に、燃料電池単セルの製造方法について説明する。図４〜図１４は、燃料電池単セル１の製造方法の各工程を示す部分断面図である。

まず、図４に示すように、他側面５１上にガス拡散層３ａが配置され、一側面５２が露出された膜電極接合体５を準備する。ガス拡散層３ａと膜電極接合体５とは、例えばホットプレス工程により加熱・圧縮されて予め接合されている。

次に、図５に示すように、外周縁部５２ｅ上に、紫外線硬化性を有する下側接着層１０を形成する。下側接着層１０は、例えばラジカル重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤で形成される。下側接着層１０の形成方法としては、スクリーン印刷でＵＶ硬化型接着剤を外周縁部５２ｅ上に塗布する方法が用いられる。塗布するときの厚みは、ＵＶ硬化後に厚みが概ねｄ１になる厚みとする。

続いて、図６に示すように、下側接着層１０へ紫外線ＵＶを照射する。これにより、下側接着層１０が硬化して、外周縁部５２ｅに接着し、外周縁部５２ｅを保護する。このとき、下側接着層１０には粘着力（ＴＡＣ力）が残っている。

次に、図７に示すように、下側接着層１０の平面方向の内側部分に外側部分３ｃｅが重なるように膜電極接合体５上にガス拡散層３ｃを配置する。このとき、内側部分３１の粘着力により、外側部分３ｃｅと膜電極接合体５とが接着される。ここで、下側接着層１０のうち、外側部分３ｃｅに重なった部分が下側接着層１０の内側部分３１となる。また、下側接着層１０の平面方向の外側部分が外側部分３３となり、内側部分３１と外側部分との間が中間部分３２となる。また、内側部分３１は薄いため、外側部分３ｃｅは内側部分３１の上部に担がれるように盛り上がった状態になることはない。

続いて、図８に示すように、支持フレーム２の一側の内側部分２１に上側接着層１１を形成し、外側部分２２に周縁接着層１２を形成する。上側接着層１１及び周縁接着層１２は、カチオン重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤で形成される。上側接着層１１及び周縁接着層１２の形成方法としては、スクリーン印刷でＵＶ硬化型接着剤をそれぞれ内側部分２１及び外側部分２２上に塗布する方法が用いられる。塗布するときの厚みは、上側接着層１１が外側部分３３上に配置されＵＶ硬化された後に厚みが概ねｄ２になる厚みとする。

続いて、図９に示すように、上側接着層１１が外側部分３３上に接するように、支持フレーム２を下側接着層１０上に配置する。

続いて、図１０に示すように、上側接着層１１へ紫外線ＵＶを照射する。支持フレーム２はＵＶ光が透過可能であるため、これにより上側接着層１１が硬化して、一側で内側部分２１に接着されると共に、他側で外側部分３３に接着されて、したがって支持フレーム２が膜電極接合体５に接着される。それにより、膜電極接合体５、ガス拡散層３ｃ、ガス拡散層３ａ及び支持フレーム２が一体化される。なお、このとき、周縁接着層１２には紫外線ＵＶが照射されないようにする。

続いて、図１１に示すように、カソードセパレータ４ｃの一側の周縁部分４ｃｅに周縁接着層１３を形成する。周縁接着層１３は、カチオン重合性樹脂を用いたＵＶ硬化型接着剤で形成される。周縁接着層１３の形成方法としては、スクリーン印刷でＵＶ硬化型接着剤を周縁部分４ｃｅ上に塗布する方法が用いられる。

続いて、図１２に示すように、周縁接着層１３へ紫外線ＵＶを照射する。このとき、カソードセパレータ４ｃが支持フレーム２上に配置された後に周縁接着層１３が硬化するように、紫外線ＵＶのＵＶ光量を調整して、硬化時間を遅くする。

続いて、図１３に示すように、周縁接着層１２へ紫外線ＵＶを照射する。このとき、アノードセパレータ４ａが支持フレーム２上に配置された後に周縁接着層１２が硬化するように、紫外線ＵＶのＵＶ光量を調整して、硬化時間を遅くする。

続いて、図１４に示すように、周縁接着層１３が支持フレーム２の一側の外側部分２２に接し、周縁部分４ａｅが支持フレーム２の他側の外側部分２２上の周縁接着層１２に接するようにして、一対のカソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａで膜電極接合体５と支持フレーム２とを挟持する。ただし、周縁接着層１３、１２の硬化時間よりも前に挟持を終了する。その後、周縁接着層１３、１２が硬化することにより、膜電極接合体５、ガス拡散層３ｃ、支持フレーム２、カソードセパレータ４ｃ及びアノードセパレータ４ａが一体化される。

以上の工程により、燃料電池単セル１が形成される。

図示しない別の実施例では、図８の工程において外側部分２２に周縁接着層１２が形成されず、図１３の工程において紫外線ＵＶを照射する前に外側部分２２に周縁接着層１２が形成される。

図示しない更に別の実施例では、図１０の工程において上側接着層１１と共に周縁接着層１２に紫外線ＵＶが照射され、図１３の工程は省略される。ただし、周縁接着層１２に照射される紫外線ＵＶの光量は上側接着層１１に照射される紫外線ＵＶの光量よりも少なくされて、周縁接着層１２の硬化時間が遅くされる。

図示しない更に別の実施例では、図１０の工程において上側接着層１１と共に下側接着層１０に紫外線ＵＶが照射され、図６の工程は省略される。ただし、下側接着層１０は熱硬化性を更に有し、図７の工程においてホットプレスでガス拡散層３ｃを膜電極接合体５に結合させ、下側接着層１０の内側部分３１を熱硬化させる。

図示しない更に別の実施例では、図５の工程、図８の工程及び図１１の工程の少なくとも一つは、接着剤の塗布にディスペンサが用いられる。

なお、上記実施例では、膜電極接合体５の一側面５２（ガス拡散層３ｃの側）はカソード極側面であり、他側面５１（ガス拡散層３ａの側）はアノード極側面である。他の実施例では、膜電極接合体５の一側面はアノード極側面であり、他側面はカソード極側面である。

１ 燃料電池単セル
２ 支持フレーム
３ｃ ガス拡散層
５ 膜電極接合体
５ａ、５ｃ 電極触媒層
５ｅ 電解質膜
１０ 下側接着層
１１ 上側接着層
５２ｅ 外周縁部

Claims (1)

1. 電解質膜の両側に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、
   前記膜電極接合体の一側面上に外周縁部が残るように配置されたガス拡散層と、
   前記外周縁部を覆い、紫外線硬化性を有する接着剤で形成された下側接着層と、
   前記下側接着層の外側部分上に、紫外線硬化性を有する接着剤で形成された上側接着層と、
   前記上側接着層上に配置された支持フレームと、
   周縁部分において前記支持フレームに固定され、中心部分において前記ガス拡散層に当接するセパレータと、
   を備え、
   前記ガス拡散層は、中心部分において前記膜電極接合体に接し、外側部分において前記下側接着層の内側部分と重なる、
   燃料電池単セル。

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