JP2008293684A - 接合体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス拡散層内へのガスケット構成部材の含浸を促進し得る接合体を提供する。
【解決手段】接合体１００はアノード側ガス拡散層１３０とカソード側ガス拡散層１４０の間に電解質膜１２０を挟み込んで構成されている。接合体１００の周縁部において、アノード側ガス拡散層１３０の端部は電解質膜１２０の端部の位置よりも内側に引っ込んでいる。カソード側ガス拡散層１４０の端部は外側に向かって張り出しており、その位置は電解質膜１２０の端部の位置と一致している。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池に用いられるガスケット付きの接合体に関するものである。

近年、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する燃料電池が注目されている。燃料電池は、例えば、接合体と、その外側に配置されるセパレータと、が何層も積層されて構成される。接合体は、その両面に触媒層が形成された電解質膜を、２枚のガス拡散層の間に挟み込むことにより構成され、その周縁部には、ガスケットが形成されている。

このうち、触媒層は、電極（アノードまたはカソード）として機能する。ガス拡散層は、導電性多孔体から成り、反応ガスを拡散して電極に効率的に供給する機能を有する。ガスケットは、ゴムから成り、燃料電池の内部から外部への反応ガスの漏洩を防止するために形成される。

このような接合体として、従来では、下記の特許文献１に記載のものが知られている。図１４は、そのような従来における接合体の周縁部の断面を概略的に示した断面図である。図１４（ａ）に示すように、従来における接合体１０は、アノード側ガス拡散層３０，カソード側ガス拡散層４０の間に電解質膜２０を挟み込んで成り、接合体１０の周縁部において、これらガス拡散層３０，４０の端部の位置は、矢印Ａ方向から見て揃っている。なお、電解質膜２０の両面において、周縁部を除く部分には触媒層が形成されているが、図では省略されている。そして、このように構成された接合体１０の周縁部には、図１４（ｂ）に示すように、射出成型または圧縮成型によって、ガスケット５０が形成される。このとき、ガスケット５０を構成するゴムは、一部が、ガス拡散層３０，４０の周縁部において、その内部に含浸し、いわゆるアンカー効果によってガス拡散層３０，４０とガスケット５０との結合をより強固なものとする。
また、その他の従来における接合体としては、例えば、下記の特許文献２に記載のものが知られている。

特開２００６−２２８５９０号公報 特開２００３−６８３２３号公報

しかしながら、上記した従来における接合体においては、ガス拡散層３０，４０とガスケット５０との接触面積が狭いために、アンカー効果によるガス拡散層３０，４０内へのゴムの含浸が促進されにくいという問題があった。

また、射出成型によってガスケット５０を形成する場合には、接合体の周囲から、射出装置によって金型内に液体ゴムが射出されるため、金型内では、液体ゴムは図１４（ｂ）における矢印Ｂの向きに流れることになる。その液体ゴムの流れによって、電解質膜２０の周縁部がまくれてしまい、まくれた側のガス拡散層（図１４（ｂ）の場合、アノード側ガス拡散層３０）内へのゴムの含浸が阻害されるという問題があった。

従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、ガス拡散層内へのガスケット構成部材の含浸を促進し得る接合体を提供することにある。

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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］ 第１及び第２のガス拡散層の間に少なくとも電解質膜を挟み込んで成る接合体であって、前記接合体の周縁部における少なくとも一部において、前記電解質膜の膜面に垂直な方向である第１の方向から見て、前記第１及び第２のガス拡散層の端部の位置が互いにずれていると共に、前記接合体の周縁部に成型にてガスケットを形成して成る接合体。

このように、適用例１の接合体では、第１のガス拡散層の端部の位置と第２のガス拡散層の端部の位置が互いにずれていることによって、互いの端部の位置が揃っている場合に比較して、接合体の周縁部に形成されるガスケットとの接触面積を広げることができる。このため、成型にてガスケットを形成する際に、ガス拡散層内へのガスケット構成部材の含浸を促進させることができる。また、第１及び第２のガス拡散層の端部の位置が互いにずれていることによって、それらガス拡散層のうち、外側に張り出している方のガス拡散層により、それらガス拡散層の間に挟み込まれた電解質膜の膜面を支持することができる。このため、ガスケットの形成が射出成型により行われる場合であっても、ガスケット構成部材の流れによって、電解質膜の周縁部がまくれることがなく、ガス拡散層内へのガスケット構成部材の含浸が阻害されることがない。

［適用例２］ 適用例１に記載の接合体において、前記接合体の周縁部における少なくとも一部において、前記第１の方向から見て、前記電解質膜の端部の位置は、前記第１及び第２のガス拡散層の端部のうち、少なくとも一方の端部の位置よりも、外側に張り出している接合体。
適用例２では、このように構成することによって、第１のガス拡散層の端部と第２のガス拡散層の端部との接触が、電解質膜によって阻まれるため、アノード側とカソード側とが短絡する恐れがない。

［適用例３］ 適用例１に記載の接合体において、前記接合体の周縁部における少なくとも一部において、前記第１及び第２のガス拡散層の端部は、それぞれ、外側に張り出した張り出し部と内側に引き込んだ引き込み部とが交互に形成されており、前記第１の方向から見て、前記接合体の周縁に沿った方向である第２の方向において、前記第１のガス拡散層における張り出し部の位置は、前記第２のガス拡散層における引き込み部の位置に、第２のガス拡散層における張り出し部の位置は、前記第１のガス拡散層における引き込み部の位置に、それぞれ、一致している接合体。

適用例３では、ガスケットを成型にて形成する際に、例え、熱で電解質膜の周縁部が収縮したとしても、ガス拡散層の端部に形成された張り出し部が電解質膜の周縁部を両面から押さえているため、電解質膜やガス拡散層の反りやたわみを抑制することができる。また、一方のガス拡散層における張り出し部の位置には、他方のガス拡散層における引き込み部が来るため、第１のガス拡散層の端部と第２のガス拡散層の端部との接触が、電解質膜によって阻まれるため、アノード側とカソード側とが短絡する恐れがない。

［適用例４］ 適用例３に記載の接合体において、前記第１のガス拡散層における張り出し部の前記第２の方向における幅は、前記第２のガス拡散層における張り出し部の前記第２の方向における幅よりも広い接合体。
例えば、第１のガス拡散層と電解質膜との密着力が弱い場合には、このように、第１のガス拡散層における張り出し部の幅を、第２のガス拡散層におけるそれよりも広くするこことによって、電解質膜との密着性に関し、第１及び第２のガス拡散層の間でバランスさせることができるので、全体として、電解質膜やガス拡散層の端部の反りやたわみをより抑制することができる。

［適用例５］ 滴用例１ないし適用例４のうちの任意の１つに記載の接合体を備える燃料電池。
上記した接合体を燃料電池に用いることにより、上記した種々の効果を有する燃料電池を実現することができる。

［適用例６］ 電解質膜並びに第１及び第２のガス拡散層を少なくとも備える接合体を製造するための接合体製造方法であって、（ａ）前記接合体を形成するために、前記第１及び第２のガス拡散層の間に少なくとも前記電解質膜を挟み込むと共に、前記接合体の周縁部における少なくとも一部において、前記電解質膜の膜面に垂直な方向から見て、前記第１及び第２のガス拡散層の端部の位置が互いにずれるように、前記第１及び第２のガス拡散層を配置する工程と、（ｂ）前記接合体の周縁部に成型にてガスケットを形成する工程と、を備える接合体製造方法。
このような製造方法によって、接合体を製造することによって、適用例１で示した構成の接合体を製造することに可能となる。

［適用例７］ 適用例６に記載の接合体製造方法において、前記工程（ｂ）の前に、（ｃ）前記電解質膜と前記第１及び第２のガス拡散層との間の密着性を高める処理を行う工程をさらに備える接合体製造方法。
このような工程（ｃ）を備えることによって、ガスケットを、例えば射出成型にて形成する際に、電解質膜とガス拡散層との間がガスケット構成部材の流れによって剥離するのを抑制することができる。

［適用例８］ 適用例７に記載の接合体製造方法において、前記工程（ｃ）は、前記電解質膜と前記第１及び第２のガス拡散層とをホットプレスにより接合する工程を含む接合体製造方法。
このようにホットプレスによって接合を行うことにより、電解質膜とガス拡散層との間の密着性を高めることができる。

［適用例９］ 適用例８に記載の接合体製造方法において、前記工程（ｃ）におけるホットプレスで用いられるプレス型は段差部を有しており、前記ホットプレスの際、前記接合体の周縁部のうち、前記電解質膜の一方の面側にガス拡散層が存在し、かつ、他方の面側にガス拡散層が存在しない部分については、前記段差部が前記電解質膜に当接して、圧力をかけることを特徴とする接合体製造方法。
こうすることよって、上記部分について、電解質膜と、一方の面側に存在するガス拡散層と、を確実に密着させることができる。

なお、本発明は、上記した接合体，燃料電池，接合体製造方法などの適用例に限ることなく、種々の態様で実現することも可能である。

Ａ．第１の実施例：
Ａ−１．接合体の構成：
燃料電池は、例えば、水素リッチな燃料ガスと酸化ガスとしての空気との供給を受け、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う装置であり、接合体と、その外側に配置されるセパレータと、が何層も積層されて構成される。本発明の第１の実施例としての接合体は、そのような燃料電池のうち、固体高分子型の燃料電池に用いられるものである。

図１は本発明の第１の実施例としての接合体の周縁部の断面を概略的に示した断面図である。図１において、（ａ）は射出成型前の断面図を、（ｂ）は射出成型後の断面図を、それぞれ示している。なお、図１では、接合体の周縁部を示しているため、紙面に向かって、右側が接合体の外側に当たり、左側が内側、すなわち、中心部側に当たる。

図１（ａ）に示すように、本実施例における接合体１００は、アノード側ガス拡散層１３０とカソード側ガス拡散層１４０の間に電解質膜１２０を挟み込んで構成されている。接合体１００の周縁部において、矢印Ａ方向から見て、アノード側ガス拡散層１３０の端部は、電解質膜１２０の端部の位置よりも内側に引っ込んでいるのに対し、カソード側ガス拡散層１４０の端部は、外側に向かって張り出しており、その位置は、電解質膜１２０の端部の位置と一致している。すなわち、本実施例の接合体１００では、その周縁部において、２枚のガス拡散層１３０，１４０の端部の位置は、矢印Ａ方向から見て、互いにずれている。

これらのうち、電解質膜１２０は、イオン交換膜によって形成されている。電解質膜１２０の上面において、周縁部を除く部分には、アノードとして機能するアノード側触媒層が形成されており、電解質膜１２０の下面において、同じく周縁部を除く部分には、カソードとして機能するカソード側触媒層が形成されているが、図では省略されている。これら電極として機能する触媒層は、触媒担持カーボンと電解質とから成る。

また、アノード側ガス拡散層１３０及びカソード側ガス拡散層１４０は、内部空隙率が高く気体が内部を流通する際の圧力損失が小さい金属製多孔体やカーボン製多孔体から成り、例えば、メタルファイバークロス、カーボンクロス、カーボンペーパー、カーボンフェルトなどが用いられる。これらガス拡散層１３０，１４０は、反応ガス（燃料ガスまたは空気）を拡散して電極に効率的に供給する機能を有する。

このように構成された接合体１００の周縁部には、さらに、図１（ｂ）に示すごとく、ガス拡散層１３０，１４０及び電解質膜１２０の各周縁部を覆うように、ガスケット１５０が形成されている。ガスケット１５０は、ゴムから成り、後述するように射出成型によって形成される。ガスケット１５０は、アノード側とカソード側との両側に、凸型形状のリップ部１５２をそれぞれ有している。リップ部１５２は、燃料電池を構成すべく、接合体１００とセパレータ（図示せず）とを積層した際に、セパレータの表面に密着して、セパレータとの間でシールラインを形成する。これにより、ガスケット１５０は、燃料電池の内部から外部への反応ガスの漏洩を抑制する機能を有する。なお、ガスケット１５０には、ゴムに代えて、樹脂系のシール材料を用いるようにしてもよい。

Ａ−２．接合体の製造方法：
図２は図１における接合体の製造手順を示すフローチャートである。図２に示すように、まず、両面に触媒層の塗布された電解質膜１２０を用意する（ステップＳ１０２）と共に、アノード側ガス拡散層１３０及びカソード側ガス拡散層１４０をそれぞれ用意する（ステップＳ１０４）。

図３は図１における接合体に用いられる電解質膜及びガス拡散層をそれぞれ示す平面図である。図３（ａ）に示すように、電解質膜１２０及びカソード側ガス拡散層１４０としては、ほぼ同サイズのものを用意し、アノード側ガス拡散層１３０としては、それらよりも小さいサイズのものを用意する。

続いて、アノード側ガス拡散層１３０とカソード側ガス拡散層１４０との間に、電解質膜１２０を挟み込み、接合体１００を形成する（ステップＳ１０６）。この際、図３（ｂ）に示すように、アノード側ガス拡散層１３０、電解質膜１２０及びカソード側ガス拡散層１４０は、それらの面方向において、それらの中心が互いほぼ一致すると共に、それらの各辺が互いほぼ平行になるように、配置される。したがって、アノード側ガス拡散層１３０は、電解質膜１２０及びカソード側ガス拡散層１４０に対して、サイズが小さいため、アノード側ガス拡散層１３０の端部（すなわち、辺）は、内側（中心部側）に向かって引っ込むことになる。

次に、そのようして形成された接合体１００をプレス型に入れ、ホットプレスを行う（ステップＳ１０８）。図４は接合体をプレス型に入れた様子を示す説明図である。図４では、接合体１００の周縁部近傍の様子のみを示しており、他の部分は省略されている。図４に示すように、接合体１００は、適温に加熱された下側プレス型１６０上に載置され、ホットプレスの際には、同じく適温に加熱された上側プレス型１７０が、矢印Ｃ方向に下降して、接合体１００に対し、加熱しつつ圧力を加える。これにより、アノード側ガス拡散層１３０、電解質膜１２０及びカソード側ガス拡散層１４０は、相互に密着することになる。

また、下側プレス型１６０には、段差部１６２が設けられており、接合体１００は、アノード側ガス拡散層１３０の端部が内側に向かって引き込んだ部分が、その段差部１６２の部分に位置するように、下側プレス型１６０上に載置される。したがって、上側プレス型１７０が下降して、接合体１００に圧力を加えた際には、段差部１６２が、電解質膜１２０の周縁部に当接して圧力をかけることになるため、カソード側ガス拡散層１４０の周縁部と電解質膜１２０の周縁部とは、ホットプレスによって密着性が高まる。

次に、接合体１００をプレス型１６０，１７０から取り出した後、接合体１００を成型用金型（図示せず）に入れて、ゴムによる射出成型を行って、接合体１００の周縁部にガスケット１５０を形成する（ステップＳ１１０）。成型用金型内では、液状のゴムが、接合体１００の周囲から射出されて、図１（ｂ）に示す矢印Ｂの方向に流れる。この際、液状のゴムは、アノード側ガス拡散層１３０の端部の端面や上面から内部に含浸し、また、カソード側ガス拡散層１４０の端部の端面や下面から内部に含浸する。そして、内部に含浸したゴムが硬化することにより、いわゆるアンカー効果によってガス拡散層１３０，１４０とガスケット１５０との結合をより強固なものとする。その後、接合体１００を成型用金型から取り出して、完成となる。

Ａ−３．第１の実施例の効果：
以上説明したように、本実施例においては、図１に示すように、アノード側ガス拡散層１３０の端部が内側に引っ込み、カソード側ガス拡散層１４０の端部が外側に張り出していることにより、これら２枚のガス拡散層１３０，１４０の端部の位置は、矢印Ａ方向から見て、互いにずれている。したがって、本実施例によれば、ガス拡散層１３０，１４０とガスケット１５０との接触面積を、ガス拡散層の端部の位置が揃っている場合に比較して、大幅に広げることができる。このため、射出成型にてガスケット１５０を形成する際に、ガス拡散層１３０，１４０内へのゴムの含浸を促進させることができる。また、これら２枚のガス拡散層１３０，１４０の端部の位置が互いにずれていることによって、外側に張り出しているカソード側ガス拡散層１４０によって、電解質膜１２０の膜面を支持することができる。このため、射出成型にてガスケット１５０を形成する際に、ゴムの流れによって、電解質膜１２０の周縁部がまくれることがなく、ガス拡散層１３０，１４０内へのゴムの含浸が阻害されることがない。

また、本実施例では、アノード側ガス拡散層１３０の端部とカソード側ガス拡散層１４０の端部との接触が、電解質膜１２０によって阻まれるため、アノード側とカソード側とが短絡する恐れがない。

Ａ−４．第１の実施例に対する変形例：
図５及び図６は、それぞれ、変形例としての接合体の周縁部の断面を概略的に示した断面図である。これら図においても、（ａ）は射出成型前の断面図を、（ｂ）は射出成型後の断面図を、それぞれ示している。

上記した第１の実施例では、図１に示したように、接合体１００の周縁部において、外側に張り出したカソード側ガス拡散層１４０の端部の位置は、電解質膜１２０の端部の位置と一致していたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、接合体１０２において、カソード側ガス拡散層１４０の端部を、電解質膜１２０の端部の位置よりも外側に張り出すようにしてもよい。反対に、図６に示すように、接合体１０４において、カソード側ガス拡散層１４０の端部を、電解質膜１２０の端部の位置よりも内側に引き込むようにしてもよい。ただし、この場合、アノード側ガス拡散層１３０の端部の位置よりは、外側に張り出すようにする。

なお、上記した第１の実施例及び変形例では、アノード側ガス拡散層１３０の端部を内側に引き込み、カソード側ガス拡散層１４０の端部を外側に張り出すようにしていたが、反対に、カソード側ガス拡散層１４０の端部を内側に引き込み、アノード側ガス拡散層１３０の端部を外側に張り出すようにしてもよい。

Ｂ．第２の実施例：
上記した第１の実施例においては、射出成型により接合体１００の周縁部にガスケット１５０を形成する際、接合体１００を成型用金型に載置するが、成型用金型は既に高温であるため、場合によっては、電解質膜１２０が熱で収縮して、電解質膜１２０の端部がカソード側ガス拡散層１４０の端部と共に反ってしまう恐れがある。

図７は電解質膜及びガス拡散層の端部が反った状態にある接合体の周縁部の断面を概略的に示した断面図である。図７に示すように、このように端部が反った状態において、成型用金型（図示せず）内に液状のゴムが矢印Ｂの方向に流れ込むと、反った部分がゴムの流れを阻害するため、反った側に位置するアノード側ガス拡散層１３０にゴムが含浸されにくくなってしまう。

そこで、本発明の第２の実施例では、例え、電解質膜が熱などで収縮しても、電解質膜やガス拡散層の端部が反ったり、たわんだりするのを抑制できるようにしている。

Ｂ−１．接合体の構成及びその製造方法：
図８は本発明の第２の実施例としての接合体を概略的に示した説明図である。図８において、（ａ）は上方から見た平面図を、（ｂ）は（ａ）におけるＰ−Ｐ方向の断面図を、（ｃ）は（ａ）におけるＱ−Ｑ方向の断面図を、（ｄ）は（ａ）におけるＲ−Ｒ方向の断面図を、それぞれ示している。また、図９は図８における接合体に用いられる電解質膜及びガス拡散層をそれぞれ示す平面図である。

本実施例における接合体２００が、第１の実施例における接合体１００と構成上異なる点は、図８，図９に示すように、接合体２００の周縁部において、矢印Ａ方向から見て、アノード側ガス拡散層２３０の端部及びカソード側ガス拡散層２４０の端部に、それぞれ、周縁（すなわち、矢印Ｄ方向）に沿って、張り出し部２３２，２４２と引き込み部２３４，２４４とが交互に形成されている点である。

図８（ａ）及び図９に示すように、張り出し部２３２，２４２は、矩形を成しており、外側に向かって張り出している。引き込み部２３４，２４４も、同じく矩形を成しており、反対に内側に向かって引っ込んでいる。そして、アノード側ガス拡散層２３０とカソード側ガス拡散層２４０の間に電解質膜２２０を挟み込んで、接合体２００を構成した際に、図８（ｂ）に示すように、矢印Ｄ方向において、アノード側ガス拡散層２３０の張り出し部２３２の位置は、カソード側ガス拡散層２４０の引き込み部２４４の位置に、それぞれ、一致し、カソード側ガス拡散層２４０の張り出し部２４２の位置は、アノード側ガス拡散層２３０の引き込み部２３４の位置に、それぞれ一致するようになっている。すなわち、矢印Ａ方向から見ると、局所的には、一方のガス拡散層の端部が張り出している部分では、他方のガス拡散層の端部は引っ込んでいることになるため、全体的には、２枚のガス拡散層２３０，２４０の端部の位置は、互いにずれていることになる。また、アノード側ガス拡散層２３０の張り出し部２３２の幅ｓ１と、カソード側ガス拡散層２４０の張り出し部２４２の幅ｓ２は、互いにほぼ等しくなっており、アノード側ガス拡散層２３０の引き込み部２３４の幅ｔ１と、カソード側ガス拡散層２４０の引き込み部２４４の幅ｔ２も、互いにほぼ等しくなっている。

このように構成された接合体２００の周縁部には、さらに、図１０（ｂ）に示すごとく、ガス拡散層２３０，２４０及び電解質膜２２０の各周縁部を覆うように、射出成型によってガスケット２５０が形成されている。

図１０は図８における接合体の断面及び射出成型時のゴムの流れを示す説明図である。図１０において、（ａ）は射出成型前の断面図を、（ｂ）は射出成型後の断面図を、（ｃ）は射出成型時のゴムの流れを、それぞれ示している。

射出成型時には、成型用金型（図示せず）内において、液状のゴムが、接合体１００の周囲から射出されて、図１０（ｂ）に示す矢印Ｂの方向に流れる。そして、アノード側ガス拡散層２３０及びカソード側ガス拡散層２４０の周縁部では、図１０（ｃ）に示すように、液状のゴムが、張り出し部２３２，２４２の先端の端面から内部に含浸するだけでなく、引き込み部２３４，２４４に流れ込み、張り出し部２３２，２４２の側面からも内部に含浸する。その他、液状のゴムは、アノード側ガス拡散層２３０の上面から内部にも、また、カソード側ガス拡散層２４０の下面から内部にも、それぞれ含浸する。

なお、本実施例における接合体２００において、上記以外の構成上の点については、第１の実施例における接合体１００と同じであるので、それらについての説明は省略する。また、本実施例における接合体２００の製造方法も、第１の実施例における接合体１００の製造方法と同様であるので、それらについての説明は省略する。

Ｂ−２．第２の実施例の効果：
以上説明したように、本実施例においては、図８に示すように、２枚のガス拡散層２３０，２４０の端部に、張り出し部２３２，２４２と引き込み部２３４，２４４とが交互に形成されており、一方のガス拡散層の張り出し部の位置には、他方のガス拡散層の引き込み部が来ている。従って、射出成型にてガスケット２５０を形成する際に、例え、熱で電解質膜２２０が収縮したとしても、２枚のガス拡散層２３０，２４０の端部に形成された張り出し部２３２，２４２が電解質膜２２０の周縁部を両面から互い違いに押さえているため、電解質膜２２０やガス拡散層２３０，２４０の反りやたわみを抑制することができる。また、局所的には、一方のガス拡散層の端部が張り出している部分（張り出し部）では、他方のガス拡散層の端部は引っ込んでいる（引き込み部）ため、アノード側ガス拡散層２３０の端部とカソード側ガス拡散層２４０の端部との接触は、電解質膜２２０によって阻まれることになり、アノード側とカソード側とが短絡する恐れがない。

また、射出成型時には、図１０（ｃ）に示すように、液状のゴムが、引き込み部２３４，２４４にも流れ込み、張り出し部２３２，２４２の側面からも内部に含浸するため、より確実にゴムを含浸させることができる。

Ｂ−３．第２の実施例に対する変形例：
上記した第２の実施例では、図８（ｂ）に示したように、アノード側ガス拡散層２３０の張り出し部２３２の幅ｓ１と、カソード側ガス拡散層２４０の張り出し部２４２の幅ｓ２は、互いにほぼ等しくなっており、アノード側ガス拡散層２３０の引き込み部２３４の幅ｔ１と、カソード側ガス拡散層２４０の引き込み部２４４の幅ｔ２も、互いにほぼ等しくなっていたが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１１は変形例としての接合体の周縁部の断面を概略的に示した断面図である。この変形例の接合体２０２では、カソード側ガス拡散層２４０と電解質膜２２０との密着力が弱いため、図１１に示すように、カソード側ガス拡散層２４０の張り出し部２４２の幅ｓ２を、アノード側ガス拡散層２３０の張り出し部２３２の幅ｓ１よりも広くし、カソード側ガス拡散層２４０の引き込み部２４４の幅ｔ２を、アノード側ガス拡散層２３０の引き込み部２３４の幅ｔ１よりも狭くなるようにしている。

こうすることによって、接合体２０２の周縁部において、カソード側ガス拡散層２４０と電解質膜２２０との接触面積が、アノード側ガス拡散層２３０と電解質膜２２０との接触面積に比較して広くなるため、密着力が弱い分を補いことができ、電解質膜との密着性に関し、カソード側ガス拡散層２４０とアノード側ガス拡散層２３０との間でバランスさせることができる。よって、全体として、電解質膜２２０及びガス拡散層２３０，２４０の端部の反りやたわみをより抑制することができる。また、カソード側ガス拡散層２４０の張り出し部２４２の幅ｓ２が広い分、カソード側ガス拡散層２４０におけるゴムの含浸される部分の容積を大きくすることができる。したがって、接合体２０２を用いて燃料電池を構成した場合、一般に、燃料電池では、カソード側の方が、アノード側に比較して、反応ガスのガス圧が高くなるが、このように、カソード側ガス拡散層２４０の含浸部分の容積を大きくすることによって、反応ガス（すなわち、空気）の圧力が高くても、カソード側ガス拡散層２４０とガスケット２５０との結合を保つことができる。つまり、このような構成は、カソード圧がアノード圧よりも大きくなる状況下での発電時間が、アノード圧がカソード圧よりも大きくなる状況下での発電時間より長くなるような燃料電池システムで用いられるのが、好適である。

一方、反対に、アノード側ガス拡散層２３０の張り出し部２３２の幅ｓ１を、カソード側ガス拡散層２４０の張り出し部２４２の幅ｓ２よりも広くし、アノード側ガス拡散層２３０の引き込み部２３４の幅ｔ１を、カソード側ガス拡散層２４０の引き込み部２４４の幅ｔ２よりも狭くなるように構成してもよい。

この場合は、アノード側ガス拡散層２３０の張り出し部２３２の幅ｓ１が広い分、アノード側ガス拡散層２３０におけるゴムの含浸される部分の容積を大きくすることができる。したがって、この接合体を用いて燃料電池を構成した場合、一般に、燃料電池では、アノード側の反応ガスである水素の方がガス透過係数が高いので、このように、アノード側ガス拡散層２３０の含浸部分の容積を大きくすることによって、反応ガスである水素の透過が阻害され、アノード側ガス拡散層２３０の周縁部からの漏洩防止をより確実なものにすることができる。このような構成は、カソードガスより拡散性の高いアノードガスが供給されるような燃料電池システムで用いるられるのが、特に好適である。

以上のように、一方のガス拡散層の張り出し部の幅が狭く、他方のガス拡散層の張り出し部の幅が広くなっていてもよいし、また、一方のガス拡散層の引き込み部の幅が狭く、他方のガス拡散層の引き込み部の幅が広くなっていてもよい。さらに、接合体の周縁部の一部のみが、そのようになっていてもよい。

上記した第２の実施例においては、図８（ａ）及び図９に示したように、張り出し部２３２，２４２並びに引き込み部２３４，２４４は、それぞれ矩形を成していたが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１２及び図１３は、それぞれ、変形例としての接合体の周縁部を上方から見て示した部分平面図である。例えば、図１２に示すように、接合体２０４において、張り出し部２３２，２４２並びに引き込み部２３４，２４４が、それぞれ丸みを帯びていてもよい。また、図１３に示すように、接合体２０６において、張り出し部２３２，２４２並びに引き込み部２３４，２４４が、それぞれ三角形を成していてもよい。

Ｃ．その他の変形例：
なお、本発明は上記した実施例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て実施することが可能である。

上記した各実施例においては、接合体の周縁部にガスケットを形成する際、射出成型によって形成するようにしていたが、圧縮成型で形成するようにしてもよい。圧縮成型の場合、固形状のゴムを用いるので、ゴムの流れによる電解質膜の周縁部のまくれは生じにくい。

上記した各実施例においては、電解質膜とガス拡散層との間の密着性を高める処理として、ホットプレスを行うようにしていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、電解質膜とガス拡散層との間に接着剤や溶剤を塗布して、密着性を高めるようにしてもよい。

上記した各実施例においては、燃料電池の種類について、突き詰めて言及しなかったが、例えば、メタノール直接型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell：ＤＭＦＣ)など、アノードに液体メタノールを供給するような構成に対しても、本発明は適用することができる。

本発明の第１の実施例としての接合体の周縁部の断面を概略的に示した断面図である。 図１における接合体の製造手順を示すフローチャートである。 図１における接合体に用いられる電解質膜及びガス拡散層をそれぞれ示す平面図である。 接合体をプレス型に入れた様子を示す説明図である。 変形例としての接合体の周縁部の断面を概略的に示した断面図である。 変形例としての接合体の周縁部の断面を概略的に示した断面図である。 電解質膜及びガス拡散層の端部が反った状態にある接合体の周縁部の断面を概略的に示した断面図である。 本発明の第２の実施例としての接合体を概略的に示した説明図である。 図８における接合体に用いられる電解質膜及びガス拡散層をそれぞれ示す平面図である。 図８における接合体の断面及び射出成型時のゴムの流れを示す説明図である。 変形例としての接合体の周縁部の断面を願略的に示した断面図である。 変形例としての接合体の周縁部を上方から見て示した部分平面図である。 変形例としての接合体の周縁部を上方から見て示した部分平面図である。 従来における接合体の周縁部の断面を概略的に示した断面図である。

符号の説明

１０...接合体
２０...電解質膜
３０...アノード側ガス拡散層
４０...カソード側ガス拡散層
５０...ガスケット
１００...接合体
１０２...接合体
１０４...接合体
１２０...電解質膜
１３０...アノード側ガス拡散層
１４０...カソード側ガス拡散層
１５０...ガスケット
１５２...リップ部
１６０...下側プレス型
１６２...段差部
１７０...上側プレス型
２００...接合体
２０２...接合体
２０４...接合体
２０６...接合体
２２０...電解質膜
２３０...アノード側ガス拡散層
２３２，２４２...張り出し部
２３４，２４４...引き込み部
２４０...カソード側ガス拡散層
２５０...ガスケット

Claims (9)

1. 第１及び第２のガス拡散層の間に少なくとも電解質膜を挟み込んで成る接合体であって、
   前記接合体の周縁部における少なくとも一部において、前記電解質膜の膜面に垂直な方向である第１の方向から見て、前記第１及び第２のガス拡散層の端部の位置が互いにずれていると共に、
   前記接合体の周縁部に成型にてガスケットを形成して成る接合体。
2. 請求項１に記載の接合体において、
   前記接合体の周縁部における少なくとも一部において、前記第１の方向から見て、前記電解質膜の端部の位置は、前記第１及び第２のガス拡散層の端部のうち、少なくとも一方の端部の位置よりも、外側に張り出している接合体。
3. 請求項１に記載の接合体において、
   前記接合体の周縁部における少なくとも一部において、前記第１及び第２のガス拡散層の端部は、それぞれ、外側に張り出した張り出し部と内側に引き込んだ引き込み部とが交互に形成されており、前記第１の方向から見て、前記接合体の周縁に沿った方向である第２の方向において、前記第１のガス拡散層における張り出し部の位置は、前記第２のガス拡散層における引き込み部の位置に、第２のガス拡散層における張り出し部の位置は、前記第１のガス拡散層における引き込み部の位置に、それぞれ、一致している接合体。
4. 請求項３に記載の接合体において、
   前記第１のガス拡散層における張り出し部の前記第２の方向における幅は、前記第２のガス拡散層における張り出し部の前記第２の方向における幅よりも広い接合体。
5. 請求項１ないし請求項４のうちの任意の１つに記載の接合体を備える燃料電池。
6. 電解質膜並びに第１及び第２のガス拡散層を少なくとも備える接合体を製造するための接合体製造方法であって、
   （ａ）前記接合体を形成するために、前記第１及び第２のガス拡散層の間に少なくとも前記電解質膜を挟み込むと共に、前記接合体の周縁部における少なくとも一部において、前記電解質膜の膜面に垂直な方向から見て、前記第１及び第２のガス拡散層の端部の位置が互いにずれるように、前記第１及び第２のガス拡散層を配置する工程と、
   （ｂ）前記接合体の周縁部に成型にてガスケットを形成する工程と、
   を備える接合体製造方法。
7. 請求項６に記載の接合体製造方法において、
   前記工程（ｂ）の前に、
   （ｃ）前記電解質膜と前記第１及び第２のガス拡散層との間の密着性を高める処理を行う工程をさらに備える接合体製造方法。
8. 請求項７に記載の接合体製造方法において、
   前記工程（ｃ）は、前記電解質膜と前記第１及び第２のガス拡散層とをホットプレスにより接合する工程を含む接合体製造方法。
9. 請求項８に記載の接合体製造方法において、
   前記工程（ｃ）におけるホットプレスで用いられるプレス型は段差部を有しており、前記ホットプレスの際、前記接合体の周縁部のうち、前記電解質膜の一方の面側にガス拡散層が存在し、かつ、他方の面側にガス拡散層が存在しない部分については、前記段差部が前記電解質膜に当接して、圧力をかけることを特徴とする接合体製造方法。

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