JP5011764B2

JP5011764B2 - シール一体型膜電極接合体製造技術

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Publication number: JP5011764B2
Application number: JP2006068897A
Authority: JP
Inventors: 友陽笹岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2026-03-14
Also published as: US8298716B2; DE112007000385B4; CA2640344A1; WO2007105073A1; CA2751190A1; JP2007250248A; CN101385172A; US20090023035A1; DE112007000385T5; CN101385172B; DE112007000385B8; CA2751190C; CA2640344C

Description

この発明は、燃料電池に使用される膜電極接合体に関する。

燃料電池は、膜電極接合体をセパレータで挟持した単セルを積層して構成される。膜電極接合体は、電解質膜と、電解質膜を両側から挟持する一対の電極触媒層とで構成される。膜電極接合体の外周縁には、燃料ガスや水などの流体流路となるマニホールド孔が形成される。また、セパレータで挟持された膜電極接合体のシール性を向上させるために、膜電極接合体の両面にシールガスケットを射出成形する技術が知られている（特許文献１等）。

特開２００３−６８３１９特開２００２−４２８３６

しかし、膜電極接合体は、電解質膜や電極触媒層などの構成部材の強度が低いため、その製造工程において不具合を発生しやすい傾向にある。例えば、シールガスケットの射出成形をするために金型内に膜電極接合体を配置した際に、膜電極接合体のキャビティ内で支持されない部位が重力などの影響でたわみ、この状態で溶融したシール部材が射出されると、シール部材の流動が阻害され、成形不良が発生する場合があった。

また、膜電極接合体には、その構成部材同士が外端面から剥離し易いという問題もあった。

本発明は、膜電極接合体の製造過程における不良の発生を抑制する技術を提供することを目的とする。

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、燃料電池に使用されるシール一体型膜電極接合体の製造方法であって、
（ａ）膜電極接合体を貫通するマニホールド孔とシール部材流入孔とが形成された膜電極接合体を準備する工程と、
（ｂ）前記膜電極接合体を金型内に配置する工程と、
（ｃ）前記金型内にシール部材を流入することによって、前記マニホールド孔の周囲にシールラインを有するシールガスケットを射出成形する工程と、
を備え、前記膜電極接合体は、前記マニホールド孔の内縁部分と、前記シール部材流入孔とが、前記金型の同一のキャビティ内に位置するように形成されている。

この方法によれば、前記シール部材が、前記金型内に供給される際に、前記シール部材流入孔に流入し、前記膜電極接合体のほぼ両面に均等に供給されるので、成形不良の発生が抑制される。

前記マニホールド孔と、前記シール部材流入孔とが、膜電極接合体の外縁部に形成され、前記膜電極接合体の外縁部に補強部材が設けられており、前記工程（ｃ）において、前記膜電極接合体と前記補強部材との端面が、前記シール部材によって被覆されるとしても良い。

この方法によれば、膜電極接合体の外周縁にシールガスケットを射出成形することとなり、射出成形を容易に行うことが出来きる。また、前記シール一体型膜電極接合体自体および前記マニホールド孔の強度が向上し、燃料電池への組み付け時や、燃料電池の使用時における破損を軽減できる。

前記工程（ｃ）において、前記マニホールド孔の形成部位から、前記シール部材が金型内に供給されるとしても良い。

この方法によれば、前記シール部材を前記マニホールド孔周辺に均等に供給することができ、均一にリップ部を形成できる。

前記シール部材流入孔のうち少なくとも１つは、前記マニホールド孔と前記膜電極接合体の外周縁との間に位置するように形成されており、前記方法は、さらに、前記膜電極接合体の外周縁を、前記外周縁に位置するシール部材流入孔の存在する部位で切断する工程を備えるとしても良い。

この方法によれば、前記シール部材流入孔の存在する部位での切断面において、前記シール部材は膜電極接合体と補強部材との接合面を被覆することになり、その接合面の剥離を防ぎ、膜電極接合体の強度が向上する。

燃料電池に使用されるシール一体型膜電極接合体であって、電解質膜と、前記電解質膜を両側から挟む一対の電極層とを含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体を貫通するマニホールド孔と、前記マニホールド孔の周囲にシールラインが設けられたシールガスケットと、を備えており、前記シール一体型膜電極接合体は、前記膜電極接合体の外周縁の一部分のみが前記シールガスケットのシール部材によって被覆されているとともに、前記膜電極接合体の外周縁の他の部分が前記シール部材によって被覆されずに前記膜電極接合体の端面が露出した構成を有することを特徴とする。

このシール一体型膜電極接合体によれば、シール部材によって被覆された部位において、膜電極接合体の構成部材同士が剥離することを防ぐことができる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、シール一体型膜電極接合体、そのシール一体型膜電極接合体を備えた燃料電池、その燃料電池を備えた車両等の形態で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．燃料電池の概略構成：
Ｂ．シール一体型膜電極接合体の製造工程（比較例）：
Ｃ．本発明の実施例：
Ｄ．本発明の変形例：

Ａ．燃料電池の概略構成：
図１は本実施例におけるシール一体型膜電極接合体が用いられる燃料電池１０の概略構成を示す説明図である。なお、本実施例の燃料電池１０は、燃料ガス（水素ガスおよび空気）の供給を受け、水素と酸素との電気化学反応により発電する固体高分子型燃料電池である。

燃料電池１０は単セル１１を複数積層したスタック構造を有している。単セル１１は、シール一体型膜電極接合体１２を備えており、シール一体型膜電極接合体１２をセパレータ１４により挟持した構成である。

燃料電池１０は、水素ガス（アノードガス）と、空気（カソードガス）と、冷却水の、それぞれの供給・排出を担う流路である、積層方向に貫通するマニホールド孔を有している。それに伴い、セパレータ１４と、シール一体型膜電極接合体１２の周縁部にもそれぞれマニホールド孔１６ａ〜１６ｆが形成されている。具体的には以下の構成となる。マニホールド孔１６ａは水素ガスの供給口であり、マニホールド孔１６ｂは水素ガスの排出口である。マニホールド孔１６ｃは冷却水の供給口であり、マニホールド孔１６ｄは冷却水の排出口である。また、マニホールド孔１６ｅは空気の供給口であり、マニホールド孔１６ｆは空気の排出口である。なお、マニホールド孔１６ａ〜１６ｆは、これ以外の構成であっても良い。

シール一体型膜電極接合体１２の周縁部には、シールガスケット２４が成形されている。シールガスケット２４は、セパレータ１４がシール一体型膜電極接合体１２を挟持した際に、セパレータ１４に密着し、燃料ガスや冷却水の漏洩を防止する。このシールガスケット２４は、個々のマニホールド孔の周囲に形成された第１のシールラインＳＬと、冷却水用マニホールド孔１６ｃ、１６ｄ以外のガス用マニホールド孔１６ａ、１６ｂ、１６ｅ、１６ｆと電極触媒層２６とを含む広い領域を取り囲む第２のシールラインＳＬとを、シール一体型膜電極接合体１２の両面に有している。第２のシールラインＳＬは、ガスが燃料電池１０の外に漏洩するのを防止する為のものである。

セパレータ１４は、３枚の金属の薄板、すなわち、カソードプレート１４ａと、中間プレート１４ｂと、アノードプレート１４ｃとを積層して形成される三層積層型セパレータである。カソードプレート１４ａはシール一体型膜電極接合体１２のカソード電極触媒層側（図１における下面）に接し、アノードプレート１４ｃはシール一体型膜電極接合体１２のアノード電極触媒層側（図１における上面）に接するように積層される。

セパレータ１４は、マニホールド孔１６ａを介して供給されたアノードガスを各単セル層のアノード電極触媒層に供給し、マニホールド孔１６ｅを介して供給されたカソードガスを各単セル層のカソード電極触媒層に供給する構造を有する。またセパレータ１４は、シール一体型膜電極接合体１２で発生した電気の集電機能と、マニホールド孔１６ｃを介して冷却水を中間プレート１４ｂに供給して、冷却を行う機能も実現する。さらに、セパレータ１４は、燃料ガスや冷却水をそれぞれの排出用マニホールド孔へ導く構造を有する。なお、セパレータ１４としては、三層積層型以外の任意の構造のものを使用可能である。

図２は、シール一体型膜電極接合体１２の断面図である。シール一体型膜電極接合体１２は、電解質膜２０をアノード電極触媒層２６ａとカソード電極触媒層２６ｃ（双方含めて「電極触媒層２６」と呼ぶ）により挟持した構成であり、電解質膜２０の外周縁は、補強フィルム２２により挟持した構成である。さらに、シール一体型膜電極接合体１２の外周縁には、補強フィルム２２と電極触媒層２６の外周縁とを覆うようにシールガスケット２４が成形されている。シールガスケット２４は、膜電極接合体１２の両面にシールラインＳＬをそれぞれ設けるために成形されたものである。なお、シールガスケット２４は、電極触媒層２６に接しない構成としても良く、また、補強フィルム２２は省略されても良い。

電解質膜２０はプロトン伝導性を備え、湿潤状態において良好な電気伝導性を示す固体高分子材料からなる薄膜である。電極触媒層２６には、電気化学反応を促進する触媒（例えば白金）が担持されている。また、電極触媒層２６は、電解質膜２０と接しない外面をそれぞれガス拡散層２８で覆われている。ガス拡散層２８はカーボン製の多孔体であり、その厚み方向にガスを拡散する性質により各電極触媒層の全面に燃料ガスを供給する機能を持つ。

本明細書において「電極触媒層」とは、触媒層とガス拡散層とで構成される層構造を意味する。また、燃料電池の技術分野において、「電極層」という用語は、電極触媒層（触媒層＋ガス拡散層）を意味するものとして使用される場合と、ガス拡散層を含まない触媒層のみを意味するものとして使用される場合がある。そこで、本明細書においても、「電極層」という用語は、これら２つの意味を包含し、少なくとも触媒層を含むものを意味する用語として使用する。また、「膜電極接合体」とは、少なくとも電解質膜と、電解質膜を両側から挟持する一対の電極触媒層とで構成されたものを意味する用語として使用し、「シール一体型膜電極接合体」とは、膜電極接合体の両面にシールガスケットが射出成形されたものを意味する用語として使用する。

Ｂ．シール一体型膜電極接合体の製造工程（比較例）：
図３（Ａ）〜（Ｄ）はシール一体型膜電極接合体１２の製造工程の一部を示す説明図である。

図３（Ａ）において、電解質膜２０は、四角枠状の一対の補強フィルム２２により、その周縁部を両側から挟持される。補強フィルム２２は、例えばポリイミドやポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）により構成され、２５〜２５０μｍの厚みを持つことが好ましい。また構成材料としては、熱膨張係数が、４０×１０^-6／Ｋ以下であるものが好ましく、−３０℃から１２０℃でｐＨ＝２の酸性雰囲気の使用環境に耐え得るものが好ましい。

図３（Ｂ）は、電解質膜２０が補強フィルム２２で挟持された状態を示す。

図３（Ｃ）は、電解質膜２０が補強フィルム２２により挟持された部位に、貫通孔であるマニホールド孔１６ａ〜１６ｆを形成した状態を示す。

図３（Ｄ）は、電解質膜２０の両面に、電極触媒層２６を接合した状態である膜電極接合体３０を示す。なお、電極触媒層２６は、図３（Ｄ）の前工程のいずれで配置しておいても良い。

次に、膜電極接合体３０は、その周縁部にシールガスケット２４が成形される。図４は、膜電極接合体３０を射出成形用の金型内に配置した際のＩＩＩ−ＩＩＩ断面（図３（Ｄ））を示したものである。金型の上型４０ａと下型４０ｂにより膜電極接合体３０は挟持される。図４における矢印はシール部材供給時のシール部材の流動方向を示している。上型４０ａには、各マニホールド孔（図３ではマニホールド孔１６ｄ）の形成部位にシール部材の供給口４２がそれぞれ設けられており、また、各マニホールド孔の内縁に沿ってキャビティ４４ａ、４４ｂが設けられている。シール部材は、供給路４３を介し、キャビティ４４ａ、４４ｂに供給される。

図５（Ａ）〜（Ｃ）は、射出成形後の工程を示す説明図である。図５（Ａ）は、シールガスケット２４が射出成形された後のシール一体型膜電極接合体５０を示す。シールガスケット２４上に二条線で示しているのは流体漏洩を防ぐためのシールラインＳＬである。なお、射出成形直後に供給路４３（図４）に残ったシール部材はくりぬかれている。

図５（Ｂ）は、シール一体型膜電極接合体５０の外周縁部の余分な電解質膜２０および補強フィルム２２を切断し、完成したシール一体型膜電極接合体５２である。図５（Ｃ）は、そのＶ−Ｖ断面を示している。シールラインＳＬは図４（Ｃ）に示すようにリップ（突起部）を形成しており、装着されたセパレータ１４にその頂点が圧着することで流体をシールする。

本比較例によってシール一体型膜電極接合体は製造可能であるが、以下のような問題点がある。

問題点１：
図４における射出成形の際に、膜電極接合体３０の一部の部位ＷＰ（正確にはマニホールド孔の内縁）は、キャビティ内において支持されていない。このため、この部位ＷＰは、重力の影響を受け、下型４０ｂ方向へ湾曲している。その結果、膜電極接合体３０の部位ＷＰが、キャビティ４４ａにおける下型４０ｂ側へのシール部材供給路を塞ぎ、下型４０ｂ側へのシール部材供給量が上型４０ａ側へのシール部材の供給量より減少し、均等ではなくなる場合がある。なお、図４におけるシール部材の流動方向を示す矢印の大きさの差が、シール部材の流動量の差をおおむね示している。これが成形不良の原因の一つとなる。これは他のキャビティ内においても同様である。

問題点２：
電極触媒層２６はガス拡散層を含んでおり、ガス拡散層は表面に撥水処理などを目的としたペースト塗布が施されていることが多い。ペースト材（例えば、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）の粉末など）とガス拡散基材との密着強度は弱いため、射出成形の際の温度や、金型に加えられる型締め力の影響により、ペースト材の一部がガス拡散層から脱落することもある。そうした脱落したペースト材が金型内に残り、金型内を汚染することで、射出成形の際に膜電極接合体の仕上がり寸法が狙い値を外れるおそれがある。そのため、品質を確保するために金型清掃を頻繁に行う必要が生じ、作業効率の低下を招いている。

問題点３：
膜電極接合体３０を金型により挟持する型締め時において、電極触媒層２６は不均一な面であるため、電極触媒層２６にかかる面圧もまた不均一となる。このため、面圧の低い部位からシール部材が漏洩するおそれがある。また、上述のペースト材による金型汚染が、電極触媒層２６との接触部に発生していた場合、型締めにより電極触媒層２６が損傷するおそれがある。

問題点４：
図５（Ｃ）に示すように、シール一体型膜電極接合体５２の外周の切断面上において、電解質膜２０と補強フィルム２２との接合面の外縁（端面）が剥き出したままになる。電解質膜２０は、本来的に化学的性質上密着性が悪い上に、熱溶着に要する高温状態（この場合は、補強フィルム２２の融点。例えば２００℃）に耐えられず、熱溶着が出来ないため、電解質膜２０と補強フィルム２２は剥離部ＳＰが生じやすい状態となり、シール一体型膜電極接合体５２の破損の原因となり得る。

Ｃ．本発明の実施例：
上記問題点１〜４をふまえ、本発明の実施例を記述する。本発明における膜電極接合体の製造方法においても、上述の比較例における図３（Ａ）〜（Ｄ）に示された工程は、ほぼ同じである。

図６は、本実施例における射出成形前の膜電極接合体を示す説明図であり、図３（Ｄ）に対応する図である。膜電極接合体６０は、図３（Ｄ）における膜電極接合体３０に、貫通孔であるシール部材流入孔６２ａ、６２ｂを追加したものであり、それ以外は図３（Ｄ）と同じである。２種類のシール部材流入孔６２ａ、６２ｂはマニホールド孔１６ａ〜１６ｆと膜電極接合体６０の外周縁の間に形成されている。第１のシール部材流入孔６２ａは、膜電極接合体６０の四隅に位置しており、第２のシール部材流入孔６２ｂは膜電極接合体６０の各四辺に並列するマニホールド孔の間に位置している。この例では、第１のシール部材流入孔６２ａは略Ｌ字状の形状を有しており、第２のシール部材流入孔６２ｂは円形形状を有しているが、他の形状を採用することも可能である。

シール部材流入孔６２ａ、６２ｂを形成した後、膜電極接合体６０の周縁部には、上述の比較例と同様にシールガスケットが成形される。図７は、膜電極接合体６０を金型内に配置した際のＶＩ−ＶＩ断面（図６）を示したものである。図７では、キャビティ４４ａ内にシール部材流入孔６２ａが配置され、電極触媒層２６と金型の上型４０ａ及び下型４０ｂとの接触面に保護フィルム７０が配置されており、それ以外は図４と同じである。なお、シール部材流入孔６２ａとマニホールド孔１６ｄの内縁部とは、同一のキャビティ内に配置されている。

射出成形の際に、シール部材は、供給口４２から供給路４３を介してキャビティ４４ａとキャビティ４４ｂに供給される。その際、キャビティ４４ａにおいて、上型４０ａ側に流入したシール部材が、シール部材流入孔６２ａを通り、下型４０ｂ側へ流入する。また、逆方向の流れも可能である。これにより、上記問題点１における、上型４０ａ側と下型４０ｂ側へのシール部材の供給量の差が減少することとなる。なお、他のシール部材流入孔やマニホールド孔のある部位でも同様の効果が得られる。供給口４２は各マニホールド孔の形成部位に無くとも良く、他の部位に存在するとしても良い。

なお、シール部材流入孔６２ａ、６２ｂの数や位置は任意であり、上述の位置以外の位置に形成されていても良い。例えばマニホールド孔１６ａ〜１６ｆ（図６）と電極触媒層２６の間に位置するように形成されていても良い。ただし、シール部材流入孔６２ａ、６２ｂのうち、少なくとも１つはマニホールド孔１６ａ〜１６ｆと膜電極接合体６０の外周縁との間に位置することが好ましい。また、シール部材流入孔６２ａ、６２ｂは、金型内に膜電極接合体６０が配置される際に、キャビティ内に配置される位置に設けられていれば良く、複数のマニホールド孔のうちの少なくとも一部のマニホールド孔の近傍に設けられていれば良い。

保護フィルム７０（図７）は、金型と電極触媒層２６の接触面の全体を覆うように配置されている。保護フィルム７０は、例えばポリイミドや、ＰＥＮ、ポリエチレンテフタレート（ＰＥＴ）、フッ素樹脂、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどにより構成されることが好ましく、耐熱性は１５０℃以上が好ましい。厚みは５０μｍ〜２００μｍ程度が好ましい。これにより電極触媒層２６に塗布されたペースト材の金型への付着を防ぎ、金型汚染を予防し、上記問題点２が解消される。

また、本実施例によれば、保護フィルム７０を配置しているので、仮に金型汚染が生じても、電極触媒層２６に直接金型が接触しないため、型締め時に電極触媒層２６が損傷することを防ぐことができる。さらに保護フィルム７０の厚みを０．５mm〜１mm程度にすれば、電極触媒層２６の表面が不均一な為に生じる、型締め時の電極触媒層２６にかかる面圧の不均一も解消される。これにより、シール部材供給の際に、面圧の低い部位からシール部材が漏洩することを防ぐことができ、上記問題点３が解消される。

なお、保護フィルム７０は、電極触媒層２６との接合面に例えば粘着材を塗布することによって形成しても良い。また、電極触媒層２６を電解質膜２０に配置する時に、電極触媒層２６上に保護フィルム７０を配置するものとしても良く、燃料電池１０への組み付けの時までのいずれかの工程において電極触媒層２６に保護フィルム７０を配置するものとしても良い。これにより、燃料電池製作工程中に電極触媒層２６が受ける損傷を防ぐことができる。なお、保護フィルム７０を省略することも可能である。

図８（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例における射出成形後の工程を示す説明図である。シール部材流入孔６２ａ、６２ｂにシール部材が流入することで成形された部位（それぞれシール部材流入孔６２ａ、６２ｂと同じ符号で図示）以外は、図５（Ａ）〜（Ｃ）と同じである。

図８（Ａ）は、射出成形直後のシール一体型膜電極接合体８０を示しており、図５（Ａ）に対して、図８（Ａ）はシール部材流入孔６２ａ、６２ｂによって形成された部位が追加されている。図８（Ｂ）は、シール一体型膜電極接合体８０の外周縁部にある余分な電解質膜２０および補強フィルム２２を切断した完成品であるシール一体型膜電極接合体８２を示している。図８（Ｃ）は、シール一体型膜電極接合体８２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ切断面を示している。

本実施例ではシール部材流入孔６２ａ、６２ｂは切断面上に存在するように形成されており、シール部材流入孔６２ａ、６２ｂの存在する部位で切断する。シール部材流入孔６２ａ、６２ｂのある部位は、図８（Ｃ）に示すように、シール部材がシール一体型膜電極接合体８２の端面を被覆することとなる。これによって、上記問題点４における電解質膜２０と補強フィルム２２の剥離部ＳＰ（図５（Ｃ））の発生は、シール部材流入孔６２ａ、６２ｂのある部位については防ぐことができ、シール一体型膜電極接合体８２の端面の耐剥離性が向上している。この耐剥離性は、切断面にあたるシール部材流入孔６２ａ、６２ｂの面積が大きいほど向上する。但し、シール部材流入孔６２ａ、６２ｂを切断面が通らない位置に設けるようにしても良い。

なお、図８（Ａ）から理解できるように、電極触媒層２６の周囲に形成されたシールガスケット２４は、その全てが連続しており、一体として成形されている。従って、図７に示した金型のキャビティも、全て連結した１つの大きなキャビティとして構成されている。但し、キャビティを複数に分割して、シールガスケット２４もいくつかの部分に分割されるものとしても良い。

図９は、シール一体型膜電極接合体８２をセパレータ９０で挟持した際のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面（図８（Ｃ））と同じ部位の断面図である。図９において、マニホールド孔１６ｄ内の矢印は、流体が流入した際の圧力のかかる方向を示している。実際にマニホールド孔１６ａ〜１６ｆにガスや水が流れる際には、その内壁面にかなりの圧力がかかる為、マニホールド孔１６ａ〜１６ｆには圧力に耐えうるだけの強度が必要である。本実施例においては、補強フィルム２２がマニホールド孔１６ａ〜１６ｆの外周を囲み、シールガスケット２４と一体的に成形されているため、その強度が確保されている。但し、補強フィルム２２は省略しても良い。

Ｄ．本発明の変形例：
なお、この発明は上記の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おいて実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｄ１．変形例１：
図１０は、本発明の変形例１を説明するための説明図である。図１０は、キャビティ４４ａ内に上型４０ａと下型４０ｂにピン１００が追加されており、他は図７と同じである。ピン１００は金型の上型４０ａ、下型４０ｂに一体的に設けられており、膜電極接合体６０を金型内に配置した際に、キャビティ４４ａ内に配置される部位を支持する。これにより金型内において膜電極接合体６０は安定し、上型４０ａと下型４０ｂに供給されるシール部材の量もより均一となり、成形不良の発生をさらに抑制できる。なお、ピン１００は右側のキャビティ４４ｂにも設けても良いし、ピン１００の形状や配置される位置や数は、膜電極接合体６０の金型内で不安定な部位を支持できる範囲で任意である。

Ｄ２．変形例２：
上記実施例において、射出成形されたシールガスケット２４に形成されるシールラインＳＬは、図８において示したように、ガス流路となるマニホールド孔１６ａ、１６ｂ、１６ｅ、１６ｆを２重にシールする構成でなくとも良く、図１１に二条線で示すシールラインＳＬ１、ＳＬ２を形成するものとしても良い。第１のシールラインＳＬ１は個々のマニホールド孔１６ａ〜１６ｆを取り囲むように形成されており、第２のシールラインＳＬ２は、電極触媒層２６のみを取り囲むように形成されている。図１１の例では、２つのシールラインＳＬ１、ＳＬ２に共有部分が存在するが、共有部分のない別々のシールラインとして構成することも可能である。これらの例からも理解できるように、通常は、シールガスケットは、個々のマニホールド孔の周囲をシールするための個別のシールラインと、少なくとも電極触媒層を含む領域をシールするためのガス用シールラインとを有するように構成される。但し、シールガスケットとしては、マニホールド孔のシールラインのみを有するものも採用可能である。

燃料電池の概略構成を示す説明図。シール一体型膜電極接合体の断面図。膜電極接合体の製造工程を示す説明図。比較例における膜電極接合体の射出成形の説明図。比較例におけるシール一体型膜電極接合体を示す説明図。実施例における膜電極接合体の説明図。実施例における膜電極接合体の射出成形の説明図。実施例におけるシール一体型膜電極接合体を示す説明図。実施例におけるマニホールド孔にかかる圧力を説明する模式図。変形例１における膜電極接合体の射出成形の説明図。変形例２におけるシール一体型膜電極接合体の説明図。

符号の説明

１０…燃料電池
１１…単セル
１２…シール一体型膜電極接合体
１４…セパレータ
１４ａ…カソードプレート
１４ｂ…中間プレート
１４ｃ…アノードプレート
１６ａ〜１６ｆ…マニホールド孔
２０…電解質膜
２２…補強フィルム
２４…シールガスケット
２６…電極触媒層
２６ａ…アノード電極触媒層
２６ｃ…カソード電極触媒層
２８…ガス拡散層
３０…膜電極接合体（比較例）
４０ａ…金型の上型
４０ｂ…金型の下型
４２…供給口
４３…供給路
４４ａ、４４ｂ…キャビティ
５０…シール一体型膜電極接合体（比較例；切断工程前）
５２…シール一体型膜電極接合体（比較例；完成品）
６０…膜電極接合体（実施例）
６２ａ…第１のシール部材流入孔
６２ｂ…第２のシール部材流入孔
７０…保護フィルム
８０…シール一体型膜電極接合体（実施例；切断工程前）
８２…シール一体型膜電極接合体（実施例；完成品）
９０…セパレータ
１００…ピン
１１０…シール一体型膜電極接合体（変形例２）
ＳＬ…シールライン
ＳＬ１…第１のシールライン（変形例２）
ＳＬ２…第２のシールライン（変形例２）

Claims

燃料電池に使用されるシール一体型膜電極接合体の製造方法であって、
（ａ）膜電極接合体を貫通するマニホールド孔とシール部材流入孔とが形成された膜電極接合体を準備する工程と、
（ｂ）前記膜電極接合体を金型内に配置する工程と、
（ｃ）前記金型内にシール部材を流入することによって、前記マニホールド孔の周囲にシールラインを有するシールガスケットを射出成形する工程と、
を備え、
前記膜電極接合体は、前記マニホールド孔の内縁部分と、前記シール部材流入孔とが、前記金型の同一のキャビティ内に位置するように形成されている、
製造方法。
請求項１記載の製造方法であって、
前記マニホールド孔と、前記シール部材流入孔とが、膜電極接合体の外縁部に形成され、
前記膜電極接合体の外縁部に補強部材が設けられており、
前記工程（ｃ）において、前記膜電極接合体と前記補強部材との端面が、前記シール部材によって被覆される、
製造方法。
請求項１または請求項２に記載の製造方法であって、
前記工程（ｃ）において、前記マニホールド孔の形成部位から、前記シール部材が金型内に供給される、
製造方法。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の製造方法であって、
前記シール部材流入孔のうち少なくとも１つは、前記マニホールド孔と前記膜電極接合体の外周縁との間に位置するように形成されており、
前記方法は、さらに、
前記膜電極接合体の外周縁を、前記外周縁に位置するシール部材流入孔の存在する部位で切断する工程を備える、
製造方法。
燃料電池に使用されるシール一体型膜電極接合体であって、
電解質膜と、
前記電解質膜を両側から挟む一対の電極層とを含む膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を貫通するマニホールド孔と、
前記マニホールド孔の周囲にシールラインが設けられたシールガスケットと、
を備えており、
前記シール一体型膜電極接合体は、前記膜電極接合体の外周縁の一部分のみが前記シールガスケットのシール部材によって被覆されているとともに、前記膜電極接合体の外周縁の他の部分が前記シール部材によって被覆されずに前記膜電極接合体の端面が露出した構成を有することを特徴とするシール一体型膜電極接合体。