JP7302544B2 - 燃料電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本開示は、燃料電池の製造方法に関する。
燃料電池（ＦＣ）は、複数の単セル（以下、セルと記載する場合がある）を積層した燃料電池スタック（以下、単にスタックと記載する場合がある）に、燃料ガスとしての水素（Ｈ２）と酸化剤ガスとしての酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって電気エネルギーを取り出す発電装置である。なお、以下では、燃料ガスや酸化剤ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。また、単セル、及び、単セルを積層した燃料電池スタックのいずれも、燃料電池と呼ぶ場合がある。
この燃料電池の単セルは、通常、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータにより構成される。
膜電極接合体は、プロトン（Ｈ＋）伝導性を有する固体高分子型電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、触媒層が形成された構造を有している。また、膜電極接合体は、通常さらに各触媒層の電解質膜が形成された面とは反対側の面にガス拡散層が形成された構造を有している。そのため、膜電極接合体は、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）と称される場合がある。
セパレータは、通常、ガス拡散層に接する面に反応ガスの流路としての溝が形成された構造を有している。なお、このセパレータは発電した電気の集電体としても機能する。
燃料電池の燃料極（アノード）では、ガス流路及びガス拡散層から供給される水素が触媒層の触媒作用によりプロトン化し、電解質膜を通過して酸化剤極（カソード）へと移動する。同時に生成した電子は、外部回路を通って仕事をし、カソードへと移動する。カソードに供給される酸素は、カソード上でプロトンおよび電子と反応し、水を生成する。
生成した水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水はガス拡散層を透過して、系外へと排出される。
この燃料電池の単セルは、通常、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータにより構成される。
膜電極接合体は、プロトン（Ｈ＋）伝導性を有する固体高分子型電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、触媒層が形成された構造を有している。また、膜電極接合体は、通常さらに各触媒層の電解質膜が形成された面とは反対側の面にガス拡散層が形成された構造を有している。そのため、膜電極接合体は、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）と称される場合がある。
セパレータは、通常、ガス拡散層に接する面に反応ガスの流路としての溝が形成された構造を有している。なお、このセパレータは発電した電気の集電体としても機能する。
燃料電池の燃料極（アノード）では、ガス流路及びガス拡散層から供給される水素が触媒層の触媒作用によりプロトン化し、電解質膜を通過して酸化剤極（カソード）へと移動する。同時に生成した電子は、外部回路を通って仕事をし、カソードへと移動する。カソードに供給される酸素は、カソード上でプロトンおよび電子と反応し、水を生成する。
生成した水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水はガス拡散層を透過して、系外へと排出される。
燃料電池車両（以下車両と記載する場合がある）に車載されて用いられる燃料電池に関して種々の研究がなされている。
例えば特許文献１では、支持フレームとガス拡散層との間に位置する接着剤層が熱硬化する際に、膜電極接合体が破断するのを抑制することができる燃料電池が開示されている。
例えば特許文献１では、支持フレームとガス拡散層との間に位置する接着剤層が熱硬化する際に、膜電極接合体が破断するのを抑制することができる燃料電池が開示されている。
上記特許文献１に記載の技術では、接着剤を塗布するときに、塗布漏れによる接着剤層の欠損部、及び、接着剤の塗布量のばらつきによる接着剤層の薄膜部等が接着剤層に発生し、欠損部、及び、薄膜部等に応力集中することで、電解質膜の膜裂けが発生する虞がある。そこで、熱可塑性シートにて樹脂フレーム（支持フレーム）及びガス拡散層と膜電極接合体とを接合する方法が考案されている。しかし、熱可塑性シートを用いた従来の接合工程では、樹脂フレームと熱可塑性シートとを接合した後、膜電極接合体とガス拡散層とを熱可塑性シートに配置して接合するため、樹脂フレームとガス拡散層との隙間を加工しにくく、熱可塑性シートに浮き部が発生しやすいという問題がある。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、熱可塑性シートの浮き部の発生を抑制することができる燃料電池の製造方法を提供することを主目的とする。
本開示においては、膜電極接合体と、当該膜電極接合体の一方の面上に接合されたガス拡散層と、平面視したときに当該ガス拡散層の外周から離間して当該ガス拡散層の外周を囲むように当該膜電極接合体の一方の面上に接合された樹脂フレームと、当該ガス拡散層と当該膜電極接合体との積層方向の間、及び、当該樹脂フレームと当該膜電極接合体との積層方向の間に配置され、且つ、平面視したときに当該樹脂フレームの内周と当該ガス拡散層の外周との間の隙間を埋めるように配置された熱可塑性シートと、を備える燃料電池の製造方法であって、前記膜電極接合体の一方の面上の周縁部に前記熱可塑性シートを配置して接合する第１接合工程と、前記第１接合工程後、前記熱可塑性シートの前記膜電極接合体が接合された面とは反対側の面上に、前記燃料電池を平面視したときに当該膜電極接合体の外周よりも内側となるように前記ガス拡散層を配置し、且つ、当該ガス拡散層の外周から離間して当該ガス拡散層の外周を囲むように樹脂フレームを配置する工程と、前記配置工程後、前記熱可塑性シートを介して前記膜電極接合体と前記樹脂フレームを接合し、且つ、当該熱可塑性シートを介して当該膜電極接合体と前記ガス拡散層とを接合する第２接合工程と、を含み、前記膜電極接合体は、電解質膜と、当該電解質膜の両面に配置される２つの電極触媒層と、を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法を提供する。
本開示の燃料電池の製造方法において、前記第１接合工程は、熱プレス、超音波、及び、レーザーからなる群より選ばれる少なくとも一種の接合手段によって前記膜電極接合体と前記熱可塑性シートを接合してもよい。
本開示によれば、樹脂フレームと熱可塑性シートとを接合するよりも先に、熱可塑性シートと膜電極接合体とを接合させることにより、樹脂フレームとガス拡散層との隙間部分を加工しやすくなり、熱可塑性シートの浮き部の発生を抑制することができる。
本開示においては、膜電極接合体と、当該膜電極接合体の一方の面上に接合されたガス拡散層と、平面視したときに当該ガス拡散層の外周から離間して当該ガス拡散層の外周を囲むように当該膜電極接合体の一方の面上に接合された樹脂フレームと、当該ガス拡散層と当該膜電極接合体との積層方向の間、及び、当該樹脂フレームと当該膜電極接合体との積層方向の間に配置され、且つ、平面視したときに当該樹脂フレームの内周と当該ガス拡散層の外周との間の隙間を埋めるように配置された熱可塑性シートと、を備える燃料電池の製造方法であって、前記膜電極接合体の一方の面上の周縁部に前記熱可塑性シートを配置して接合する第１接合工程と、前記第１接合工程後、前記熱可塑性シートの前記膜電極接合体が接合された面とは反対側の面上に、前記燃料電池を平面視したときに当該膜電極接合体の外周よりも内側となるように前記ガス拡散層を配置し、且つ、当該ガス拡散層の外周から離間して当該ガス拡散層の外周を囲むように樹脂フレームを配置する工程と、前記配置工程後、前記熱可塑性シートを介して前記膜電極接合体と前記樹脂フレームを接合し、且つ、当該熱可塑性シートを介して当該膜電極接合体と前記ガス拡散層とを接合する第２接合工程と、を含み、前記膜電極接合体は、電解質膜と、当該電解質膜の両面に配置される２つの電極触媒層と、を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法を提供する。
本開示において膜電極接合体（ＭＥＡ）は、電解質膜の両面に、電極触媒層が形成された構造を有するものを意味する。
また、本開示において膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）は、膜電極接合体の少なくとも一方の面に、ガス拡散層が形成された構造を有するものを意味する。
また、本開示において膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）は、膜電極接合体の少なくとも一方の面に、ガス拡散層が形成された構造を有するものを意味する。
図１は、従来の燃料電池の製造方法の一例を示す図である。図１に示す熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体２００、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体３００、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体４００は、それぞれの積層断面の模式図の一例である。
図１に示すような従来の燃料電池の製造方法では、まず枠状の熱可塑性シート１０の外周縁部１１と樹脂フレーム４０の内周縁部４１が重なるように熱可塑性シート１０の一方の面上に樹脂フレーム４０を配置し、これらをレーザーＬ等で接合し、熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体２００とする。
そして、熱可塑性シート１０の樹脂フレーム４０を接合した面とは反対側の面に膜電極接合体２０を熱可塑性シート１０が膜電極接合体２０の周縁部２１と重なるように配置し、且つ、熱可塑性シート１０の樹脂フレーム４０を接合した面に樹脂フレーム４０との間に隙間７０を設けてガス拡散層３０を熱可塑性シート１０の内周縁部１２がガス拡散層３０の外周縁部３１と重なるように配置してＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体３００とする。
その後、膜電極接合体２０とガス拡散層３０を、熱可塑性シート１０を介してレーザーＬ等で接合しＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体４００とする。図１に示す製造方法であると、樹脂フレーム４０とガス拡散層３０と間の隙間７０の領域において熱可塑性シート１０の浮き部５０が発生しやすい。
なお、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体４００はそのまま従来の燃料電池としてもよく、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体４００を２枚のセパレータで挟持して従来の燃料電池としてもよい。
図２は、従来の製造方法で得られた燃料電池の一例を示す部分断面図である。
図２に示すように、膜電極接合体２０の熱可塑性シート１０を介した面上の樹脂フレーム４０とガス拡散層３０と間の隙間７０の領域において熱可塑性シート１０の浮き部５０が発生している。
図１に示すような従来の燃料電池の製造方法では、まず枠状の熱可塑性シート１０の外周縁部１１と樹脂フレーム４０の内周縁部４１が重なるように熱可塑性シート１０の一方の面上に樹脂フレーム４０を配置し、これらをレーザーＬ等で接合し、熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体２００とする。
そして、熱可塑性シート１０の樹脂フレーム４０を接合した面とは反対側の面に膜電極接合体２０を熱可塑性シート１０が膜電極接合体２０の周縁部２１と重なるように配置し、且つ、熱可塑性シート１０の樹脂フレーム４０を接合した面に樹脂フレーム４０との間に隙間７０を設けてガス拡散層３０を熱可塑性シート１０の内周縁部１２がガス拡散層３０の外周縁部３１と重なるように配置してＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体３００とする。
その後、膜電極接合体２０とガス拡散層３０を、熱可塑性シート１０を介してレーザーＬ等で接合しＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体４００とする。図１に示す製造方法であると、樹脂フレーム４０とガス拡散層３０と間の隙間７０の領域において熱可塑性シート１０の浮き部５０が発生しやすい。
なお、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体４００はそのまま従来の燃料電池としてもよく、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体４００を２枚のセパレータで挟持して従来の燃料電池としてもよい。
図２は、従来の製造方法で得られた燃料電池の一例を示す部分断面図である。
図２に示すように、膜電極接合体２０の熱可塑性シート１０を介した面上の樹脂フレーム４０とガス拡散層３０と間の隙間７０の領域において熱可塑性シート１０の浮き部５０が発生している。
図１に示すような、熱可塑性シートを用いた従来の燃料電池の製造工程では、樹脂フレームと熱可塑性シートとを接合した後、膜電極接合体とガス拡散層とを熱可塑性シートに配置して接合する。
しかし、樹脂フレームとガス拡散層が障壁となり、樹脂フレームとガス拡散層との隙間を加工しにくく、熱可塑性シートに図２に示すような浮き部が発生しやすいという問題がある。
その結果、膜電極接合体を保護することができず、燃料電池の発電時に膜電極接合体に応力が集中して電解質膜の膜裂け等が発生することで燃料電池の耐久性が低下するという問題がある。膜電極接合体に応力が集中する場合とは、例えば、燃料電池が温度変化して、樹脂フレームが伸縮する場合、燃料電池の発電時等に電解質膜が膨潤と乾燥とを繰り返す場合、及び、電解質膜の内部あるいは外部の液水が凍結する場合等が挙げられる。
しかし、樹脂フレームとガス拡散層が障壁となり、樹脂フレームとガス拡散層との隙間を加工しにくく、熱可塑性シートに図２に示すような浮き部が発生しやすいという問題がある。
その結果、膜電極接合体を保護することができず、燃料電池の発電時に膜電極接合体に応力が集中して電解質膜の膜裂け等が発生することで燃料電池の耐久性が低下するという問題がある。膜電極接合体に応力が集中する場合とは、例えば、燃料電池が温度変化して、樹脂フレームが伸縮する場合、燃料電池の発電時等に電解質膜が膨潤と乾燥とを繰り返す場合、及び、電解質膜の内部あるいは外部の液水が凍結する場合等が挙げられる。
図３は、本開示の燃料電池の製造方法の一例を示す図である。図３に示すＭＥＡ－熱可塑性シート接合体５００、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体６００、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体７００は、それぞれの積層断面の模式図の一例である。
図３に示すように本開示の燃料電池の製造方法では、まず枠状の熱可塑性シート１０の一方の面上に膜電極接合体２０を熱可塑性シート１０が膜電極接合体２０の周縁部２１と重なるように配置し熱可塑性シート１０と膜電極接合体２０をレーザーＬ等で接合し、ＭＥＡ－熱可塑性シート接合体５００とする（第１接合工程）。
そして、熱可塑性シート１０の膜電極接合体２０を接合した面とは反対側の面にガス拡散層３０を熱可塑性シート１０の内周縁部１２がガス拡散層３０の外周縁部３１と重なるように配置し、且つ、ガス拡散層３０との間に隙間７０を設けて樹脂フレーム４０を熱可塑性シート１０の外周縁部１１と樹脂フレーム４０の内周縁部４１が重なるように配置し、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体６００とする（配置工程）。なお、これにより、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体の積層断面において示されるように、熱可塑性シート１０の内周縁部１２とガス拡散層３０の外周縁部３１とが積層方向において重なりあう熱可塑性シート１０とガス拡散層３０の積層方向の重複領域９０が形成される。また、熱可塑性シート１０の面上のガス拡散層３０が熱可塑性シート１０とは積層方向において重なり合わない熱可塑性シート１０とガス拡散層３０の積層方向の非重複領域１００が形成される。さらに、膜電極接合体２０の周縁部２１の一部と熱可塑性シート１０の外周縁部１１と樹脂フレーム４０の内周縁部４１とが積層方向において重なりあう熱可塑性シート１０と膜電極接合体２０と樹脂フレーム４０の積層方向の重複領域１１０が形成される。
その後、膜電極接合体２０とガス拡散層３０を、熱可塑性シート１０を介してレーザーＬ等で接合し、且つ、膜電極接合体２０と樹脂フレーム４０を、熱可塑性シート１０を介してレーザーＬ等で接合し、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体７００とする（第２接合工程）。図３に示す製造方法であれば、熱可塑性シート１０と膜電極接合体２０が積層方向において密着する密着部６０を有する。
なお、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体７００はそのまま本開示の燃料電池としてもよく、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体７００を２枚のセパレータで挟持して本開示の燃料電池としてもよい。
図４は、本開示の製造方法で得られた燃料電池の一例を示す部分断面図である。
図４に示すように、膜電極接合体２０の熱可塑性シート１０を介した面上の樹脂フレーム４０とガス拡散層３０と間の隙間７０の領域において、熱可塑性シート１０と膜電極接合体２０が積層方向において密着する密着部６０を有している。
図３に示すように本開示の燃料電池の製造方法では、まず枠状の熱可塑性シート１０の一方の面上に膜電極接合体２０を熱可塑性シート１０が膜電極接合体２０の周縁部２１と重なるように配置し熱可塑性シート１０と膜電極接合体２０をレーザーＬ等で接合し、ＭＥＡ－熱可塑性シート接合体５００とする（第１接合工程）。
そして、熱可塑性シート１０の膜電極接合体２０を接合した面とは反対側の面にガス拡散層３０を熱可塑性シート１０の内周縁部１２がガス拡散層３０の外周縁部３１と重なるように配置し、且つ、ガス拡散層３０との間に隙間７０を設けて樹脂フレーム４０を熱可塑性シート１０の外周縁部１１と樹脂フレーム４０の内周縁部４１が重なるように配置し、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体６００とする（配置工程）。なお、これにより、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体の積層断面において示されるように、熱可塑性シート１０の内周縁部１２とガス拡散層３０の外周縁部３１とが積層方向において重なりあう熱可塑性シート１０とガス拡散層３０の積層方向の重複領域９０が形成される。また、熱可塑性シート１０の面上のガス拡散層３０が熱可塑性シート１０とは積層方向において重なり合わない熱可塑性シート１０とガス拡散層３０の積層方向の非重複領域１００が形成される。さらに、膜電極接合体２０の周縁部２１の一部と熱可塑性シート１０の外周縁部１１と樹脂フレーム４０の内周縁部４１とが積層方向において重なりあう熱可塑性シート１０と膜電極接合体２０と樹脂フレーム４０の積層方向の重複領域１１０が形成される。
その後、膜電極接合体２０とガス拡散層３０を、熱可塑性シート１０を介してレーザーＬ等で接合し、且つ、膜電極接合体２０と樹脂フレーム４０を、熱可塑性シート１０を介してレーザーＬ等で接合し、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体７００とする（第２接合工程）。図３に示す製造方法であれば、熱可塑性シート１０と膜電極接合体２０が積層方向において密着する密着部６０を有する。
なお、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体７００はそのまま本開示の燃料電池としてもよく、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体７００を２枚のセパレータで挟持して本開示の燃料電池としてもよい。
図４は、本開示の製造方法で得られた燃料電池の一例を示す部分断面図である。
図４に示すように、膜電極接合体２０の熱可塑性シート１０を介した面上の樹脂フレーム４０とガス拡散層３０と間の隙間７０の領域において、熱可塑性シート１０と膜電極接合体２０が積層方向において密着する密着部６０を有している。
本開示によれば、樹脂フレームと熱可塑性シートとを接合するよりも先に、熱可塑性シートと膜電極接合体とを接合させることにより、樹脂フレームとガス拡散層との隙間部分を加工しやすくなり、熱可塑性シートの浮き部の発生を抑制することができる。
その結果、膜電極接合体の樹脂フレームとガス拡散層との隙間部分を含む全体を保護することができ、燃料電池の発電時に膜電極接合体に応力が集中することを抑制し、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
また、膜電極接合体の面上の樹脂フレームとガス拡散層との隙間部分は、膜電極接合体の樹脂フレーム又はガス拡散層で保護されて形状変化が抑えられる部分とは異なり、より応力集中しやすいが、このような隙間部分における熱可塑性シートの浮き部の発生を抑制することで、燃料電池全体の耐久性をより向上させることができる。
その結果、膜電極接合体の樹脂フレームとガス拡散層との隙間部分を含む全体を保護することができ、燃料電池の発電時に膜電極接合体に応力が集中することを抑制し、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
また、膜電極接合体の面上の樹脂フレームとガス拡散層との隙間部分は、膜電極接合体の樹脂フレーム又はガス拡散層で保護されて形状変化が抑えられる部分とは異なり、より応力集中しやすいが、このような隙間部分における熱可塑性シートの浮き部の発生を抑制することで、燃料電池全体の耐久性をより向上させることができる。
本開示の燃料電池の製造方法は、少なくとも（１）第１接合工程と、（２）配置工程と、（３）第２接合工程と、を含む。
（１）第１接合工程
第１接合工程は、前記膜電極接合体の一方の面上の周縁部に前記熱可塑性シートを配置して接合する工程である。第１接合工程によりＭＥＡ－熱可塑性シート接合体が得られる。
なお、本開示において膜電極接合体の面上とは、少なくとも積層方向において膜電極接合体と重なる領域を含み、さらに積層方向において膜電極接合体と重ならない領域を含んでいてもよい。
第１接合工程においては、熱プレス、超音波、及び、レーザーからなる群より選ばれる少なくとも一種の接合手段によって前記膜電極接合体と前記熱可塑性シートを接合してもよい。
熱プレスは、金型を用いた熱プレスであってもよく、熱圧着ローラーを用いた熱プレスであってもよい。熱プレスの温度は、特に限定されず、用いる熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜設定してもよい。
超音波は、従来公知の超音波発生装置を用いてもよい。超音波の出力は、特に限定されず、用いる熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜設定してもよい。
レーザーは、従来公知のレーザー照射装置を用いてもよい。レーザーの出力は、特に限定されず、用いる熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜設定してもよい。
なお、第１接合工程で用いる膜電極接合体は、従来公知の方法で作製したものを用意してもよい。
熱可塑性シートは、膜電極接合体の一方の面上の周縁部に配置される。そのため、膜電極接合体は、熱可塑性シートとの積層方向において熱可塑性シートと重複する重複領域と、熱可塑性シートとの積層方向において熱可塑性シートと重複しない非重複領域を有する。
また、第１接合工程により配置された熱可塑性シートの形状は、熱可塑性シートを平面視したとき、中空の枠状等であってもよい。
第１接合工程は、前記膜電極接合体の一方の面上の周縁部に前記熱可塑性シートを配置して接合する工程である。第１接合工程によりＭＥＡ－熱可塑性シート接合体が得られる。
なお、本開示において膜電極接合体の面上とは、少なくとも積層方向において膜電極接合体と重なる領域を含み、さらに積層方向において膜電極接合体と重ならない領域を含んでいてもよい。
第１接合工程においては、熱プレス、超音波、及び、レーザーからなる群より選ばれる少なくとも一種の接合手段によって前記膜電極接合体と前記熱可塑性シートを接合してもよい。
熱プレスは、金型を用いた熱プレスであってもよく、熱圧着ローラーを用いた熱プレスであってもよい。熱プレスの温度は、特に限定されず、用いる熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜設定してもよい。
超音波は、従来公知の超音波発生装置を用いてもよい。超音波の出力は、特に限定されず、用いる熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜設定してもよい。
レーザーは、従来公知のレーザー照射装置を用いてもよい。レーザーの出力は、特に限定されず、用いる熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜設定してもよい。
なお、第１接合工程で用いる膜電極接合体は、従来公知の方法で作製したものを用意してもよい。
熱可塑性シートは、膜電極接合体の一方の面上の周縁部に配置される。そのため、膜電極接合体は、熱可塑性シートとの積層方向において熱可塑性シートと重複する重複領域と、熱可塑性シートとの積層方向において熱可塑性シートと重複しない非重複領域を有する。
また、第１接合工程により配置された熱可塑性シートの形状は、熱可塑性シートを平面視したとき、中空の枠状等であってもよい。
（２）配置工程
配置工程は、前記第１接合工程後、前記熱可塑性シートの前記膜電極接合体が接合された面とは反対側の面上に、前記燃料電池を平面視したときに当該膜電極接合体の外周よりも内側となるように前記ガス拡散層を配置し、且つ、当該ガス拡散層の外周から離間して当該ガス拡散層の外周を囲むように樹脂フレームを配置する工程である。配置工程により、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体が得られる。
なお、本開示において熱可塑性シートの面上とは、少なくとも積層方向において熱可塑性シートと重なる領域を含み、さらに積層方向において熱可塑性シートと重ならない領域を含んでいてもよい。
配置工程において、ガス拡散層を配置する位置は、熱可塑性シートの面上であって燃料電池を平面視したとき、膜電極接合体の外周よりも内側であれば、特に限定されない。
すなわち、ガス拡散層は、熱可塑性シートとの積層方向において熱可塑性シートと重なる重複領域と、熱可塑性シートとの積層方向において熱可塑性シートとは重ならず膜電極接合体と重なる非重複領域を有するように熱可塑性シートの面上に配置されていてもよい。
なお、配置工程において配置するガス拡散層の面積は、燃料電池を平面視したとき、膜電極接合体の面積よりも小さい。
樹脂フレームは、燃料電池を平面視したとき、ガス拡散層の外周から離間して当該ガス拡散層の外周を囲むように配置すればよい。すなわち、ガス拡散層は、燃料電池を平面視したとき、樹脂フレームの内周よりも内側の領域内に配置されていればよい。
また、樹脂フレームは、熱可塑性シートの面上であって燃料電池を平面視したとき、膜電極接合体の外周よりも外側に配置されていてもよい。すなわち、樹脂フレームは、熱可塑性シートとの積層方向において熱可塑性シートと重なる重複領域と、熱可塑性シートとの積層方向において熱可塑性シートとは重ならない非重複領域を有するように熱可塑性シートの面上に配置されていてもよい。
樹脂フレームの内周とガス拡散層の外周との間の隙間の幅は、特に限定されず、例えば、２００μｍ以上１ｍｍ未満であってもよい。
配置工程は、前記第１接合工程後、前記熱可塑性シートの前記膜電極接合体が接合された面とは反対側の面上に、前記燃料電池を平面視したときに当該膜電極接合体の外周よりも内側となるように前記ガス拡散層を配置し、且つ、当該ガス拡散層の外周から離間して当該ガス拡散層の外周を囲むように樹脂フレームを配置する工程である。配置工程により、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体が得られる。
なお、本開示において熱可塑性シートの面上とは、少なくとも積層方向において熱可塑性シートと重なる領域を含み、さらに積層方向において熱可塑性シートと重ならない領域を含んでいてもよい。
配置工程において、ガス拡散層を配置する位置は、熱可塑性シートの面上であって燃料電池を平面視したとき、膜電極接合体の外周よりも内側であれば、特に限定されない。
すなわち、ガス拡散層は、熱可塑性シートとの積層方向において熱可塑性シートと重なる重複領域と、熱可塑性シートとの積層方向において熱可塑性シートとは重ならず膜電極接合体と重なる非重複領域を有するように熱可塑性シートの面上に配置されていてもよい。
なお、配置工程において配置するガス拡散層の面積は、燃料電池を平面視したとき、膜電極接合体の面積よりも小さい。
樹脂フレームは、燃料電池を平面視したとき、ガス拡散層の外周から離間して当該ガス拡散層の外周を囲むように配置すればよい。すなわち、ガス拡散層は、燃料電池を平面視したとき、樹脂フレームの内周よりも内側の領域内に配置されていればよい。
また、樹脂フレームは、熱可塑性シートの面上であって燃料電池を平面視したとき、膜電極接合体の外周よりも外側に配置されていてもよい。すなわち、樹脂フレームは、熱可塑性シートとの積層方向において熱可塑性シートと重なる重複領域と、熱可塑性シートとの積層方向において熱可塑性シートとは重ならない非重複領域を有するように熱可塑性シートの面上に配置されていてもよい。
樹脂フレームの内周とガス拡散層の外周との間の隙間の幅は、特に限定されず、例えば、２００μｍ以上１ｍｍ未満であってもよい。
（３）第２接合工程
第２接合工程は、前記配置工程後、前記熱可塑性シートを介して前記膜電極接合体と前記樹脂フレームを接合し、且つ、当該熱可塑性シートを介して当該膜電極接合体と前記ガス拡散層とを接合する工程である。第２接合工程により、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体が得られる。
第２接合工程における、熱可塑性シートを介した膜電極接合体と樹脂フレームとの接合手段、及び、熱可塑性シートを介した膜電極接合体とガス拡散層との接合手段は、特に限定されず、第１接合工程において例示した接合手段を採用してもよい。
第２接合工程は、前記配置工程後、前記熱可塑性シートを介して前記膜電極接合体と前記樹脂フレームを接合し、且つ、当該熱可塑性シートを介して当該膜電極接合体と前記ガス拡散層とを接合する工程である。第２接合工程により、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体が得られる。
第２接合工程における、熱可塑性シートを介した膜電極接合体と樹脂フレームとの接合手段、及び、熱可塑性シートを介した膜電極接合体とガス拡散層との接合手段は、特に限定されず、第１接合工程において例示した接合手段を採用してもよい。
第２接合工程後は、得られたＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体はそのまま本開示の燃料電池としてもよく、ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体に必要に応じて、樹脂フレームを介して２枚のセパレータで挟持して本開示の燃料電池としてもよい。
本開示の製造方法により得られる燃料電池は、膜電極接合体と、当該膜電極接合体の一方の面上に接合されたガス拡散層と、燃料電池を平面視したときに当該ガス拡散層の外周から離間して当該ガス拡散層の外周を囲むように当該膜電極接合体の一方の面上に接合された樹脂フレームと、当該ガス拡散層と当該膜電極接合体との積層方向の間、及び、当該樹脂フレームと当該膜電極接合体との積層方向の間に配置され、且つ、燃料電池を平面視したときに当該樹脂フレームの内周と当該ガス拡散層の外周との間の隙間を埋めるように配置された熱可塑性シートと、を備える。また、本開示の製造方法により得られる燃料電池は、必要に応じ、樹脂フレームを介してＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体を挟持する２枚のセパレータ等を備える。
膜電極接合体は、電解質膜と、当該電解質膜の両面に配置される２つの電極触媒層と、を含む。
膜電極接合体は、熱可塑性シートと積層方向において重なり合う周縁部を有していてもよい。
電解質膜、および２つの電極触媒層は、互いにほぼ同寸であってもよく同寸でなくてもよく、各々の外周がほぼ一致するように積層されていてもよく、各々の外周が一致しないように積層されていてもよい。
２つの電極触媒層は、一方が酸化剤極触媒層であり、もう一方が燃料極触媒層である。
酸化剤極触媒層及び燃料極触媒層は、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有するカーボン粒子等を備えていてもよい。
触媒金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）、及び、Ｐｔと他の金属とから成る合金（例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したＰｔ合金）等を用いることができる。
電解質としては、フッ素系樹脂等であってもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、ナフィオン溶液等を用いてもよい。
上記触媒金属はカーボン粒子上に担持されており、各触媒層では、触媒金属を担持したカーボン粒子（触媒粒子）と電解質とが混在していてもよい。
触媒金属を担持するためのカーボン粒子（担持用カーボン粒子）は、例えば、一般に市販されているカーボン粒子（カーボン粉末）を加熱処理することにより自身の撥水性が高められた撥水化カーボン粒子等を用いてもよい。
膜電極接合体は、熱可塑性シートと積層方向において重なり合う周縁部を有していてもよい。
電解質膜、および２つの電極触媒層は、互いにほぼ同寸であってもよく同寸でなくてもよく、各々の外周がほぼ一致するように積層されていてもよく、各々の外周が一致しないように積層されていてもよい。
２つの電極触媒層は、一方が酸化剤極触媒層であり、もう一方が燃料極触媒層である。
酸化剤極触媒層及び燃料極触媒層は、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有するカーボン粒子等を備えていてもよい。
触媒金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）、及び、Ｐｔと他の金属とから成る合金（例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したＰｔ合金）等を用いることができる。
電解質としては、フッ素系樹脂等であってもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、ナフィオン溶液等を用いてもよい。
上記触媒金属はカーボン粒子上に担持されており、各触媒層では、触媒金属を担持したカーボン粒子（触媒粒子）と電解質とが混在していてもよい。
触媒金属を担持するためのカーボン粒子（担持用カーボン粒子）は、例えば、一般に市販されているカーボン粒子（カーボン粉末）を加熱処理することにより自身の撥水性が高められた撥水化カーボン粒子等を用いてもよい。
電解質膜は、固体高分子電解質膜であってもよい。固体高分子電解質膜としては、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜等のフッ素系電解質膜、及び、炭化水素系電解質膜等が挙げられる。電解質膜としては、例えば、ナフィオン膜（デュポン社製）等であってもよい。
ガス拡散層は、膜電極接合体の一方の面上に第１ガス拡散層として接合される。ガス拡散層は、膜電極接合体の一方の面上に第１ガス拡散層として接合されていれば、膜電極接合体のもう一方の面上にも第２ガス拡散層として接合されていてもよい。
膜電極接合体の一方の面上に接合されるガス拡散層（第１ガス拡散層）は、膜電極接合体よりも縦横とも狭小とされ、ガス拡散層の外周全体が、膜電極接合体の外周から離間して内側に配置されている。
膜電極接合体の一方の面上に接合されるガス拡散層（第１ガス拡散層）は、熱可塑性シートの内周縁部と積層方向において重なり合う外周縁部を有していてもよい。
一方、膜電極接合体のもう一方の面上に接合されるガス拡散層（第２ガス拡散層）は、膜電極接合体とほぼ同寸であってもよく、各々の外周がほぼ一致するように積層されていてもよい。
すなわち、膜電極接合体の一方の面上に接合されるガス拡散層（第１ガス拡散層）の面積は、燃料電池を平面視したとき、膜電極接合体の面積よりも小さい。一方、膜電極接合体のもう一方の面上に接合されるガス拡散層（第２ガス拡散層）の面積は、特に限定されず、膜電極接合体の面積よりも小さくてもよく、同じであってもよく、大きくてもよく、セパレータに収まる大きさであってもよい。
膜電極接合体の一方の面上に接合されるガス拡散層（第１ガス拡散層）は、カソード側ガス拡散層であってもよく、アノード側ガス拡散層であってもよい。また、膜電極接合体の一方の面上に接合されるガス拡散層（第１ガス拡散層）がカソード側ガス拡散層である場合は、膜電極接合体のもう一方の面上に接合されるガス拡散層（第２ガス拡散層）は、アノード側ガス拡散層である。一方、膜電極接合体の一方の面上に接合されるガス拡散層（第１ガス拡散層）がアノード側ガス拡散層である場合は、膜電極接合体のもう一方の面上に接合されるガス拡散層（第２ガス拡散層）は、カソード側ガス拡散層である。
ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。
膜電極接合体の一方の面上に接合されるガス拡散層（第１ガス拡散層）は、膜電極接合体よりも縦横とも狭小とされ、ガス拡散層の外周全体が、膜電極接合体の外周から離間して内側に配置されている。
膜電極接合体の一方の面上に接合されるガス拡散層（第１ガス拡散層）は、熱可塑性シートの内周縁部と積層方向において重なり合う外周縁部を有していてもよい。
一方、膜電極接合体のもう一方の面上に接合されるガス拡散層（第２ガス拡散層）は、膜電極接合体とほぼ同寸であってもよく、各々の外周がほぼ一致するように積層されていてもよい。
すなわち、膜電極接合体の一方の面上に接合されるガス拡散層（第１ガス拡散層）の面積は、燃料電池を平面視したとき、膜電極接合体の面積よりも小さい。一方、膜電極接合体のもう一方の面上に接合されるガス拡散層（第２ガス拡散層）の面積は、特に限定されず、膜電極接合体の面積よりも小さくてもよく、同じであってもよく、大きくてもよく、セパレータに収まる大きさであってもよい。
膜電極接合体の一方の面上に接合されるガス拡散層（第１ガス拡散層）は、カソード側ガス拡散層であってもよく、アノード側ガス拡散層であってもよい。また、膜電極接合体の一方の面上に接合されるガス拡散層（第１ガス拡散層）がカソード側ガス拡散層である場合は、膜電極接合体のもう一方の面上に接合されるガス拡散層（第２ガス拡散層）は、アノード側ガス拡散層である。一方、膜電極接合体の一方の面上に接合されるガス拡散層（第１ガス拡散層）がアノード側ガス拡散層である場合は、膜電極接合体のもう一方の面上に接合されるガス拡散層（第２ガス拡散層）は、カソード側ガス拡散層である。
ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。
樹脂フレームは、燃料電池を平面視したとき、ガス拡散層の外周から離間して当該ガス拡散層の外周を囲むように膜電極接合体の一方の面上に接合される。
樹脂フレームは、燃料電池を平面視したとき、膜電極接合体の周囲（外周）に配置される枠状の樹脂部材である。
樹脂フレームは、その中央に開口部を有し、開口部は、ＭＥＧＡの保持領域、すなわちＭＥＡの保持領域である。
また、樹脂フレームは、クロスリーク、及び、膜電極接合体の触媒層同士の電気的短絡等を防ぐための樹脂部材である。
樹脂フレームは、熱可塑性シートの外周縁部と積層方向において重なり合う内周縁部を有していてもよい。
樹脂フレームは、膜電極接合体とはその平面からオフセットした位置で膜電極接合体と平行に延びていてもよい。
樹脂フレームは、燃料電池が備えていてもよい２枚のセパレータ（アノード側セパレータ及びカソード側セパレータ）の積層方向の間に配置されていてもよい。
樹脂フレームは、セパレータの各反応ガス供給孔、各反応ガス排出孔、冷媒供給孔及び冷媒排出孔と連通するように位置合わせされて配置された、反応ガス供給孔、反応ガス排出孔、冷媒供給孔及び冷媒排出孔を有していてもよい。
樹脂フレームは、枠状の樹脂製のコア層と、コア層の両面に設けられた枠状の二つの接着層、即ち、第１接着層と第２接着層とを含んでいてもよい。
第１接着層及び第２接着層は、コア層と同様に、コア層の両面に枠状に設けられていてもよい。
樹脂フレームは、燃料電池を平面視したとき、膜電極接合体の周囲（外周）に配置される枠状の樹脂部材である。
樹脂フレームは、その中央に開口部を有し、開口部は、ＭＥＧＡの保持領域、すなわちＭＥＡの保持領域である。
また、樹脂フレームは、クロスリーク、及び、膜電極接合体の触媒層同士の電気的短絡等を防ぐための樹脂部材である。
樹脂フレームは、熱可塑性シートの外周縁部と積層方向において重なり合う内周縁部を有していてもよい。
樹脂フレームは、膜電極接合体とはその平面からオフセットした位置で膜電極接合体と平行に延びていてもよい。
樹脂フレームは、燃料電池が備えていてもよい２枚のセパレータ（アノード側セパレータ及びカソード側セパレータ）の積層方向の間に配置されていてもよい。
樹脂フレームは、セパレータの各反応ガス供給孔、各反応ガス排出孔、冷媒供給孔及び冷媒排出孔と連通するように位置合わせされて配置された、反応ガス供給孔、反応ガス排出孔、冷媒供給孔及び冷媒排出孔を有していてもよい。
樹脂フレームは、枠状の樹脂製のコア層と、コア層の両面に設けられた枠状の二つの接着層、即ち、第１接着層と第２接着層とを含んでいてもよい。
第１接着層及び第２接着層は、コア層と同様に、コア層の両面に枠状に設けられていてもよい。
コア層は、燃料電池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てもよい。具体的には、コア層の材料は、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。
第１接着層及び第２接着層は、コア層とアノード側セパレータ及びカソード側セパレータ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、コア層よりも粘度及び融点が低い性質を有していてもよい。具体的には、第１接着層及び第２接着層は、ポリエステル系及び変性オレフィン系等の熱可塑性樹脂であってもよく、変性エポキシ樹脂である熱硬化性樹脂であってもよい。第１接着層を構成する樹脂と第２接着層を構成する樹脂とは、同種の樹脂であってもよく、異なる種類の樹脂であってもよい。コア層の両面に接着層を設けることで、樹脂フレームと２つのセパレータとの間の加熱プレスによる接着が容易になる。
第１接着層及び第２接着層は、コア層とアノード側セパレータ及びカソード側セパレータ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、コア層よりも粘度及び融点が低い性質を有していてもよい。具体的には、第１接着層及び第２接着層は、ポリエステル系及び変性オレフィン系等の熱可塑性樹脂であってもよく、変性エポキシ樹脂である熱硬化性樹脂であってもよい。第１接着層を構成する樹脂と第２接着層を構成する樹脂とは、同種の樹脂であってもよく、異なる種類の樹脂であってもよい。コア層の両面に接着層を設けることで、樹脂フレームと２つのセパレータとの間の加熱プレスによる接着が容易になる。
樹脂フレームにおいて、第１接着層及び第２接着層は、それぞれアノード側セパレータ及びカソード側セパレータと接着する部分にのみに設けられていてもよい。コア層の一方の面に設けられた第１接着層は、カソード側セパレータと接着していてもよい。コア層の他方の面に設けられた第２接着層は、アノード側セパレータと接着していてもよい。そして、樹脂フレームは、一対のセパレータにより挟持されてもよい。
熱可塑性シートは、ガス拡散層と膜電極接合体との積層方向の間、及び、樹脂フレームと膜電極接合体との積層方向の間に配置され、且つ、燃料電池を平面視したときに樹脂フレームの内周とガス拡散層の外周との間の隙間を埋めるように配置される。
熱可塑性シートは、樹脂フレームの内周縁部と膜電極接合体の周縁部（周縁領域）との樹脂フレームと膜電極接合体の積層方向の間に配置され、両者を接合していてもよい。
熱可塑性シートは、樹脂フレーム及びガス拡散層との積層方向において、熱可塑性シートの外周縁部と樹脂フレームの内周縁部とが重なり、且つ、樹脂フレーム及びガス拡散層との積層方向において、熱可塑性シートの内周縁部とガス拡散層の外周縁部とが重なるように配置されていてもよい。
熱可塑性シートの外周縁部と樹脂フレームの内周縁部とが重なる面積、及び、熱可塑性シートの内周縁部とガス拡散層の外周縁部とが重なる面積は、特に限定されず、熱可塑性シートが上記隙間を埋めるように、燃料電池の製造時の位置合わせの精度に応じて定めればよい。
熱可塑性シートは、樹脂フレームの内周縁部と膜電極接合体の周縁部（周縁領域）との樹脂フレームと膜電極接合体の積層方向の間に配置され、両者を接合していてもよい。
熱可塑性シートは、樹脂フレーム及びガス拡散層との積層方向において、熱可塑性シートの外周縁部と樹脂フレームの内周縁部とが重なり、且つ、樹脂フレーム及びガス拡散層との積層方向において、熱可塑性シートの内周縁部とガス拡散層の外周縁部とが重なるように配置されていてもよい。
熱可塑性シートの外周縁部と樹脂フレームの内周縁部とが重なる面積、及び、熱可塑性シートの内周縁部とガス拡散層の外周縁部とが重なる面積は、特に限定されず、熱可塑性シートが上記隙間を埋めるように、燃料電池の製造時の位置合わせの精度に応じて定めればよい。
熱可塑性シートの形状は、例えば、枠状等であってもよい。
熱可塑性シートは、樹脂フレームの内周縁部と積層方向において重なり合う外周縁部を有していてもよい。
熱可塑性シートは、ガス拡散層の外周縁部と積層方向において重なり合う内周縁部を有していてもよい。
熱可塑性シートは、樹脂フレームの内周縁部と積層方向において重なり合う外周縁部を有していてもよい。
熱可塑性シートは、ガス拡散層の外周縁部と積層方向において重なり合う内周縁部を有していてもよい。
熱可塑性シートに用いられる熱可塑性樹脂は、特に限定されないが、例えば、融点が２００℃以下の熱可塑性樹脂であってもよく、接着性を付与された熱可塑性接着樹脂であってもよい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリイソブチレン（ＰＩＢ）等を挙げることができる。
熱可塑性シートの厚みは、ガス拡散層と樹脂フレームの隙間を補強する機能を確保する観点から、例えば、１μｍ以上であってもよく、１０μｍ以上であってもよく、３０μｍ以上であってもよい。また、熱可塑性シートの厚みは、熱可塑性シートを設けることにより積層方向の厚みが増加して生じる段差を抑える観点から、３００μｍ以下であってもよく、１００μｍ以下であってもよく、７０μｍ以下であってもよく、５０μｍ以下であってもよい。また、ＭＥＡを化学的に保護する観点から、熱可塑性シートは、実質的に細孔を有しない緻密なシートであってもよい。実質的に細孔を有しない緻密なシートとは、外部から侵入する化学物質の影響が許容範囲であれば、直径１０μｍ以下の細孔の存在を許容するものとする。
セパレータは、反応ガスを当該セパレータの面方向（水平方向）に流す反応ガス流路と、当該反応ガスを単セルの積層方向に流通させるための反応ガス供給孔及び反応ガス排出孔を有する。
反応ガスは、燃料ガスであってもよく、酸化剤ガスであってもよい。
反応ガス供給孔は、燃料ガス供給孔、及び、酸化剤ガス供給孔等が挙げられる。
反応ガス排出孔は、燃料ガス排出孔、及び、酸化剤ガス排出孔等が挙げられる。
セパレータは、冷媒を単セルの積層方向に流通させるための冷媒供給孔及び冷媒排出孔を有していてもよい。
セパレータは、ガス拡散層に接する面に反応ガス流路を有していてもよい。また、セパレータは、ガス拡散層に接する面とは反対側の面に燃料電池の温度を一定に保つための冷媒流路を有していてもよい。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
反応ガスは、燃料ガスであってもよく、酸化剤ガスであってもよい。
反応ガス供給孔は、燃料ガス供給孔、及び、酸化剤ガス供給孔等が挙げられる。
反応ガス排出孔は、燃料ガス排出孔、及び、酸化剤ガス排出孔等が挙げられる。
セパレータは、冷媒を単セルの積層方向に流通させるための冷媒供給孔及び冷媒排出孔を有していてもよい。
セパレータは、ガス拡散層に接する面に反応ガス流路を有していてもよい。また、セパレータは、ガス拡散層に接する面とは反対側の面に燃料電池の温度を一定に保つための冷媒流路を有していてもよい。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
１０ 熱可塑性シート
１１ 熱可塑性シートの外周縁部
１２ 熱可塑性シートの内周縁部
２０ 膜電極接合体
２１ 膜電極接合体の周縁部
３０ ガス拡散層
３１ ガス拡散層の外周縁部
４０ 樹脂フレーム
４１ 樹脂フレームの内周縁部
５０ 浮き部
６０ 密着部
７０ 隙間
９０ 熱可塑性シートとガス拡散層の積層方向の重複領域
１００ 熱可塑性シートとガス拡散層の積層方向の非重複領域
１１０ 熱可塑性シートと膜電極接合体と樹脂フレームの積層方向の重複領域
２００ 熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体
３００ ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体
４００ ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体
５００ ＭＥＡ－熱可塑性シート接合体
６００ ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体
７００ ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体
Ｌ レーザー
１１ 熱可塑性シートの外周縁部
１２ 熱可塑性シートの内周縁部
２０ 膜電極接合体
２１ 膜電極接合体の周縁部
３０ ガス拡散層
３１ ガス拡散層の外周縁部
４０ 樹脂フレーム
４１ 樹脂フレームの内周縁部
５０ 浮き部
６０ 密着部
７０ 隙間
９０ 熱可塑性シートとガス拡散層の積層方向の重複領域
１００ 熱可塑性シートとガス拡散層の積層方向の非重複領域
１１０ 熱可塑性シートと膜電極接合体と樹脂フレームの積層方向の重複領域
２００ 熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体
３００ ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体
４００ ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体
５００ ＭＥＡ－熱可塑性シート接合体
６００ ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム積層体
７００ ＭＥＧＡ－熱可塑性シート－樹脂フレーム接合体
Ｌ レーザー
Claims (2)
- 膜電極接合体と、当該膜電極接合体の一方の面上に接合されたガス拡散層と、平面視したときに当該ガス拡散層の外周から離間して当該ガス拡散層の外周を囲むように当該膜電極接合体の一方の面上に接合された樹脂フレームと、当該ガス拡散層と当該膜電極接合体との積層方向の間、及び、当該樹脂フレームと当該膜電極接合体との積層方向の間に配置され、且つ、平面視したときに当該樹脂フレームの内周と当該ガス拡散層の外周との間の隙間を埋めるように配置された熱可塑性シートと、を備える燃料電池の製造方法であって、
前記膜電極接合体の一方の面上の周縁部に前記熱可塑性シートを配置して接合する第１接合工程と、
前記第１接合工程後、前記熱可塑性シートの前記膜電極接合体が接合された面とは反対側の面上に、前記燃料電池を平面視したときに当該膜電極接合体の外周よりも内側となるように前記ガス拡散層を配置し、且つ、当該ガス拡散層の外周から離間して当該ガス拡散層の外周を囲むように樹脂フレームを配置する工程と、
前記配置工程後、前記熱可塑性シートを介して前記膜電極接合体と前記樹脂フレームを接合し、且つ、当該熱可塑性シートを介して当該膜電極接合体と前記ガス拡散層とを接合する第２接合工程と、を含み、
前記膜電極接合体は、電解質膜と、当該電解質膜の両面に配置される２つの電極触媒層と、を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。 - 前記第１接合工程は、熱プレス、超音波、及び、レーザーからなる群より選ばれる少なくとも一種の接合手段によって前記膜電極接合体と前記熱可塑性シートを接合する、請求項１に記載の燃料電池の製造方法。
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