本發(fā)明涉及燃料電池用帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體及其制造方法，所述燃料電池用帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體具備用平面尺寸不同的第一電極和第二電極夾著固體高分子電解質(zhì)膜的階梯MEA、和圍繞所述階梯MEA的外周的樹脂框構(gòu)件。

背景技術(shù)：

一般來說，固體高分子型燃料電池采用由高分子離子交換膜構(gòu)成的固體高分子電解質(zhì)膜。燃料電池具備電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體(MEA)，所述電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體(MEA)在固體高分子電解質(zhì)膜的一面配設(shè)有陽極電極，在所述固體高分子電解質(zhì)膜的另一面配設(shè)有陰極電極。陽極電極和陰極電極分別具有催化劑層(電極催化劑層)和氣體擴(kuò)散層(多孔質(zhì)碳)。

電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體被分隔件(雙極板)夾持，從而構(gòu)成發(fā)電單元(單位燃料電池)。通過層疊規(guī)定的數(shù)目的發(fā)電單元，從而例如作為車載用燃料電池組進(jìn)行使用。

在電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體中，存在構(gòu)成所謂的階梯MEA的情況，在所述階梯MEA中，一方的氣體擴(kuò)散層設(shè)定為比固體高分子電解質(zhì)膜小的平面尺寸，并且另一方的氣體擴(kuò)散層設(shè)定為與所述固體高分子電解質(zhì)膜相同的平面尺寸。此時(shí)，為了削減比較昂貴的固體高分子電解質(zhì)膜的使用量并且對薄膜狀且強(qiáng)度低的所述固體高分子電解質(zhì)膜進(jìn)行保護(hù)，采用在外周組裝有樹脂框構(gòu)件的帶樹脂框的MEA。

作為帶樹脂框的MEA，例如已知有在國際公開第2012/137609號公開的燃料電池用電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體及其制造方法。在該電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體中，圍繞固體高分子電解質(zhì)膜的外周設(shè)置有樹脂制框構(gòu)件，并且具有浸滲部，所述浸滲部將所述樹脂制框構(gòu)件與至少第一電極的外周緣部或所述第二電極的外周緣部中的任一方接合為一體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

可是，在將樹脂制框構(gòu)件熔融來設(shè)置浸滲部的情況下，會對所述樹脂制框構(gòu)件輸入高溫的熱。因此，在樹脂制框構(gòu)件容易產(chǎn)生由于熱造成的變形、熔融等，有可能在表面形成凹凸。此時(shí)，存在分隔件的密封構(gòu)件與樹脂制框構(gòu)件的外周緣部接觸的情況。因此，當(dāng)樹脂制框構(gòu)件的表面存在凹凸時(shí)，會在所述樹脂制框構(gòu)件與密封構(gòu)件的接觸面(密封面)產(chǎn)生間隙，存在反應(yīng)氣體、冷卻介質(zhì)發(fā)生泄漏的問題。

此外，特別是在通過浸滲部將平面尺寸大的氣體擴(kuò)散層的外周緣部和樹脂制框構(gòu)件接合為一體的情況下，所述樹脂制框構(gòu)件的配置MEA的部分成為所述浸滲部的接受側(cè)。因此，根據(jù)樹脂制框構(gòu)件的形狀，有可能在浸滲時(shí)不能對浸滲部均勻地施加荷重。因此，會在樹脂制框構(gòu)件產(chǎn)生破裂等損傷，或者產(chǎn)生不完全浸滲，存在得不到穩(wěn)定的接合品質(zhì)的情況。

本發(fā)明是為了解決這種問題而完成的，其目的在于，提供一種在設(shè)置樹脂熔融部時(shí)樹脂框構(gòu)件的外周表面不會受到熱的影響，從而能夠在所述樹脂框構(gòu)件上確保良好的密封面的燃料電池用帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體及其制造方法。本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種能夠以簡單的結(jié)構(gòu)可靠且容易地得到品質(zhì)穩(wěn)定的浸滲部的燃料電池用帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體。

本發(fā)明涉及的燃料電池用帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體具備階梯MEA和樹脂框構(gòu)件。在階梯MEA中，在固體高分子電解質(zhì)膜的一面設(shè)置有具有第一電極催化劑層和第一氣體擴(kuò)散層的第一電極，在所述固體高分子電解質(zhì)膜的另一面設(shè)置有具有第二電極催化劑層和第二氣體擴(kuò)散層的第二電極。第一電極的平面尺寸設(shè)定為比第二電極的平面尺寸大的尺寸。樹脂框構(gòu)件設(shè)置為圍繞固體高分子電解質(zhì)膜的外周。

而且，在樹脂框構(gòu)件設(shè)置有樹脂熔融部，所述樹脂熔融部的一部分的樹脂浸滲到第一氣體擴(kuò)散層的內(nèi)部，并且在所述樹脂框構(gòu)件的最外周，在所述樹脂熔融部的最外周經(jīng)由階梯部設(shè)置有在厚度方向上比該樹脂熔融部薄的薄壁部。

此外，本發(fā)明涉及的燃料電池用帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體具備階梯MEA和樹脂框構(gòu)件。在階梯MEA中，在固體高分子電解質(zhì)膜的一面設(shè)置有具有第一電極催化劑層和第一氣體擴(kuò)散層的第一電極，在所述固體高分子電解質(zhì)膜的另一面設(shè)置有具有第二電極催化劑層和第二氣體擴(kuò)散層的第二電極。第一電極的平面尺寸設(shè)定為比第二電極的平面尺寸大的尺寸。樹脂框構(gòu)件設(shè)置為圍繞固體高分子電解質(zhì)膜的外周。

而且，樹脂框構(gòu)件具有內(nèi)側(cè)鼓出部、臺肩部以及樹脂浸滲區(qū)域。內(nèi)側(cè)鼓出部向第二電極側(cè)鼓出，臺肩部在所述內(nèi)側(cè)鼓出部的外周端部經(jīng)由階梯部在厚度方向上變得比所述內(nèi)側(cè)鼓出部的內(nèi)周側(cè)厚，并且與固體高分子電解質(zhì)膜的外周端緣部抵接。在樹脂浸滲區(qū)域中，第一氣體擴(kuò)散層的外周緣部在厚度方向上被壓縮而成的薄壁部被樹脂浸滲。

而且，在樹脂框構(gòu)件中，按照臺肩部的臺肩部起點(diǎn)位置、作為薄壁部的內(nèi)側(cè)端部的薄壁部起點(diǎn)位置、以及作為樹脂浸滲區(qū)域的內(nèi)側(cè)端部的浸滲區(qū)域起點(diǎn)位置的順序，被配置為向外側(cè)遠(yuǎn)離。

此外，在本發(fā)明涉及的燃料電池用帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體的制造方法中，制作樹脂框構(gòu)件，所述樹脂框構(gòu)件設(shè)置有突出部，所述突出部位于第一氣體擴(kuò)散層的外周的外側(cè)，并且在厚度方向上突出。進(jìn)而，在樹脂框構(gòu)件的內(nèi)周側(cè)配置階梯MEA之后，使突起部熔融。由此，設(shè)置一部分浸滲到第一氣體擴(kuò)散層的內(nèi)部的樹脂熔融部，并且在樹脂框構(gòu)件的最外周，在所述樹脂熔融部的最外周經(jīng)由階梯部設(shè)置在厚度方向上比該樹脂熔融部薄的薄壁部。

進(jìn)而，在該制造方法中，優(yōu)選在樹脂框構(gòu)件設(shè)置堤臺部，所述堤臺部位于突起部的外側(cè)，在厚度方向上比該突起部薄，且埋設(shè)到樹脂熔融部。

根據(jù)本發(fā)明，在樹脂框構(gòu)件的最外周，在樹脂熔融部的最外周經(jīng)由階梯部設(shè)置有在厚度方向上比該樹脂熔融部薄的薄壁部。因此，在形成樹脂熔融部時(shí)，施加的熱難以傳遞到樹脂框構(gòu)件的最外周，能夠阻止由于該熱產(chǎn)生變形、熔融等。因此，在設(shè)置樹脂熔融部時(shí)，樹脂框構(gòu)件的外周表面不會受到熱的影響，能夠在所述樹脂框構(gòu)件上確保良好的密封面。

此外，根據(jù)本發(fā)明，在浸滲時(shí)成為樹脂浸滲區(qū)域的接受部的樹脂框構(gòu)件的臺肩部的臺肩部起點(diǎn)位置配置在薄壁部起點(diǎn)位置和浸滲區(qū)域起點(diǎn)位置的內(nèi)側(cè)。因此，浸滲時(shí)的加熱以及加壓用模構(gòu)件能夠配置在樹脂框構(gòu)件的臺肩部的范圍內(nèi)，從而能夠通過所述臺肩部可靠地接受所述模構(gòu)件。因此，能夠盡可能抑制樹脂框構(gòu)件的損傷，并且能夠以簡單的結(jié)構(gòu)可靠且容易地得到品質(zhì)穩(wěn)定的樹脂浸滲區(qū)域。

根據(jù)以下參照附圖對實(shí)施方式進(jìn)行的說明，能夠容易地理解上述的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是組裝了本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體的固體高分子型發(fā)電單元的主要部分分解立體說明圖。

圖2是所述發(fā)電單元的圖1中的II-II線剖視說明圖。

圖3是所述帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體的主要部分剖視說明圖。

圖4是構(gòu)成所述帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體的樹脂框構(gòu)件的局部剖視立體說明圖。

圖5是將樹脂突起部熔融而形成樹脂熔融部的接合裝置的說明圖。

圖6是所述接合裝置的工作說明圖。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體10組裝到橫向長(或縱向長)的長方形形狀的固體高分子型發(fā)電單元12中。多個發(fā)電單元12例如在箭頭A方向(水平方向)或箭頭C方向(重力方向)上層疊而構(gòu)成燃料電池組。燃料電池組例如作為車載用燃料電池組搭載于燃料電池電動汽車(未圖示)。

發(fā)電單元12用第一分隔件14和第二分隔件16夾持帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體10。第一分隔件14和第二分隔件16具有橫向長(或縱向長)的長方形形狀。第一分隔件14和第二分隔件16例如由鋼板、不銹鋼板、鋁板、鍍敷處理鋼板、或者在其金屬表面實(shí)施了防腐蝕用的表面處理的金屬板、碳構(gòu)件等構(gòu)成。

如圖1～圖3所示，長方形形狀的帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體10具備階梯MEA10a。階梯MEA10a例如具有作為包含水分的全氟磺酸的薄膜的固體高分子電解質(zhì)膜(陽離子交換膜)18。固體高分子電解質(zhì)膜18被陽極電極(第一電極)20和陰極電極(第二電極)22所夾持。固體高分子電解質(zhì)膜18除了能夠使用氟類電解質(zhì)以外，還能夠使用HC(碳化氫)類電解質(zhì)。

陰極電極22具有比固體高分子電解質(zhì)膜18和陽極電極20小的平面尺寸(外形尺寸)。另外，也可以代替上述的結(jié)構(gòu)，使陽極電極20構(gòu)成為具有比固體高分子電解質(zhì)膜18和陰極電極22小的平面尺寸。此時(shí)，陽極電極20成為第二電極，陰極電極22成為第一電極。

如圖2和圖3所示，陽極電極20設(shè)置有與固體高分子電解質(zhì)膜18的一面18a接合的第一電極催化劑層20a和層疊于所述第一電極催化劑層20a的第一氣體擴(kuò)散層20b。第一電極催化劑層20a和第一氣體擴(kuò)散層20b具有相同的平面尺寸，并且設(shè)定為與固體高分子電解質(zhì)膜18相同(或小于)的平面尺寸。

陰極電極22設(shè)置有與固體高分子電解質(zhì)膜18的面18b接合的第二電極催化劑層22a和層疊于所述第二電極催化劑層22a的第二氣體擴(kuò)散層22b。第二電極催化劑層22a從第二氣體擴(kuò)散層22b的外周端面22be向外側(cè)突出，具有比所述第二氣體擴(kuò)散層22b大的平面尺寸，并且設(shè)定為比固體高分子電解質(zhì)膜18小的平面尺寸。

另外，第二電極催化劑層22a和第二氣體擴(kuò)散層22b可以設(shè)定為相同的平面尺寸，所述第二電極催化劑層22a也可以具有比所述第二氣體擴(kuò)散層22b小的平面尺寸。

第一電極催化劑層20a例如通過在第一氣體擴(kuò)散層20b的表面同樣地涂敷表面擔(dān)載有鉑合金的多孔質(zhì)碳粒子和離子導(dǎo)電性高分子粘合劑而形成。第二電極催化劑層22a例如通過在第二氣體擴(kuò)散層22b的表面同樣地涂敷表面擔(dān)載有鉑合金的多孔質(zhì)碳粒子和離子導(dǎo)電性高分子粘合劑而形成。

第一氣體擴(kuò)散層20b和第二氣體擴(kuò)散層22b由碳紙或碳布等形成。第二氣體擴(kuò)散層22b的平面尺寸設(shè)定得比第一氣體擴(kuò)散層20b的平面尺寸小。第一電極催化劑層20a和第二電極催化劑層22a形成在固體高分子電解質(zhì)膜18的雙面。

帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體10具備圍繞固體高分子電解質(zhì)膜18的外周并且與陽極電極20以及陰極電極22接合的樹脂框構(gòu)件(包括樹脂膜)24。

樹脂框構(gòu)件24例如由PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚鄰苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP(液晶聚合物)、PVDF(聚偏氟乙稀)、硅酮樹脂、氟樹脂、m-PPE(改性聚苯醚樹脂)、PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)或改性聚烯烴等構(gòu)成。

樹脂框構(gòu)件24具有框形狀，并且如圖3所示，具有薄壁部24a，該薄壁部24a從外周端部向內(nèi)側(cè)經(jīng)規(guī)定的長度具有厚度t1。在樹脂框構(gòu)件24經(jīng)由內(nèi)側(cè)階梯24s(階梯部)設(shè)置有向陰極電極22側(cè)鼓出的、形成為薄壁狀的內(nèi)側(cè)鼓出部24b。內(nèi)側(cè)鼓出部24b具有在內(nèi)側(cè)角部設(shè)置有R(彎曲面)的內(nèi)周端面24be。

在樹脂框構(gòu)件24設(shè)置有臺肩部24c，該臺肩部24c在內(nèi)側(cè)鼓出部24b的外周端部經(jīng)由內(nèi)側(cè)階梯24s在厚度方向上變得比所述內(nèi)側(cè)鼓出部24b的內(nèi)周側(cè)厚，并且與固體高分子電解質(zhì)膜18的外周面部18be抵接。

如圖3所示，像后面說明的那樣，使樹脂突起部24t熔融，從而在與薄壁部24a的外周密封面24f相連的面形成框緣狀的樹脂熔融部26。樹脂熔融部26具有框緣狀的樹脂浸滲部26a，所述樹脂浸滲部26a的一部分浸滲到構(gòu)成陽極電極20的第一氣體擴(kuò)散層20b的外周緣部。第一氣體擴(kuò)散層20b的外周緣部具有在厚度方向上被壓縮的薄壁部20bt，在薄壁部20bt設(shè)置有樹脂浸滲部26a。所述樹脂熔融部26從最外周到樹脂浸滲部26a構(gòu)成無階梯的平坦面。

在樹脂框構(gòu)件24設(shè)置有框狀的堤臺部24d，所述堤臺部24d位于樹脂突起部24t的外側(cè)，在厚度方向上比所述樹脂突起部24t薄，且通過使該樹脂突起部24t熔融而埋設(shè)到樹脂熔融部26。在樹脂框構(gòu)件24的最外周，在樹脂熔融部26的最外周經(jīng)由階梯部26s設(shè)置有在厚度方向上比所述樹脂熔融部26薄的薄壁部24a。

薄壁部24a具有厚度t1，另一方面，樹脂熔融部26比作為所述薄壁部24a的表面的外周密封面24f變厚厚度t2，作為整體設(shè)定為厚度t3。樹脂熔融部26的表面形成為比第一氣體擴(kuò)散層20b的表面變薄厚度t4。第一氣體擴(kuò)散層20b經(jīng)由傾斜面20br朝向樹脂浸滲部26a向內(nèi)側(cè)傾斜，并形成為薄壁狀。

設(shè)定從樹脂突起部24t的熔融起點(diǎn)P0到作為樹脂浸滲區(qū)域26a(樹脂熔融部26)的內(nèi)周端部的浸滲區(qū)域起點(diǎn)位置P1的距離S1。設(shè)定從熔融起點(diǎn)P0到作為第一氣體擴(kuò)散層20b的薄壁部20bt的內(nèi)側(cè)端部的薄壁部起點(diǎn)位置P2的距離S2。設(shè)定從熔融起點(diǎn)P0到臺肩部24c的臺肩部起點(diǎn)位置P3的距離S3。

具體地，設(shè)定為距離S1＜距離S2＜距離S3的關(guān)系。臺肩部24c的臺肩部起點(diǎn)位置P3、第一氣體擴(kuò)散層20b的薄壁部20bt的薄壁部起點(diǎn)位置P2、以及樹脂熔融部26的浸滲區(qū)域起點(diǎn)位置P1配置為依次向外側(cè)遠(yuǎn)離。換言之，臺肩部起點(diǎn)位置P3、薄壁部起點(diǎn)位置P2以及浸滲區(qū)域起點(diǎn)位置P1從帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體10的中央朝向外側(cè)依次配置。

如圖2和圖3所示，在內(nèi)側(cè)鼓出部24b與階梯MEA10a之間設(shè)置有填充室27，并且在所述填充室27形成有粘接劑層28。在粘接劑層28作為粘接劑設(shè)置有例如液體狀密封劑、熱熔劑。另外，作為粘接劑，不限于液體、固體、熱塑性、熱固化性等。

如圖1所示，在發(fā)電單元12的箭頭B方向(水平方向)上的一端緣部，在作為層疊方向的箭頭A方向上彼此連通地設(shè)置有氧化劑氣體入口連通孔30a、冷卻介質(zhì)入口連通孔32a以及燃料氣體出口連通孔34b。氧化劑氣體入口連通孔30a供給氧化劑氣體，例如，供給含氧氣體，另一方面，冷卻介質(zhì)入口連通孔32a供給冷卻介質(zhì)。燃料氣體出口連通孔34b排出燃料氣體，例如，排出含氫氣體。氧化劑氣體入口連通孔30a、冷卻介質(zhì)入口連通孔32a以及燃料氣體出口連通孔34b設(shè)置為排列在箭頭C方向(鉛直方向)上。

在發(fā)電單元12的箭頭B方向上的另一端緣部，在箭頭A方向上彼此連通地設(shè)置有供給燃料氣體的燃料氣體入口連通孔34a、排出冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)出口連通孔32b、以及排出氧化劑氣體的氧化劑氣體出口連通孔30b。燃料氣體入口連通孔34a、冷卻介質(zhì)出口連通孔32b以及氧化劑氣體出口連通孔30b設(shè)置為排列在箭頭C方向上。

在第二分隔件16的朝向帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體10的面16a設(shè)置有與氧化劑氣體入口連通孔30a和氧化劑氣體出口連通孔30b連通的氧化劑氣體流路36。氧化劑氣體流路36具有在箭頭B方向上延伸的多個直線狀流路槽(或波浪狀流路槽)。

在第一分隔件14的朝向帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體10的面14a設(shè)置有與燃料氣體入口連通孔34a和燃料氣體出口連通孔34b連通的燃料氣體流路38。燃料氣體流路38具有在箭頭B方向上延伸的多個直線狀流路槽(或波浪狀流路槽)。

在彼此相鄰的第一分隔件14的面14b與第二分隔件16的面16b之間形成有在箭頭B方向上延伸的冷卻介質(zhì)流路40，該冷卻介質(zhì)流路40與冷卻介質(zhì)入口連通孔32a和冷卻介質(zhì)出口連通孔32b連通。

如圖1和圖2所示，第一密封構(gòu)件42在第一分隔件14的面14a、14b圍繞著該第一分隔件14的外周端部與其一體化。第二密封構(gòu)件44在第二分隔件16的面16a、16b圍繞著該第二分隔件16的外周端部與其一體化。

如圖2所示，第一密封構(gòu)件42具有與構(gòu)成帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體10的樹脂框構(gòu)件24的外周密封面24f抵接的第一凸?fàn)蠲芊饧?2a。第一密封構(gòu)件42具有與第二分隔件16的第二密封構(gòu)件44抵接的第二凸?fàn)蠲芊饧?2b。在第二密封構(gòu)件44中，與第二凸?fàn)蠲芊饧?2b抵接的面沿著分隔件的面延伸，具有均勻的厚度，構(gòu)成平面密封部44f。另外，也可以代替第二凸?fàn)蠲芊饧?2b，在第二密封構(gòu)件44設(shè)置凸?fàn)蠲芊饧?未圖示)，并且在第一密封構(gòu)件42構(gòu)成平面密封部。

第一密封構(gòu)件42和第二密封構(gòu)件44例如可使用EPDM、NBR、氟橡膠、硅酮橡膠、氟硅酮橡膠、丁基橡膠、天然橡膠、苯乙烯橡膠、氯丁二烯或丙烯酸酯橡膠等密封材料、緩沖材料、或封裝材料等具有彈性的密封構(gòu)件。

以下，接著對本實(shí)施方式涉及的帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體10的制造方法進(jìn)行說明。

首先，制造階梯MEA10a，另一方面，使用模具(未圖示)對樹脂框構(gòu)件24進(jìn)行射出成型。如圖4所示，樹脂框構(gòu)件24在外周端部設(shè)置有具有厚度t1的薄壁部24a，并且所述薄壁部24a的內(nèi)側(cè)的內(nèi)側(cè)部24g設(shè)定為厚度t5。另外，厚度t1和厚度t5可以是相同的尺寸，或者也可以是不同的尺寸。在內(nèi)側(cè)部24g，樹脂突起部24t和堤臺部24d在厚度方向上突出，并設(shè)置為一體。樹脂突起部24t和堤臺部24d具有框形狀。在內(nèi)側(cè)部24g的內(nèi)周端部經(jīng)由內(nèi)側(cè)階梯24s一體成型了薄壁狀的內(nèi)側(cè)鼓出部24b。

因此，在固體高分子電解質(zhì)膜18的外周面部18be上例如通過未圖示的分配器來涂敷粘接劑。固體高分子電解質(zhì)膜18的外周面部18be與樹脂框構(gòu)件24的內(nèi)側(cè)鼓出部24b的接合部位以涂敷了粘接劑的狀態(tài)進(jìn)行加熱和加壓處理。因此，粘接劑固化而得到粘接劑層28。

接著，如圖5和圖6所示，通過接合裝置50使樹脂突起部24t熔融而形成樹脂熔融部26。接合裝置50具備載置樹脂框構(gòu)件24的基臺(模具)52和相對于所述基臺52進(jìn)退自如的可動模具54?？蓜幽＞?4具有框形狀，內(nèi)側(cè)端部54in和外側(cè)端部540ut的寬度尺寸H1具有比樹脂熔融部26的寬度尺寸H2略大的尺寸(參照圖6)。從可動模具54的內(nèi)側(cè)端部54in起設(shè)定第一氣體擴(kuò)散層20b的薄壁部20bt的薄壁部起點(diǎn)位置P2。

在基臺52上載置通過粘接劑層28進(jìn)行固定的樹脂框構(gòu)件24和階梯MEA10a。樹脂框構(gòu)件24配置為樹脂突起部24t朝向上方，即，朝向可動模具54側(cè)。然后，可動模具54以加熱為規(guī)定的溫度的狀態(tài)下降，從而對樹脂突起部24t進(jìn)行加熱和加壓。

因此，樹脂框構(gòu)件24的樹脂突起部24t被可動模具54加熱并加壓，從而熔融。樹脂突起部24t熔融，使得沿著可動模具54的加熱面在寬度方向(箭頭C方向)上擴(kuò)展。熔融樹脂中的向內(nèi)側(cè)流動的一部分浸滲到第一氣體擴(kuò)散層20b的外周緣部，另一方面，向外側(cè)流動而越過堤臺部24d到達(dá)薄壁部24a的端部。

如圖6所示，可動模具54停止在與樹脂框構(gòu)件24的外周密封面24f相距相當(dāng)于厚度t2的距離的位置。因此，樹脂突起部24t熔融而形成樹脂熔融部26。此時(shí)，形成浸滲到第一氣體擴(kuò)散層20b的樹脂浸滲部26a(以下，也稱為“樹脂浸滲區(qū)域26a”)，并且第一氣體擴(kuò)散層20b的外周緣部被壓縮至樹脂浸滲部26a的厚度。由此，階梯MEA10a與樹脂框構(gòu)件24接合，它們呈一體從接合裝置50被取出，從而得到帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體10(參照圖3)。

如圖2所示，帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體10被第一分隔件14和第二分隔件16所夾持。第二分隔件16與樹脂框構(gòu)件24的內(nèi)側(cè)鼓出部24b抵接，與第一分隔件14一同在層疊方向上對帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體10施加荷重。進(jìn)而，層疊規(guī)定數(shù)目的發(fā)電單元12而構(gòu)成燃料電池組，并且在未圖示的端板之間施加緊固荷重。

以下對像這樣構(gòu)成的發(fā)電單元12的工作進(jìn)行說明。

首先，如圖1所示，向氧化劑氣體入口連通孔30a供給含氧氣體等氧化劑氣體，并且向燃料氣體入口連通孔34a供給含氫氣體等燃料氣體。進(jìn)而，向冷卻介質(zhì)入口連通孔32a供給純凈水、乙二醇、油等冷卻介質(zhì)。

因此，氧化劑氣體從氧化劑氣體入口連通孔30a導(dǎo)入到第二分隔件16的氧化劑氣體流路36，并在箭頭B方向上移動而供給到階梯MEA10a的陰極電極22。另一方面，燃料氣體從燃料氣體入口連通孔34a導(dǎo)入到第一分隔件14的燃料氣體流路38。燃料氣體沿著燃料氣體流路38在箭頭B方向上移動，供給到階梯MEA10a的陽極電極20。

因此，在階梯MEA10a中，供給到陰極電極22的氧化劑氣體和供給到陽極電極20的燃料氣體在第二電極催化劑層22a和第一電極催化劑層20a內(nèi)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而被消耗，并進(jìn)行發(fā)電。

接下來，供給到陰極電極22并被消耗的氧化劑氣體沿著氧化劑氣體出口連通孔30b在箭頭A方向上排出。同樣地，供給到陽極電極20并被消耗的燃料氣體沿著燃料氣體出口連通孔34b在箭頭A方向上排出。

此外，供給到冷卻介質(zhì)入口連通孔32a的冷卻介質(zhì)在被導(dǎo)入到第一分隔件14與第二分隔件16之間的冷卻介質(zhì)流路40之后，在箭頭B方向上流通。該冷卻介質(zhì)在對階梯MEA10a進(jìn)行冷卻之后，從冷卻介質(zhì)出口連通孔32b排出。

在該情況下，如圖2和圖3所示，在本實(shí)施方式中，在樹脂框構(gòu)件24的最外周，在樹脂熔融部26的最外周經(jīng)由階梯部26s設(shè)置有在厚度方向上比所述樹脂熔融部26薄的薄壁部24a。因此，如圖5和圖6所示，在通過接合裝置50使樹脂突起部24t熔融而形成樹脂熔融部26時(shí)，施加的熱難以傳遞到樹脂框構(gòu)件24的最外周。

因此，能夠阻止在樹脂框構(gòu)件24的薄壁部24a產(chǎn)生由施加的熱造成的變形、熔融等。由此，在設(shè)置樹脂熔融部26時(shí)，樹脂框構(gòu)件24的外周表面，特別是薄壁部24a的外周密封面24f不會受到熱的影響，可得到能夠在所述樹脂框構(gòu)件24上確保良好的密封面的效果。

進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，如圖3和圖5所示，在樹脂框構(gòu)件24設(shè)置有堤臺部24d，所述堤臺部24d位于樹脂突起部24t的外側(cè)，在厚度方向上比所述樹脂突起部24t薄，且通過使該樹脂突起部24t熔融而埋設(shè)到樹脂熔融部26。因此，在利用可動模具54使樹脂突起部24t熔融且熔融樹脂向樹脂框構(gòu)件24的外周側(cè)(外周密封面24f側(cè))流動時(shí)，堤臺部24d作為所述熔融樹脂的阻礙(阻力)發(fā)揮功能。

因此，熔融樹脂不會過度地流動到樹脂框構(gòu)件24的外周側(cè)，能夠可靠地維持具有所需的寬度尺寸的平滑的外周密封面24f。由此，外周密封面24f能夠更可靠地抑制產(chǎn)生變形、凹凸等。

在本實(shí)施方式中，如圖2和圖3所示，設(shè)定從樹脂突起部24t的熔融起點(diǎn)P0到樹脂浸滲區(qū)域26a的浸滲區(qū)域起點(diǎn)位置P1的距離S1。進(jìn)而，設(shè)定從熔融起點(diǎn)P0到第一氣體擴(kuò)散層20b的薄壁部起點(diǎn)位置P2的距離S2、以及從所述熔融起點(diǎn)P0到臺肩部24c的臺肩部起點(diǎn)位置P3的距離S3。

具體地，設(shè)定為距離S1＜距離S2＜距離S3的關(guān)系。換言之，臺肩部起點(diǎn)位置P3、薄壁部起點(diǎn)位置P2以及浸滲區(qū)域起點(diǎn)位置P1從帶樹脂框的電解質(zhì)膜-電極構(gòu)造體10的中央朝向外側(cè)依次配置。

因此，如圖6所示，在樹脂突起部24t的浸滲時(shí)成為樹脂浸滲區(qū)域26a的接受部的樹脂框構(gòu)件24的臺肩部24c的臺肩部起點(diǎn)位置P3配置在薄壁部起點(diǎn)位置P2和浸滲區(qū)域起點(diǎn)位置P1的內(nèi)側(cè)。因此，如圖6所示，浸滲時(shí)的加熱以及加壓用可動模具(模構(gòu)件)54的樹脂浸滲區(qū)域配置在樹脂框構(gòu)件24的臺肩部24c的范圍內(nèi)，能夠通過所述臺肩部24c可靠地接受所述可動模具54的荷重。由此，可得到能夠以簡單的結(jié)構(gòu)盡可能抑制樹脂框構(gòu)件24的損傷并且可靠且容易地得到品質(zhì)穩(wěn)定的樹脂浸滲區(qū)域26a的效果。