CN101542793A - 燃料电池、燃料电池的制造方法及单体电池组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种夹着分离器层叠单体电池构件而成的燃料电池的制造方法，包括：在分离器的一面中的第一区域配置单体电池构件的工序；以与所述分离器的一面中的包含第一区域的第二区域粘接或密接并且与所述单体电池构件的端部一体化的方式，使由弹性部件构成的密封部件成型的工序。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池、燃料电池的制造方法及单体电池组件。
背景技术
燃料电池例如固体高分子型燃料电池，通过分别向夹着电解质膜而对置的两个电极(燃料极和氧气极)供给反应气体(含有氢气的燃料气体和含有氧气的氧化气体)来进行电化学反应，由此，将物质具有的化学能直接转换为电能。作为这种燃料电池的主要构造，已知一种将含有大致平板状的膜电极组件(MEA：Membrane-Electrode Assembly)的单体电池构造部件和分离器(separator)交替地层叠并在层叠方向紧固的所谓的堆构造的构造。
但是，作为上述堆构造的燃料电池，已知一种将利用气体扩散层从两面夹着膜电极组件而成的单体电池构造部件和密封部件一体成型的技术。另外，已知一种将分离器、气体扩散层和密封部件一体成型的技术。这些技术中借助该密封部件来抑制燃料气体、氧化气体以及冷却介质向燃料电池外部的泄露或者相互混合的情况。
然而，在上述以往技术中，对于燃料电池堆的组装性和分解性来说，不能说很容易。例如，在组装时，如果是在单体电池构造部件的端部一体成型密封部件的技术，则，需要交替地层叠分离器和单体电池构造部件；如果是将分离器和气体扩散层以及密封部件一体成型的技术，则需要交替地层叠分离器-气体扩散层组件和MEA。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提高夹着分离器层叠单体电池构件而成的燃料电池的组装性和/或分解性。
为了解决上述问题，本发明的第一方案提供夹着分离器层叠单体电池构件而成的燃料电池的制造方法。第一方案涉及的制造方法，包括：在上述分离器的一面中的第一区域配置上述单体电池构件的工序；以与上述分离器的一面中的包含上述第一区域的第二区域粘接或密接并且与上述单体电池构件的端部一体化的方式，使由弹性部件构成的密封部件成型的工序。
本发明的第二方案提供夹着分离器层叠单体电池构件而成的燃料电池的制造方法。第二方案涉及的制造方法，包括：在成型模具中配置上述分离器的工序；在上述分离器的一面中的第一区域配置上述单体电池构件的工序；在由上述分离器的一面中的包围上述第一区域的第二区域、上述单体电池构件的端部、上述成型模具所划分出的空间中，将成型材料进行注射成型或者压缩成型来使密封部件成型的工序。
根据上述方案涉及的制造方法，因为按照与分离器的面粘接或密接并且与单体电池构件的端部一体化的方式将密封部件成型，所以能够削减工序，并且提高燃料电池的组装性。
在上述方案涉及的制造方法中，在使上述密封部件成型的工序中，也可以按照下述的方式使所述密封部件成型，即：以密封线的每单位长度0.01N/mm以上的结合强度进行粘接或密接的方式。这样，能够降低为了保证密封性所需的在层叠方向紧固燃料电池的紧固力。
上述方案涉及的制造方法，也可以还包括：与使上述密封部件成型的工序同时，对上述单体电池构件进行热压的工序。这样，能够进一步削减燃料电池的制造工序数。
在上述方案涉及的制造方法中，上述单体电池构件也可以包括：两面配置有催化剂层的电解质层；在上述电解质层的两面夹着上述催化剂层而配置的气体扩散层。并且，也可以还包括：在上述电解质层的两面夹着上述催化剂层和上述扩散层而配置的多孔体。
上述方案涉及的制造方法，也可以还包括：将多个通过使上述密封部件成型的工序得到的组件层叠的工序；将上述多个被层叠的组件紧固的工序。其结果是，能够容易地制造燃料电池。
本发明的第三方案提供燃料电池。第三方案涉及的燃料电池，包括：第一分离器；第二分离器；在上述第一分离器的一面中的第一区域和上述第二分离器之间配置的单体电池构件；密封部件，其具有：与上述第一分离器中的包围上述第一区域的第二区域粘接或密接并且与上述单体电池构件的端部一体化的支撑部；形成在上述支撑部上并且与上述第二分离器相接触的棱。
根据第三方案涉及的燃料电池，因为密封部件的支撑部与第一分离器的面粘接或密接并且与单体电池构件的端部一体化，所以能够抑制组装时的密封部件的变形，提高燃料电池的组装性。
在第三方案涉及的燃料电池中，也可以以不会产生由于在燃料电池的运转中所设想的流体压力所引起的错位的结合强度将上述支撑部与上述第二区域粘接或密接。在这种情况下，上述结合强度也可以是密封线的每单位长度0.01N/mm以上。这样，能够降低为了保证密封性所需的在层叠方向紧固燃料电池的紧固力。
在第三方案涉及的燃料电池中，也可以是，上述支撑部为阴极侧而上述棱为阳极侧。这样，能够提高气体压力容易变高的阴极侧的密封性，抑制密封不良的情况。
在第三方案涉及的燃料电池中，上述单体电池构件也可以包括：两面配置有催化剂层的电解质层；在上述电解质层的两面夹着上述催化剂层而配置的气体扩散层，并且，也可以还包括：在上述电解质层的两面夹着上述催化剂层和上述扩散层而配置的多孔体。
本发明的第四方案提供一种燃料电池。第四方案涉及的燃料电池，具备：单体电池构件；在上述单体电池构件的阴极侧配置的第一分离器；在上述单体电池构件的阳极侧配置的第二分离器；密封部件，其与上述单体电池构件的端部一体化，并且对上述第一分离器与上述第二分离器之间进行密封，其中，上述密封部件与上述第一分离器之间的结合强度，和上述密封部件与上述第二分离器之间的结合强度不同。
根据本发明的第四方案涉及的燃料电池，因为密封部件与第一分离器之间的结合强度，和密封部件与第二分离器之间的结合强度不同，所以容易分解成与密封部件之间的结合强度较强一侧的分离器和密封部件以及单体电池构件的一体件。其结果是，分解性、维护性得以提高。
本发明的第五方案提供通过被层叠多个而构成燃料电池的单体电池组件。第五方案涉及的单体电池组件，具备：分离器；单体电池构件，其被配置于上述分离器的一面中的第一区域；密封部件，其具有：与上述分离器中的包含上述第一区域的第二区域粘接或密接并且与上述单体电池构件的端部一体化的支撑部；形成在上述支撑部上并且在已被层叠时与其他单体电池组件的分离器相接触的棱。
本发明的第五方案涉及的单体电池组件，通过层叠多个并进行紧固，能够容易地制造燃料电池。
本发明的第四方案涉及的燃料电池和第五方案涉及的单体电池组件，与本发明的第三方案涉及的燃料电池相同，可以以各种方式实现。另外，除此之外本发明以通过被层叠多个而构成燃料电池的单体电池组件的制造方法或者使用这种制造方法而制造的单体电池组件为开始，可以以各种方式实现。
附图说明
图1是表示实施例中的燃料电池的构成的第一说明图。
图2是表示实施例中的燃料电池的构成的第二说明图。
图3是表示实施例中的燃料电池的制造步骤的流程图。
图4是表示单体电池组件200的主视图的图。
图5是表示图4中的A-A截面的截面图。
图6是表示阴极板的形状的说明图。
图7是表示阳极板的形状的说明图。
图8是表示中间板的形状的说明图。
图9是分离器的主视图。
图10是表示燃料电池的反应气体的流动的说明图、
图11是表示实施例中的单体电池组件的制造步骤的流程图。
图12是用来说明实施例中的单体电池组件的制造的图。
图13是表示成型模具的图。
图14是表示以往的燃料电池的一例的第一图。
图15是表示以往的燃料电池的一例的第二图。
图16是表示第一变形例中的单体电池组件的制造步骤的流程图。
图17是用来说明第一变形例中的单体电池组件的制造的图。
图18是放大表示第二变形例中的密封部件和分离器之间的接触部分的图。
图19是放大表示第三变形例中的密封部件和分离器之间的接触部分的图。
具体实施方式
以下，参照附图并基于实施例说明本发明涉及的燃料电池和燃料电池的制造方法以及单体电池组件。
A.实施例：
燃料电池的构成
对本发明的实施例涉及的燃料电池的概略构成进行说明。图1和图2是表示实施例中的燃料电池的构成的说明图。图3是表示实施例中的燃料电池的制造步骤的流程图。
如图1和图2所示，燃料电池100具有层叠了多个单体电池组件200的构造(所谓的堆构造)。如图3所示，燃料电池100经下述步骤制造，即：层叠规定张数的单体电池组件200(步骤S102)，在层叠方向施加规定的紧固力来将已被层叠的单体电池组件200紧固(步骤S104)。
如图1所示，在燃料电池100中设有：供给氧化气体的氧化气体供给歧管110；排出氧化气体的氧化气体排出歧管120；供给燃料气体的燃料气体供给歧管130；排出燃料气体的燃料气体排出歧管140；供给冷却介质的冷却介质供给歧管150；排出冷却介质的冷却介质排出歧管160。此外，作为氧化气体一般使用空气，作为燃料气体一般使用氢气。另外，将氧化气体、燃料气体一同称作反应气体。作为冷却介质能够使用水、乙二醇等的防冻液、空气等。
参照图2和图4以及图5，对单体电池组件200的构成进行说明。图2表示的是单体电池组件200的侧视图。图4是表示单体电池组件200的主视图(从图2中的右侧看到的图)的图。图5是表示图4中的A-A截面的截面图。
如图2、图4、图5所示，单体电池组件200由分离器600和单体电池构件800以及密封部件700构成。
首先，简单地说明分离器600的构成。分离器600由阳极板300和阴极板400以及中间板500构成。
图6～图8是分别表示阴极板400(图6)、阳极板300(图7)、中间板500(图8)的形状的说明图。图6、图7、图8表示从图2的右侧看到的各个板400、300、500的样子。图6～图8中，各个板300、400、500的中央部由虚线表示的区域DA是单体电池组件200中配置上述的单体电池构件800的区域(以下叫做发电区域DA)。
阴极板400例如由不锈钢形成。阴极板400具备：六个歧管形成部422～432；氧化气体供给缝隙440；氧化气体排出缝隙444。歧管形成部422～432是构成燃料电池100之时用来形成上述各种歧管的贯通部，并且分别被设置于发电区域DA的外侧。氧化气体供给缝隙440被配置于发电区域DA的端部(图6中的上端部)。氧化气体排出缝隙444并列地被配置于发电区域DA的端部(图6中的下端部)。
阳极板300与阴极板400同样例如由不锈钢形成。阳极板300与阴极板400同样具备：六个歧管形成部322～332；燃料气体供给缝隙350；燃料气体排出缝隙354。歧管形成部322～332是构成燃料电池100之时用来形成上述各种歧管的贯通部，并且与阴极板400同样分别被设置于发电区域DA的外侧。以在构成分离器600之时与阴极板400中的上述的氧化气体排出缝隙444不重叠的方式将燃料气体供给缝隙350配置于发电区域DA的端部(图7中的下端部)。以在构成分离器600之时与阴极板400中的上述的氧化气体供给缝隙440不重叠的方式将燃料气体排出缝隙354配置于发电区域DA的端部(图7中的上端部)。
中间板500与上述各个板300、400同样，例如由不锈钢形成。中间板500具备：作为在厚度方向贯通的贯通部的、用来供给/排出反应气体(氧化气体或者燃料气体)的四个歧管形成部522～528，供给流路形成部542、546以及排出流路形成部544、548。中间板500还具备多个冷却介质流路形成部550。歧管形成部522～528是构成燃料电池100之时用来形成上述各种歧管的贯通部，并且与阴极板400、阳极板300同样，分别被设置于发电区域DA的外侧。
各个冷却介质流路形成部550，具有在图8中的左右方向横切发电区域DA的长孔状，其两端延伸至发电区域DA的外侧。冷却介质流路形成部550隔着规定间隔被并排设置在图8中的上下方向。
反应气体的供给流路形成部542、546和排出流路形成部544、548的一端与分别对应的歧管形成部522～528连通。这些流路形成部542～548的另一端，在将三个板接合之时与分别对应的气体供给/排出缝隙350、354、440、444连通。
图9是分离器的主视图。分离器600，以夹持中间板500的方式将上述阳极板300和阴极板400分别与中间板500的两侧接合，将露出于与中间板500中的冷却介质供给歧管150和冷却介质排出歧管160对应的区域的部分打通而制成。三张板的接合方法例如能够使用热压焊、软钎焊以及焊接等。其结果是，可以得到如下的分离器600，其具备图9中阴影所示的作为贯通部的六个歧管110～160、氧化气体供给流路650、氧化气体排出流路660、燃料气体供给流路630、燃料气体排出流路640、冷却介质流路670。
再次参照图2、图4、图5，接着对单体电池组件200进行说明。如图2所示，在上述的分离器600的阴极板400侧的面中的发电区域DA配置有单体电池构件800，在相同的面中的发电区域DA外侧的区域(以下称为周围区域)配置有密封部件700。如图5所示，单体电池构件800由下述的部件构成，即：MEA(Membrane Electrode Assembly)810、与MEA810的阳极侧的面相接而配置的阳极侧扩散层820、与MEA810的阴极侧的面相接而配置的阴极侧扩散层830、阳极侧多孔体840、阴极侧多孔体850。阳极侧多孔体840夹着阳极侧扩散层820而被配置于MEA810的阳极侧，阴极侧多孔体850夹着阴极侧扩散层830而被配置于MEA810的阴极侧。阴极侧多孔体850与分离器600的发电区域DA接触。在层叠多个单体电池组件200而构成了燃料电池100之时，阳极侧多孔体840与其他的单体电池组件200的分离器600的阳极板300侧的面接触。
MEA810例如由利用氟树脂材料或者烃树脂材料形成的在润滑状态下具有良好的离子导电性的离子交换膜，和涂覆于其两侧的表面的催化剂层构成。催化剂层例如是含有铂或者铂与其他金属形成的合金的层。
阳极侧扩散层820和阴极侧扩散层830例如由用碳纤维形成的线织成的碳布或者碳纸或者碳毡形成。
阳极侧多孔体840和阴极侧多孔体850由金属多孔体等具有气体扩散性和导电性多孔质材料形成。阳极侧多孔体840和阴极侧多孔体850采用下述构造，即：其孔隙率比上述的阳极侧扩散层820和阴极侧扩散层830高，内部的气体流动阻力比阳极侧扩散层820和阴极侧扩散层830低的构造，如后所述作为用于反应气体流动的流路而发挥功能。
密封部件700具备支撑部710和形成于支撑部710上部的棱720。密封部件700由具有不透气性、弹性以及燃料电池的运转温度域内的耐热性的材料，例如橡胶或弹性体等弹性材料形成。具体说来，可以使用硅系橡胶、丁基橡胶、丙烯酸类橡胶、天然橡胶、氟系橡胶、乙烯丙烯系橡胶、苯乙烯系弹性体、氟系弹性体。
密封部件700的支撑部710与分离器600的阴极板400侧的面中的上述周围区域的整体接触(图2、图5)。密封部件700的支撑部710与分离器600的阴极板400侧的面之间的接触面SU(图5：粗线)，以规定的结合强度被粘合。
这里，规定的结合强度是单体电池组件200未被层叠、紧固的状态，即未被施加层叠方向的负荷的状态下的结合强度。规定的结合强度是，在如图5中箭头所示在燃料电池的运转中所设想的流体的压力作用于密封部件700的情况下，密封部件700相对于分离器600的阴极板400侧的面在沿接触面SU的方向不错位的结合强度。作为燃料电池运转中所设想的流体压力，有歧管110～160内的燃料气体压力、氧化气体压力、冷却介质压力以及供给到阴极侧扩散层830和阴极侧多孔体850的氧化气体的压力、供给到阳极侧扩散层820和阳极侧多孔体840的燃料气体的压力。
优选以所设想的最大的流体压力为基准来决定规定的结合强度。例如，燃料电池在以高负载运转时，氧化气体、燃料气体、冷却介质的压力均变得较大。另外，由于当流体流动时产生压力损失，所以流动路径的上游侧(入口侧)一方压力比下游侧(出口处)高。另外，在使用空气作为氧化气体的情况下，由于用于电化学反应的氧气在空气中仅占约20％，所以为了向阴极供给足够的氧气而常常以高压供给氧化气体。并且，即使在想要利用氧化气体的流动来向外部排出生成水的情况下，为了高效率排出生成水而常常以高压供给氧化气体。因此，在这种情况下，以高负载运转时的氧化气体的流动路径的上游侧(氧化气体供给歧管110附近)的压力作为基准，以针对这样的压力不产生错位的方式来决定接触面SU的结合强度。
具体说来，接触面SU的结合强度优选是密封线的每单位长度0.01N/mm(牛顿每毫米)以上，更优选是0.6N/m m以上。
如图4和图5中符号BB所示，支撑部710伸入单体电池构件800的端部而一体化。这样，在单体电池构件800的端部可以抑制从MEA810的阴极侧向阳极侧或者从阳极侧向阴极侧的反应气体的泄露。
如图4所示，棱720形成为分别包围单体电池构件800、各个歧管110～160。在层叠单体电池组件200而构成燃料电池100之时，棱720借助层叠方向的紧固力而与其他单体电池组件200的分离器600的阳极板300气密地接触。
根据上述说明可知，在层叠单体电池组件200而构成燃料电池100之时，密封部件700借助支撑部710的接触面SU来对其与该单体电池组件200的分离器600之间进行密封，并且借助棱720来对其与邻接的单体电池组件200的分离器600之间进行密封。这样，可以抑制燃料气体、氧化气体、冷却介质向燃料电池外部泄露或者相互混合的情况。
燃料电池的动作
参照图10针对实施例涉及的燃料电池100的动作进行说明。图10是表示燃料电池的反应气体的流动的说明图。为了易于观察附图，图10中图示了层叠有两个单体电池组件200的情况。图10中(a)表示与图9中的B-B截面对应的截面图。图10中(b)的右侧的半图表示与图9中的D-D截面对应的截面图。左侧的半图表示与图9中的C-C截面对应的截面图。
燃料电池100通过向氧化气体供给歧管110供给氧化气体，并且向燃料气体供给歧管130供给燃料气体来发电。另外，为了抑制伴随发电而产生的热量所引起的燃料电池100的温度上升，向发电中的燃料电池100的冷却介质供给歧管150供给冷却介质。
如图10中(a)中箭头所示，供给到氧化气体供给歧管110的氧化气体从氧化气体供给歧管110经过氧化气体供给流路650被供给到阴极侧多孔体850。氧化气体供给流路650由形成于上述中间板500的氧化气体的供给流路形成部542(图8)和形成于阴极板400的氧化气体供给缝隙440(图6)形成。被供给到阴极侧多孔体850的氧化气体，在作为氧化气体的流路发挥作用的阴极侧多孔体850的内部从图4、图9中的上方向下方流动。另外，氧化气体经过氧化气体排出流路660而向氧化气体排出歧管120被排出。氧化气体排出流路660由形成于上述中间板500的氧化气体的排出流路形成部544(图8)和形成于阴极板400的氧化气体排出缝隙444(图6)形成。在阴极侧多孔体850中流动的氧化气体的一部分，在与阴极侧多孔体850相接的阴极侧扩散层830的整体范围内扩散，被供于阴极反应(例如，2H++2e-+(1/2)O2→H2O)。
如图10中(b)中箭头所示，供给到燃料气体供给歧管130的燃料气体从燃料气体供给歧管130经过燃料气体供给流路630被供给到阳极侧多孔体840。燃料气体供给流路630由形成于上述中间板500的燃料气体的供给流路形成部546(图8)和形成于阳极板300的燃料气体供给缝隙350(图7)形成。供给到阳极侧多孔体840的燃料气体，在作为燃料气体的流路而发挥作用的阳极侧多孔体840的内部从图4、图9中的下方向上方流动。另外，燃料气体经过燃料气体排出流路640而向燃料气体排出歧管140被排出。燃料气体排出流路640由形成于上述中间板500的燃料气体的排出流路形成部548(图8)和形成于阳极板300的燃料气体排出缝隙354(图7)形成。在阳极侧多孔体840中流动的氧化气体的一部分，在与阳极侧多孔体840相接的阳极侧扩散层820的整体范围内扩散，被供于阳极反应(例如，H2→2H++2e-)。
供给到冷却介质供给歧管150的冷却介质，被从冷却介质供给歧管150供给到冷却介质流路670。如图9所示，冷却介质流路670，由形成于上述中间板500的冷却介质流路形成部550(图8)形成，其一端与冷却介质供给歧管150连通，另一端与冷却介质排出歧管160连通。供给到冷却介质流路670的冷却介质从冷却介质流路670的一端流动至另一端，向冷却介质排出歧管160被排出。
单体电池组件的制造方法：
参照图11和图12，说明具有上述构成的单体电池组件200的制造方法。图11是表示实施例中的单体电池组件的制造步骤的流程图。图12是用于说明实施例中的单体电池组件的制造的图。图13是表示成型模具的图。图12与图13中的F-F截面对应。
首先，准备一体成型用成型模具(步骤S202)。如图12中(a)所示，成型模具具有上模910和下模920。如图12、13所示，下模920具有与分离器600的外形一致的形状，以便能够配置分离器600。另外，如图12、图13所示，在下模920中形成有在配置了分离器600时嵌入到分离器600的各个歧管110～160的突状部PJ。在上模910中在下模920的突状部PJ的上方形成有成型材料的投入口SH。
接着，将分离器600配置于下模920(步骤S204)。本实施例中，以阳极板300侧向下，阴极板400侧向上的方式将分离器600配置于下模920。
接着，在已配置于下模920中的分离器600上配置阴极侧多孔体850(步骤S206)。将阴极侧多孔体850配置于分离器600的阴极板400侧的面中的发电区域DA(图6等)。
与已被配置的阴极侧多孔体850上重叠而配置MEGA860(步骤S208)。MEGA860是预先将阳极侧扩散层820和阴极侧扩散层830热压粘接于上述MEA810的两面进行一体化后得到的。
与已被配置的MEGA860上重叠而配置阳极侧多孔体840(步骤S210)。
在这样在分离器600的发电区域DA完全配置了单体电池构件800后，以规定的合模压力进行合模，并进行注射成型(步骤S212)。图12中(b)表示将下模920和上模910合模后的状态。在已合模的状态下，在分离器600的阴极板400侧的面中的周围区域(发电区域DA以外的区域)的上方形成空间SP，该空间SP具有上述单体电池组件200的密封部件700的形状。如图12中(b)所示，由分离器600的阴极板400侧的面、下模920和上模910的内壁面、单体电池构件800(阳极侧多孔体840和MEGA860以及阴极侧多孔体850)的端部划分出该空间SP。在该空间SP中进行注射成型。具体说来，在将作为密封部件700的成型材料的液状橡胶从上述投入口SH投入到空间SP后，进行硫化工序。
在该注射成型中，控制成型材料的投入压力，以使成型材料注入单体电池构件800的端部(图4和图5的区域BB)来将单体电池构件800和密封部件700一体化。另外，向成型材料中添加硅烷耦合剂，来保证密封部件700和分离器600的接触面SU(图5)的结合强度。在注射成型后，进行开模得到单体电池组件200。
根据以上说明的本实施例，制作密封部件700和分离器600以及单体电池构件800形成一体后的单体电池组件200，通过层叠、紧固单体电池组件200来制造燃料电池100，因此能够提高燃料电池100的组装性，同时削减制造工序。
为了便于理解，参照图14和图15说明以往的燃料电池的一例。例如，如图14所示，在以往的燃料电池中，交替地层叠分离器600和密封一体式单体电池200b。如图15所示，密封一体式单体电池200b是利用注射成型等在单体电池构件800(阳极侧多孔体840和MEGA860以及阴极侧多孔体850)的端部将密封部件700b一体成型后得到的。在这种构成中，例如，若想要构成包含100张单体电池的燃料电池，则需要分别层叠各100张的分离器600和密封一体式单体电池200b共计200张的部件。然而，在上述本实施例中，因为仅仅层叠100张的单体电池组件200即可，所以削减了制造工序。另外，对于密封部件，为了保证密封性，可以使用比较柔软具有弹性的材料，以跟随燃料电池的挠度，因此，如果是密封一体式单体电池200b那样的构成，则在层叠、紧固时密封部件700b发生变形，难于进行高精度的组装。然而，在上述本实施例中，密封部件700与刚性高的分离器600面接触而保持其形状，因此能够抑制层叠、紧固时等情况下密封部件700的变形，能够实现高精度的组装。
并且，根据本实施例，能够降低燃料电池100的层叠方向的紧固力。其结果是，能够实现在层叠方向紧固燃料电池100的紧固部件的小型化、分离器600的薄壁化以及燃料电池100的长寿命化。
如图14、图15所示，在以往的构成中，在密封一体式单体电池200b的密封部件700b的两侧(阳极侧和阴极侧)分别形成棱720b，密封部件700b和分离器600之间的密封，在两侧，均通过棱720b和分离器600之间的接触来保证。这种情况下，当向密封部件700b施加了如图15中箭头所示那样的在燃料电池的运转中所设想的流体的压力时，克服这样的负荷的力仅为棱720b和分离器600之间的静摩擦力。静摩擦力的大小与作用于层叠方向的紧固力成比例，因此为了抑制在燃料电池的运转中所设想的流体压力所引起的密封部件700b的错位，需要施加比较高的紧固力。因为在燃料电池的运转中所设想的流体压力所引起的密封部件700b的错位会导致密封不良，所以需要抑制。
然而，在本实施例中，如上所述，密封部件700与分离器600的接触面SU，在未在层叠方向施加力的状态下，具有能够承受燃料电池的运转中所设想的流体压力的结合强度。因此，不用考虑抑制密封部件700的错位，只考虑保证棱720和分离器600之间的密封性来确定燃料电池100的层叠方向的紧固力即可。其结果是，能够比以往大幅地降低燃料电池100的层叠方向的紧固力。
并且，根据本实施例，如上所述，密封部件700的阴极侧和一方隔板分离器600之间具有能够抑制燃料电池的运转中所设想的流体压力所引起的密封部件700的错位的结合强度，与此相对，密封部件700的阳极侧与另一分离器600之间只是经由棱720接触。即，密封部件700的阴极侧和一方分离器600之间的结合强度，比密封部件700的阳极侧与另一分离器600之间的结合强度显著大。其结果是，在分解层叠后的燃料电池100时，密封部件700的阳极侧与另一分离器600之间容易分离。因此，容易以单体电池组件200为单位进行分解，例如以单体电池组件200为单位更换发生了不良的单体电池变得容易等分解性、维护性得以提高。另外，因为以分离器600的单侧一张的状态一体地形成密封部件700，所以分解性得以提高。
变形例：
第一变形例：
参照图16和图17，以第一变形例来说明单体电池组件200的制造方法的变形例。图16是表示第一变形例中的单体电池组件的制造步骤的流程图。图17是用来说明第一变形例中的单体电池组件的制造的图。
第一变形例中的单体电池组件200的制造方法中的步骤S302～步骤S306与上述实施例中的单体电池组件200的制造方法中的步骤S202～206(图11)相同。
在第一变形例中的单体电池组件200的制造方法中，与实施例中的单体电池组件200的制造方法不同，MEA810、阳极侧扩散层820、阴极侧扩散层830不是作为预先热压而得到的MEGA860准备的，而是如图17中(a)所示那样分别分体准备。
另外，与步骤S306中配置的阴极侧多孔体850重叠而配置阴极侧扩散层830(步骤S308)，与阴极侧扩散层830重叠而配置MEA810(步骤S310)，并且与MEA810重叠而配置阳极侧扩散层820(步骤S312)。最后与实施例相同，与阳极侧扩散层820重叠而配置阳极侧多孔体840(步骤S314)。
这样，当在分离器600的发电区域DA完全配置了单体电池构件800时，以规定的合模压力进行合模，进行注射成型的同时进行热压(步骤S316)、图17中(b))。其结果是，在本步骤中，在MEA810的两面分别粘接阳极侧扩散层820和阴极侧扩散层830，形成MEGA860。例如，在通过加热成型模具进行注射成型中的硫化工序情况下，能够利用该热量进行热压。
根据第一变形例中的单体电池组件200的制造方法，因为在进行密封部件700的成型的同时进行热压，所以能够削减通过预先热压来制作MEGA860的工序。这里，所谓同时进行注射成型和热压，并不意味着一定在同时间进行从投入口SH投入成型材料(注射)和热压，是指在从合模到开模的一系列的注射成型工序中进行热压。
另外，如图17中(a)所示的成型模具的上模910a，与实施例不同，投入口SH不是被配置于与歧管110～160对应的部位，而是被配置于形成密封部件700的空间SP的上方。这样，能够对成型模具的样式进行各种变形，例如根据成型材料的种类、投入压力和密封部件700的形状等成型条件适当地确定投入口SH的个数、形状和尺寸等。例如，既可以将投入口SH设于下模，也可以设于上模和下模的双方。
第二变形例：
在上述实施例中，通过向密封部件700添加硅烷耦合剂，来保证密封部件700和分离器600之间的接触面SU(图5)的结合强度，但是也可以利用各种方法来保证这样的接触面中的结合强度。例如，也可以利用分子间力、共价键、氢键等的化学键合、机械上的结合等的物理结合。更具体说来，作为化学键合，除了实施例中的硅烷耦合剂之外，也可以使用底涂处理、环氧类的各种粘合剂。除了将底涂处理和粘合剂向成型材料添加之外，也可以在分离器600侧涂敷。作为物理结合，可以使用使密封部件700和分离器600的接触面SU密接而形成真空的吸盘效果等。
这里，作为第二变形例表示物理结合的一例。图18是放大表示第二变形例中的密封部件和分离器之间的接触部的图。在第二变形例中，在如上所述那样利用注射成型制作单体电池组件200之前，预先在分离器600的阴极板400侧的面中的周围区域形成槽401(图18)。例如利用划线加工、切削加工形成槽401。
之后，如上所述那样进行注射成型(图11、12)，形成密封部件700，向槽401埋入成型材料，利用所谓的加固效果将密封部件700和分离器600的接触部粘接。
形成于分离器600的表面的形状，除了槽之外也可以设置孔、使整体的表面粗糙度变粗或设置突起等。
第三变形例：
图19是放大表示第三变形例中的密封部件和分离器之间的接触部的图。这样，还可以设置粘接层730来使支撑部710和分离器600粘接。例如，当支撑部710和分离器600在材质上的粘接的匹配性不好等情况下，也可以这样经由另外的层730将支撑部710和分离器600粘接。这种情况下，密封部件700由支撑部710和棱720以及粘接层730构成。
第四变形例：
上述变形例中，使用了使单体电池构件800和密封部件700与分离器600的阴极板400侧的面一体化后得到的单体电池组件200，但是也可以替代此，而使单体电池构件800和密封部件700与分离器600的阳极板300侧的面一体化。这种情况下，将密封部件700和分离器600的阳极板300侧的面之间通过接触面SU密封，将密封部件700和阴极板400侧的面之间通过棱720密封。能够根据氧化气体和燃料气体的气体压力等燃料电池的运转条件、设计思想等适当选择使单体电池构件800和密封部件700与分离器600的哪个面一体化。例如，在上述实施例中，利用支撑部710用接触面SU密封阴极侧，由此，在气体压力容易变高的阴极侧，抑制密封材料的变形等，改善密封不良的情况。另一方面，例如，在作为设计思想优先抑制氢气的密封不良的情况下，也可以利用支撑部710用接触面SU密封阳极侧，由此，抑制与氢气有关的密封不良。
第五变形例：
在上述实施例中通过注射成型形成密封部件700，但是也可以代替此而通过压缩成型形成密封部件700。例如，可以使用如下的热硫化压缩成型等：在成型模具的空间SP中填充固态的未硫化橡胶，将成型模具合模后加热，由此进行形状成型的同时进行硫化。
其他的变形例：
上述实施例中，单体电池构件800的端部位于同一平面上，即单体电池构件800的端面由一个平面形成，但是未必一定这样。构成单体电池构件800的MEA810、阳极侧扩散层820、阴极侧扩散层830、阳极侧多孔体840、阴极侧多孔体850的端面也可以分别位于错开的位置。即，单体电池构件800的端面也可以由多个面形成。
上述实施例中，单体电池构件800的各个部件、分离器600的各个部件采用特定的材料，但是不限于这些材料，能够使用适当的各种材料。例如，使用金属多孔体形成阳极侧多孔体840和阴极侧多孔体850，但是也可以使用例如碳多孔体这样的其他材料。另外，分离器600使用金属形成，但是也可以使用例如碳这样的其他材料。
上述实施例中，分离器600是层叠三层金属板的构成，将其形状设成表面平坦的形状，但是分离器600的构成也可以是其他任意的构成，并且分离器600的形状也可以是其他任意的形状。
以上参照例示的优选的实施例详细地说明了本发明。但是，本申请的发明不限于上述说明的实施例、构成。此外，本申请的发明包括各种变形、等价构成。并且，所公开的发明的各种要素，以各种组合和构成公开，但是它们只是例示而已，各个要素既可以更多也可以更少。另外，要素也可以是一个。这些方式均包括在本申请发明的范围内。
本申请涉及到2006年11月14日申请的日本专利申请2006-307593号，并且基于该日本专利申请主张优先权，为了参照而将该日本申请的全部公开内容记入本说明书中。
Claims (16)
1.一种夹着分离器层叠单体电池构件而成的燃料电池的制造方法，
其中，包括：
在所述分离器的一面中的第一区域配置所述单体电池构件的工序；
以与所述分离器的一面中的包含所述第一区域的第二区域粘接或密接并且与所述单体电池构件的端部一体化的方式，使由弹性部件构成的密封部件成型的工序。
2.一种夹着分离器层叠单体电池构件而成的燃料电池的制造方法，
其中，包括：
在成型模具中配置所述分离器的工序；
在所述分离器的一面中的第一区域配置所述单体电池构件的工序；
在由所述分离器的一面中的包围所述第一区域的第二区域、所述单体电池构件的端部、所述成型模具所划分出的空间中，将成型材料进行注射成型或者压缩成型来使密封部件成型的工序。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的制造方法，
其中，在使所述密封部件成型的工序中，按照下述的方式形成所述密封部件，即：以密封线的每单位长度0.01N/mm以上的结合强度进行粘接或密接的方式。
4.根据权利要求1至权利要求3中任意一项所述的制造方法，
其中，还包括：
与使所述密封部件成型的工序同时，对所述单体电池构件进行热压的工序。
5.根据权利要求1至权利要求4中任意一项所述的制造方法，
其中，所述单体电池构件包括：
两面配置有催化剂层的电解质层；
在所述电解质层的两面夹着所述催化剂层而配置的气体扩散层。
6.根据权利要求5所述的制造方法，
其中，所述单体电池构件还包括：
在所述电解质层的两面夹着所述催化剂层和所述扩散层而配置的多孔体。
7.根据权利要求1至权利要求6中任意一项所述的制造方法，
其中，还包括：
将多个通过使所述密封部件成型的工序得到的组件层叠的工序；
将所述多个被层叠的组件紧固的工序。
8.一种使用权利要求1至权利要求7中任意一项所述的制造方法制造的燃料电池。
9.一种燃料电池，具备：
第一分离器；
第二分离器；
在所述第一分离器的一面中的第一区域和所述第二分离器之间配置的单体电池构件；
密封部件，其具有：与所述第一分离器中的包围所述第一区域的第二区域粘接或密接并且与所述单体电池构件的端部一体化的支撑部；形成在所述支撑部上并且与所述第二分离器相接触的棱。
10.根据权利要求9所述的燃料电池，
其中，以不会产生由于在燃料电池的运转中所设想的流体压力所引起的错位的结合强度将所述支撑部与所述第二区域粘接或密接。
11.根据权利要求10所述的燃料电池，
其中，所述结合强度是密封线的每单位长度0.01N/mm以上。
12.根据权利要求9至权利要求11中任意一项所述的燃料电池，
其中，所述密封部件中，所述支撑部为阴极侧而所述棱为阳极侧。
13.根据权利要求9至权利要求12中任意一项所述的燃料电池，
其中，所述单体电池构件包括：
两面配置有催化剂层的电解质层；
在所述电解质层的两面夹着所述催化剂层而配置的气体扩散层。
14.根据权利要求13所述的燃料电池，
其中，所述单体电池构件还包括：
在所述电解质层的两面夹着所述催化剂层和所述扩散层而配置的多孔体。
15.一种燃料电池，其特征在于，具备：
单体电池构件；
在所述单体电池构件的阴极侧配置的第一分离器；
在所述单体电池构件的阳极侧配置的第二分离器；
密封部件，其与所述单体电池构件的端部一体化，并且将所述第一分离器与所述第二分离器之间进行密封，
其中，所述密封部件与所述第一分离器之间的结合强度，和所述密封部件与所述第二分离器之间的结合强度不同。
16.一种通过被层叠多个而构成燃料电池的单体电池组件，
具备：
分离器；
单体电池构件，其被配置于所述分离器的一面中的所述第一区域；
密封部件，其具有：与所述分离器中的包含所述第一区域的第二区域粘接或密接并且与所述单体电池构件的端部一体化的支撑部；形成在所述支撑部上并且在已被层叠时与其他的单体电池组件的分离器相接触的棱。
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