JP2001332277A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単位燃料電池ごとでの交換作業等が行ない易
い燃料電池スタックを提供するものである。 【解決手段】 固体高分子電解質膜１８をアノード側拡
散電極（２２，２６）とカソード側拡散電極（２０，２
４）とで挟持して構成された燃料電池セルを、第１セパ
レータ１４及び第２セパレータ１６で挟持して単位燃料
電池１０を形成し、この単位燃料電池１０を複数個積層
して構成される燃料電池スタックＮにおいて、前記一対
のセパレータ１４，１６間には燃料電池セル１２を介し
て前記燃料電池セルの電極反応面からアノード側拡散電
極（２２，２６）又はカソード側拡散電極（２０，２
４）の外周部分への反応ガスの漏れを防止するために接
着性の液状シールＳを設け、隣接するセパレータ１４，
１６間には非接着性の液状シールＳ１を設けたことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子電解
質膜とその両側のアノード側拡散電極とカソード側拡散
電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレータ
で挟持した単位燃料電池を複数個積層して構成された燃
料電池スタックに係るものであり、特に、単位燃料電池
ごとでの交換作業等が行ない易い燃料電池スタックに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池スタックの中には、固体高分子
電解質膜とその両側のアノード側拡散電極とカソード側
拡散電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレ
ータで挟持して単位燃料電池を構成し、この単位燃料電
池を複数個積層して構成されたものがある。上記単位燃
料電池はアノード側拡散電極の反応面に燃料ガス（例え
ば、水素ガス）を供給すると、ここで水素がイオン化さ
れ、固体高分子電解質膜を介してカソード側拡散電極側
に移動する。この間に生じた電子が外部回路に取り出さ
れ、直流の電気エネルギーとして利用される。カソード
電極においては酸化ガス（例えば、酸素を含む空気）が
供給されているため、水素イオン、電子、及び酸素が反
応して水が生成される。

【０００３】この一例を図１５によって説明すると、図
において１は固体高分子電解質膜を示し、この固体高分
子電解質膜１を両側からガス拡散電極（アノード側拡散
電極とカソード側拡散電極）２，３で挟持して燃料電池
セル４が構成されている。この燃料電池セル４は周縁に
配置されたカーボンプレート５を介して、セパレータ
６，６により挟持され、これらセパレータ６と燃料電池
セル４とはシート状の両面接着剤７により接合されて単
位燃料電池を構成し、これら単位燃料電池が複数個積層
されて燃料電池スタックを構成するようになっている
（特開平９−２８９０２９号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の燃料電池ス
タックにあっては、前記シート状の両面接着剤７により
簡単に各燃料電池セル４とセパレータ６，６とを接着し
て単位燃料電池を構成し、更に、これら単位燃料電池を
簡単に積層することができるが、例えば、組立て時にお
いて一部の固体高分子電解質膜１あるいはセパレータ６
を交換する必要が生じた場合に、その部位に対応する両
面接着剤７の部位で両者を剥がして分解しなければなら
ず、作業に手間がかかるという問題がある。上記のよう
に両面接着剤７の塗布部位で両部材を剥がすと、当該交
換する部位以外の部位にも歪みが生じてしまうという問
題がある。そこで、この発明は、単位燃料電池ごとでの
交換作業等が行ない易い燃料電池スタックを提供するも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、固体高分子電解質膜
（例えば、実施形態における固体高分子電解質膜１８）
をアノード側拡散電極（例えば、実施形態におけるアノ
ード電極２２及び第２拡散層２６）とカソード側拡散電
極（例えば、実施形態におけるカソード電極２０及び第
１拡散層２４）とで挟持して構成された電極膜構造体
（例えば、実施形態における燃料電池セル１２）を、一
対のセパレータ（例えば、実施形態における第１セパレ
ータ１４及び第２セパレータ１６）で挟持して単位燃料
電池（例えば、実施形態における単位燃料電池１０）を
形成し、この単位燃料電池を複数個積層して構成される
燃料電池スタック（例えば、実施形態における燃料電池
スタックＮ）において、前記一対のセパレータ間には前
記電極膜構造体の電極反応面からアノード側拡散電極又
はカソード側拡散電極の外周部分への反応ガスの漏れを
防止するために接着性シール（例えば、実施形態におけ
る液状シールＳ）を設け、隣接する単位燃料電池の隣接
するセパレータ間には非接着性シール（例えば、実施形
態における液状シールＳ１）を設けたことを特徴とす
る。

【０００６】このように構成することで、積層された各
単位燃料電池間においては、隣接するセパレータ間に非
接着性シールが使用されているため、この部分において
容易に両セパレータを分離して、単位燃料電池を取り外
することができる。このように単位燃料電池を取り外す
場合には、一対のセパレータ間には接着性シールが使用
されているため電極膜構造体との間において剥離が生ず
ることはない。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
と共に説明する。図１はこの発明の実施形態の燃料電池
スタックＮを示すものである。上記燃料電池スタックＮ
は、燃料電池セル（電極膜構造体）１２とこれを挟持す
る第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６とで構成
される単位燃料電池１０が複数個積層されたものであ
る。燃料電池スタックＮの単位燃料電池１０の積層方向
の両端部には第１及び第２エンドプレート８０，８２が
配置されタイロッド８４を介して前記第１及び第２エン
ドプレート８０，８２が一体的に締め付け固定されてい
る。

【０００８】そして、第１エンドプレート８０には、後
述する出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに連通する孔部９
４が形成されると共に、前記第１エンドプレート８０に
継手９６を介して前記孔部９４に連通するマニホールド
管体９８が接続されている。また、第１エンドプレート
８０には、後述する出口側燃料ガス連通孔３６ｂに連通
する孔部１０４が形成され、この孔部１０４には、上述
したマニホールド管体９８と同様に構成されるマニホー
ル管体１０６が連結されている。

【０００９】前記第１，第２セパレータ１４，１６とと
もに単位燃料電池１０を構成する燃料電池セル１２は、
図２、図３に示すように固体高分子電解質膜１８と、こ
の固体高分子電解質膜１８を挟んで配設されるカソード
電極２０及びアノード電極２２とを有するとともに、前
記カソード電極２０及び前記アノード電極２２には、例
えば、多孔質層である多孔質カーボンクロス又は多孔質
カーボンペーパーからなる第１ガス拡散層２４及び第２
ガス拡散層２６が配設されている。ここで、固体高分子
電解質膜１８としては、ペルフルオロスルホン酸ポリマ
ーを用いている。また、カソード電極２０、アノード電
極２２はＰｔを主体としたものである。尚、上記カソー
ド電極２０と第１ガス拡散層２４とでカソード側拡散電
極が構成され、上記アノード電極２２と第２ガス拡散層
２４とでアノード側拡散電極が構成される。

【００１０】固体高分子電解質膜１８には、これを挟ん
で配設されるカソード電極２０及びアノード電極２２の
外周からはみ出すはみ出し部１８ａが設けられ、このは
み出し部１８ａに対応する位置に両側から第１及び第２
セパレータ１４，１６に塗布された後述する液状シール
Ｓが直接密着するようになっている。

【００１１】図４に示すように、第１セパレータ１４
は、その平面内であって外周縁部に位置する横方向両端
上部側に、水素含有ガス等の燃料ガスを通過させるため
の入口側燃料ガス連通孔３６ａと、酸素含有ガス又は空
気である酸化剤ガスを通過させるための入口側酸化剤ガ
ス連通孔３８ａとを備えている。第１セパレータ１４の
横方向両端中央側には、純水やエチレングリコールやオ
イル等の冷却媒体を通過させるための入口側冷却媒体連
通孔４０ａと、使用後の前記冷却媒体を通過させるため
の出口側冷却媒体連通孔４０ｂとが設けられている。

【００１２】また、第１セパレータ１４の平面内であっ
て外周縁部に位置する横方向両端下部側に、燃料ガスを
通過させるための出口側燃料ガス連通孔３６ｂと、酸化
剤ガスを通過させるための出口側酸化剤ガス連通孔３８
ｂとが、入口側燃料ガス連通孔３６ａ及び入口側酸化剤
ガス連通孔３８ａと対角位置になるように設けられてい
る。

【００１３】図２に示すように、第１セパレータ１４の
カソード電極２０に対向する面１４ａには、入口側酸化
剤ガス連通孔３８ａに近接して複数本、例えば、６本の
それぞれ独立した第１酸化剤ガス流路溝４２が、水平方
向に蛇行しながら重力方向に向かって設けられている。
第１酸化剤ガス流路溝４２は、３本の第２酸化剤ガス流
路溝４４に合流し、この第２酸化剤ガス流路溝４４が出
口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに近接して終端している。

【００１４】図４に示すように、第１セパレータ１４に
は、この第１セパレータ１４を貫通するとともに、一端
が面１４ａとは反対側の面１４ｂで入口側酸化剤ガス連
通孔３８ａに連通する一方、他端が前記面１４ａ側で第
１酸化剤ガス流路溝４２に連通する第１酸化剤ガス連結
流路４６と、一端が前記面１４ｂ側で出口側酸化剤ガス
連通孔３８ｂに連通する一方、他端が前記面１４ａ側で
第２酸化剤ガス流路溝４４に連通する第２酸化剤ガス連
結流路４８とが、前記第１セパレータ１４を貫通して設
けられている。

【００１５】図５、図６に示すように、第２セパレータ
１６の平面内であって外周縁部に位置する横方向両端側
には、第１セパレータ１４と同様に、入口側燃料ガス連
通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷
却媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出
口側燃料ガス連通孔３６ｂ及び出口側酸化剤ガス連通孔
３８ｂが形成されている。前記第２セパレータ１６の面
１６ａには、入口側燃料ガス連通孔３６ａに近接して複
数本、例えば、６本の第１燃料ガス流路溝６０が形成さ
れる。この第１燃料ガス流路溝６０は、水平方向に蛇行
しながら重力方向に向かって延在し、３本の第２燃料ガ
ス流路溝６２に合流してこの第２燃料ガス流路溝６２が
出口側燃料ガス連通孔３６ｂの近傍で終端している。第
２セパレータ１６には、入口側燃料ガス連通孔３６ａを
面１６ｂ側から第１燃料ガス流路溝６０に連通する第１
燃料ガス連結流路６４と、出口側燃料ガス連通孔３６ｂ
を前記面１６ｂ側から第２燃料ガス流路溝６２に連通す
る第２燃料ガス連結流路６６とが、前記第２セパレータ
１６を貫通して設けられている。

【００１６】図３、図６に示すように、第２セパレータ
１６の面１６ｂには、入口側冷却媒体連通孔４０ａ及び
出口側冷却媒体連通孔４０ｂに近接して冷却媒体流路を
構成する複数本の主流路溝７２ａ、７２ｂが形成されて
いる。主流路溝７２ａ、７２ｂ間には、それぞれ複数本
に分岐する分岐流路溝７４が水平方向に延在して設けら
れている。第２セパレータ１６には、入口側冷却媒体連
通孔４０ａと主流路溝７２ａとを連通する第１冷却媒体
連結流路７６と、出口側冷却媒体連通孔４０ｂと主流路
溝７２ｂとを連通する第２冷却媒体連結流路７８とが、
前記第２セパレータ１６を貫通して設けられている。

【００１７】ここで、図５に示すように、前記固体高分
子電解質膜１８のはみ出し部１８ａに対応する位置には
この固体高分子電解質膜１８を挟持する第２セパレータ
１６のアノード電極２２に対向する面１６ａに溝部２８
が設けられ、この溝部２８に接着性の液状シール（接着
性シール）Ｓが塗布されている。また、この第２セパレ
ータ１６の面１６ａの入口側燃料ガス連通孔３６ａ、入
口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷却媒体連通孔４
０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口側燃料ガス連
通孔３６ｂ及び出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの周囲に
も溝部３０が形成され、この溝部３０にも接着性の液状
シール（接着性シール）Ｓが塗布されている。但し、溝
部３０については、溝部２８に塗布した接着性シールに
より第１セパレータ１４と第２セパレータ１６が一体に
接着されているため、非接着性のシールを用いても良
い。ここで、前記入口側冷却媒体連通孔４０ａと出口側
冷却媒体連通孔４０ｂとの周囲の溝部３０は、各々第１
冷却媒体連結流路７６、第２冷却媒体連結流路７８を囲
むように形成されている。

【００１８】また、前記第２セパレータ１６と共に燃料
電池セル１２を挟持する第１セパレータ１４のカソード
電極２０に対向する面１４ａにも、図２に示すように前
記第２セパレータ１６の面１６ａの溝部２８及び溝部３
０に対応する位置に、溝部２８及び溝部３０が形成さ
れ、各溝部２８，３０には接着性の液状シール（接着性
シール）Ｓが塗布されている。したがって、図３、図７
に示すように、これら燃料電池セル１２を挟持する第１
セパレータ１４と第２セパレータ１６との溝部２８，３
０に塗布された各液状シールＳが、溝部２８の液状シー
ルＳにあっては前記はみ出し部１８ａを両側から向かい
合う位置で挟持して直接密着し燃料電池セル１２の周囲
をシールし、溝部３０の液状シールＳにあっては互いに
密着して各連通孔３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂ，４
０ａ，４０ｂの周囲をシールするようになっている。

【００１９】図６に示すように、前記第２セパレータ１
６の面１６ｂには、複数の単位燃料電池１０を積層した
際に前記第１セパレータ１４の面１４ｂに対向する位置
であって、分岐流路溝７４の周囲を取り囲む溝部３４が
設けられ、この溝部３４に非接着性の液状シール（非接
着性シール）Ｓ１が塗布されている。また、この第２セ
パレータ１６の面１６ｂの入口側燃料ガス連通孔３６
ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷却媒体連
通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口側燃料
ガス連通孔３６ｂ及び出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの
周囲にも溝部３５が形成され、この溝部３５には非接着
性の液状シール（非接着性シール）Ｓ１が塗布されてい
る。

【００２０】ここで、前記入口側燃料ガス連通孔３６ａ
と出口側燃料ガス連通孔３６ｂとの周囲の溝部３５は、
各々第１燃料ガス連結流路６４、第２燃料ガス連結流路
６６を囲むように形成されている。また、入口側酸化剤
ガス連通孔３８ａと出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂとの
周囲の溝部３５は前記第１セパレータ１４の面１４ｂの
入口側酸化剤ガス連通孔３８ａと出口側酸化剤ガス連通
孔３８ｂとを囲むように設けられている。

【００２１】このようにして、単位燃料電池１０を積層
した場合に、第１セパレータ１４の面１４ｂと第２セパ
レータ１６の面１６ｂとを重合すると、入口側燃料ガス
連通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側
冷却媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、
出口側燃料ガス連通孔３６ｂ及び出口側酸化剤ガス連通
孔３８ｂの周囲と分岐流路溝７４の周囲で第２セパレー
タ１６側の各液状シールＳ１が第１セパレータ１４の面
１４ｂに密着することで、第１セパレータ１４と第２セ
パレータ１６との水密性を確保している。

【００２２】ここで、前記液状シールＳ、Ｓ１は熱硬化
型フッ素系あるいは熱硬化型シリコンからなり、塗布し
た状態で断面形状が変化しない程度の粘度を有し、塗布
後にある程度の弾性を保持して硬化するものである。こ
こで、前記接着性のシールである液状シールＳとして
は、例えば、後述する側鎖に接着に関与する水酸基を有
する熱硬化型フッ素系シール剤や熱硬化型シリコンシー
ル剤を使用することができ、前記非接着性のシールであ
る液状シールＳ１としては、例えば、後述する熱硬化型
フッ素系シール剤を使用することができる。

【００２３】このように構成される単位燃料電池１０の
動作について、以下に説明する。単位燃料電池１０に
は、燃料ガス、例えば、炭化水素を改質した水素を含む
ガスが供給されるとともに、酸化剤ガスとして空気又は
酸素含有ガス（以下、単に空気ともいう）が供給され、
更にその発電面を冷却するために、冷却媒体が供給され
る。単位燃料電池１０の入口側燃料ガス連通孔３６ａに
供給された燃料ガスは、図３に示すように、第１燃料ガ
ス連結流路６４を介して面１６ｂ側から面１６ａ側に移
動し、この面１６ａ側に形成されている第１燃料ガス流
路溝６０に供給される。

【００２４】第１燃料ガス流路溝６０に供給された燃料
ガスは、第２セパレータ１６の面１６ａに沿って水平方
向に蛇行しながら重力方向に移動する。その際、燃料ガ
ス中の水素含有ガスは、第２ガス拡散層２６を通って燃
料電池セル１２のアノード側電極２２に供給される。そ
して、未使用の燃料ガスは、第１燃料ガス流路溝６０に
沿って移動しながらアノード側電極２２に供給される一
方、図５に示す第２燃料ガス流路溝６２を介して第２燃
料ガス連結流路６６に導入され、面１６ｂ側に移動した
後に図２に示す出口側燃料ガス連通孔３６ｂに排出され
る。

【００２５】また、単位燃料電池１０内の入口側酸化剤
ガス連通孔３８ａに供給された空気は、図３に示すよう
に第１セパレータ１４の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ
に連通する第１酸化剤ガス連結流路４６を介して第１酸
化剤ガス流路溝４２に導入される。第１酸化剤ガス流路
溝４２に供給された空気は、水平方向に蛇行しながら重
力方向に移動する間、この空気中の酸素含有ガスが第１
ガス拡散層２４からカソード側電極２０に供給される。
一方、未使用の空気は、図２に示すように第２酸化剤ガ
ス流路溝４４を介して第２酸化剤ガス連結流路４８から
出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに排出される。これによ
り、単位燃料電池１０で発電が行なわれ、例えば、図示
しないモータに電力が供給されることになる。

【００２６】更にまた、単位燃料電池１０に供給された
冷却媒体は、図２に示すように入口側冷却媒体連通孔４
０ａに導入された後、図６に示すように、第２セパレー
タ１６の第１冷却媒体連結流路７６を介して面１６ｂ側
の主流路溝７２ａに供給される。冷却媒体は、主流路溝
７２ａから分岐する複数本の分岐流路溝７４を通って燃
料電池セル１２の発電面を冷却した後、主流路溝７２ｂ
に合流する。そして、使用後の冷却媒体は、第２冷却媒
体連結流路７８を通って出口側冷却媒体連通孔４０ｂか
ら排出される。

【００２７】次に、第１，第２セパレータ１４，１６の
積層手順の各態様について説明する。尚、以下の説明で
は溝２８及び溝３４に塗布される液状シールＳ，Ｓ１に
ついて説明し、溝２８に液状シールＳが塗布される際に
同様に溝３０に塗布される液状シールＳと、溝３４に液
状シールＳ１が塗布される際に同様に溝３５に塗布され
る液状シールＳ１についての説明は省略する。また、液
状シールＳ，Ｓ１が円形断面で示す場合は塗布した状態
を示し、４角（図７に示す場合）又は６角形断面で示す
場合は圧着して硬化した状態を示す。そして、以下の説
明中に非接着と説明するものには後述する低接着性のも
のを含むこととする。

【００２８】図８に示す第１の態様では、先ず第２セパ
レータ１６の面１６ｂの溝３４に液状シールＳ１を塗布
する。この液状シールＳ１は接着性のシールである。次
に、テフロン（登録商標）コーティングを施した離型治
具Ｒ（鎖線で示す）を用いて、上記溝３４に塗布した液
状シールＳ１を圧着して加熱し硬化させる。これによ
り、上記接着性のシールが硬化することで溝３４に対し
ては接着（Ｓａ側）している液状シールＳ１は離型治具
Ｒ側（Ｓｂ側）では、後述するようにせん断接着強さが
小さくなり非接着性のシールとなる。ここで、上記非接
着シール、接着シールは、使用される時点におけるせん
断接着強さにより判別されるのであって、接着剤の種類
により分類するものではない。そして、この第２セパレ
ータ１６の溝２８側に液状シールＳを塗布し、もう一方
の液状シールＳを溝２８に塗布した第１セパレータ１４
との間で燃料電池セル１２を挟持して、各液状シールＳ
で固体高分子電解質膜１８を挟みこんだ状態で液状シー
ルＳを加熱して硬化することにより単位燃料電池１０の
組み付けを終える。

【００２９】したがって、この態様は燃料電池スタック
Ｎの製造方法として以下のように表すことができる。固
体高分子電解質膜（例えば、実施形態における固体高分
子電解質膜１８）をアノード側拡散電極（例えば、実施
形態におけるアノード電極２２及び第２拡散層２６）と
カソード側拡散電極（例えば、実施形態におけるカソー
ド電極２０及び第１拡散層２４）とで挟持して構成され
た電極膜構造体（例えば、実施形態における燃料電池セ
ル１２）を、一対のセパレータ（例えば、実施形態にお
ける一方の第１セパレータ１４と他方の第２セパレータ
１６）で挟持して単位燃料電池（例えば、実施形態にお
ける単位燃料電池１０）を形成し、この単位燃料電池を
複数個積層して構成される燃料電池スタック（例えば、
実施形態における燃料電池スタックＮ）の製造方法にお
いて、他方のセパレータの面であって、隣接する一方の
セパレータ側の面（例えば、実施形態における面１６
ｂ）の所定位置（例えば、実施形態における溝３４）に
接着性の液状シール（例えば、実施形態における液状シ
ールＳ１）を塗布し、離型性のある治具（例えば、実施
形態における離型治具Ｒ）により前記接着性シールを圧
着して加熱硬化し上記接着性シールを非接着性の液状シ
ールとし、次いで、上記他方のセパレータの面であっ
て、電極膜構造体側の面（例えば、実施形態における面
１６ａ）の所定位置（例えば、実施形態における溝２
８）に接着性の液状シール（例えば、実施形態における
液状シールＳ）を塗布し、前記一方のセパレータの面の
うち電極膜構造体側の面（例えば、実施形態における面
１４ａ）の所定位置（例えば、実施形態における溝２
８）に塗布した接着性の液状シールとの間で電極膜構造
体を挟持して加熱硬化し、これらを積層したことを特徴
としている。

【００３０】このように構成することで、他方のセパレ
ータの液状シールとこれに積層される一方のセパレータ
とが容易に剥がれるため分解再組立が容易となる効果が
ある。

【００３１】したがって、上記ユニットを積層して燃料
電池スタックＮを製造した場合に、前記離型治具Ｒを用
いて圧着固化した液状シールＳ１の部分では、第１セパ
レータ１４を容易に剥がすことができるため、例えば、
特定の固体高分子電解質膜１８を交換しなければならな
いような場合や、第１セパレータ１４、第２セパレータ
１６を交換しなければならないような場合に単位燃料電
池１０ごと取り付け、取り外しができ、分解再組立てを
容易に行なうことができるリビルド性に優れている。こ
こで燃料電池セル１２を挟持する第１セパレータ１４と
第２セパレータ１６との間には接着性の液状シールＳが
用いられているため、分解再組立て時にこの部分におい
て剥がれを起こすようなことはない。また、上記液状シ
ールＳ１は第２セパレータ１６の溝３４に接着されてい
るので、これが組付時に脱落することはない。

【００３２】次に、図９に示す第２の態様を説明する。
先ず、第２セパレータ１６の面１６ｂの溝３４に非接着
性のシールである液状シールＳ１を塗布する。次に、第
２セパレータ１６の面１６ｂに第１セパレータ１４を面
１４ｂを重ね合わせて、液状シールＳ１を硬化する。そ
して、第２セパレータ１６の面１６ａの溝２８に接着性
のシールである液状シールＳを塗布して、予め溝２８に
液状シールＳを塗布した第１セパレータ１４と第２セパ
レータ１６との間に燃料電池セル１２を挟持して液状シ
ールＳを加熱して硬化させ、単位燃料電池１０を組立て
ることができる。

【００３３】したがって、この態様は燃料電池スタック
Ｎの製造方法として以下のように表すことができる。固
体高分子電解質膜（例えば、実施形態における固体高分
子電解質膜１８）をアノード側拡散電極（例えば、実施
形態におけるアノード電極２２及び第２拡散層２６）と
カソード側拡散電極（例えば、実施形態におけるカソー
ド電極２０及び第１拡散層２４）とで挟持して構成され
た電極膜構造体（例えば、実施形態における燃料電池セ
ル１２）を、一対のセパレータ（例えば、実施形態にお
ける一方の第１セパレータ１４と他方の第２セパレータ
１６）で挟持して単位燃料電池（例えば、実施形態にお
ける単位燃料電池１０）を形成し、この単位燃料電池を
複数個積層して構成される燃料電池スタック（例えば、
実施形態における燃料電池スタックＮ）の製造方法にお
いて、他方のセパレータの面であって、隣接する一方の
セパレータ側の面（例えば、実施形態における面１６
ｂ）の所定位置（例えば、実施形態における溝３４）
に、非接着性の液状シール（例えば、実施形態における
液状シールＳ１）を塗布し、ここに一方のセパレータを
重ね合わせ、前記液状シールを硬化し、他方のセパレー
タの面であって、電極膜構造体側の面（例えば、実施形
態における面１６ａ）の所定位置（例えば、実施形態に
おける溝２８）に接着性の液状シール（例えば、実施形
態における液状シールＳ）を塗布し、この前記一方のセ
パレータの面のうち電極膜構造体側の面（例えば、実施
形態における面１４ａ）の所定位置（例えば、実施形態
における溝２８）に塗布した接着性の液状シールとの間
で燃料電池セル１２を挟持して加熱硬化し、これらを積
層したことを特徴としている。

【００３４】このように構成することで、他方のセパレ
ータの液状シールとこれに積層される一方のセパレータ
とが容易に剥がれるため分解再組立が容易となる効果が
ある。

【００３５】したがって、この態様においても上記ユニ
ットを積層して燃料電池スタックＮを製造した場合に、
隣接する第１セパレータ１４と第２セパレータ１６とが
非接着性のシールである液状シールＳ１によりシールさ
れているため、この部位を境にした分解再組立てが容易
である。また、第１セパレータ１４と第２セパレータ１
６との間には接着性の液状シールＳが用いられているた
め、この部分において剥がれを起こすようなことはな
い。

【００３６】次に、図１０に示す第３の態様を説明す
る。先ず、第１セパレータ１４の溝２８に接着性のシー
ルである液状シールＳを塗布し、第２セパレータ１６の
面１６ａの溝２８に接着性のシールである液状シールＳ
を、また、面１６ｂの溝３４に非接着性のシールである
液状シールＳ１を塗布する。そして、燃料電池セル１２
と第２セパレータ１６とを第１セパレータ１４で挟持し
て複数組積層後加熱して硬化する。

【００３７】したがって、この態様は燃料電池スタック
Ｎの製造方法として以下のように表すことができる。固
体高分子電解質膜（例えば、実施形態における固体高分
子電解質膜１８）をアノード側拡散電極（例えば、実施
形態におけるアノード電極２２及び第２拡散層２６）と
カソード側拡散電極（例えば、実施形態におけるカソー
ド電極２０及び第１拡散層２４）とで挟持して構成され
た電極膜構造体（例えば、実施形態における燃料電池セ
ル１２）を、一対のセパレータ（例えば、実施形態にお
ける一方の第１セパレータ１４と他方の第２セパレータ
１６）で挟持して単位燃料電池（例えば、実施形態にお
ける単位燃料電池１０）を形成し、この単位燃料電池を
複数個積層して構成される燃料電池スタック（例えば、
実施形態における燃料電池スタックＮ）の製造方法にお
いて、一方のセパレータの面のうち電極膜構造体側の面
（例えば、実施形態における面１４ａ）の所定位置（例
えば、実施形態における溝２８）に接着性の液状シール
（例えば、実施形態における液状シールＳ）を塗布し、
他方のセパレータの面であって、隣接する一方のセパレ
ータ側の面（例えば、実施形態における面１６ｂ）の所
定位置（例えば、実施形態における溝３４）に非接着性
の液状シール（例えば、実施形態における液状シールＳ
１）を塗布し、他方のセパレータの面であって、電極膜
構造体側の面（例えば、実施形態における面１６ａ）の
所定位置（例えば、実施形態における溝２８）に接着性
の液状シール（例えば、実施形態における液状シール
Ｓ）を塗布し、電極膜構造体と他方のセパレータとを一
方のセパレータ間で挟持して複数組積層した状態で加熱
硬化することを特徴としている。

【００３８】このように構成することで、他方のセパレ
ータの液状シールとこれに積層される一方のセパレータ
とが容易に剥がれるため分解再組立が容易となる効果が
ある。また，前記第１、第２の態様のように工程を２つ
に分けることなく１度に接着性と非接着性の液状シール
を硬化できるため工程を削減することができ、生産性に
優れているという効果がある。

【００３９】したがって、この態様においても上記ユニ
ットを積層して燃料電池スタックＮを製造した場合に、
隣接する第１セパレータ１４と第２セパレータ１６とが
非接着性のシールである液状シールＳ１により接着され
ているため単位燃料電池１０ごとの分解再組立てが容易
である。また、燃料電池セル１２を挟持している液状シ
ールＳにおいては剥離が生じることがないため、この部
位において剥がれが生ずることはない点は前記各態様と
同様である。この態様においては、先の第１、第２の態
様のように工程を２つに分けることなく１度に液状シー
ルＳ，Ｓ１を硬化できるので工程を削減することができ
生産性に優れている。

【００４０】次に、図１１に示す第４の態様を説明す
る。先ず、第２セパレータ１６の面１６ａの溝２８に接
着性のシールである液状シールＳを塗布する。そして、
この第２セパレータ１６と、予め接着性のシールである
液状シールＳを溝２８に塗布した第１セパレータ１４と
により、燃料電池セル１２を挟持して前記両液状シール
Ｓを接着後加熱して硬化させ単位燃料電池１０を組立て
る。そして、第２セパレータ１６の面１６ｂの溝３４に
非接着性のシールである固体シールＫＳ１をセットす
る。尚、この固体シールＫＳ１は溝３４に対して接着す
ることができる。

【００４１】したがって、この態様は燃料電池スタック
Ｎの製造方法として以下のように表すことができる。固
体高分子電解質膜（例えば、実施形態における固体高分
子電解質膜１８）をアノード側拡散電極（例えば、実施
形態におけるアノード電極２２及び第２拡散層２６）と
カソード側拡散電極（例えば、実施形態におけるカソー
ド電極２０及び第１拡散層２４）とで挟持して構成され
た電極膜構造体（例えば、実施形態における燃料電池セ
ル１２）を、一対のセパレータ（例えば、実施形態にお
ける一方の第１セパレータ１４と他方の第２セパレータ
１６）で挟持して単位燃料電池（例えば、実施形態にお
ける単位燃料電池１０）を形成し、この単位燃料電池を
複数個積層して構成される燃料電池スタック（例えば、
実施形態における燃料電池スタックＮ）の製造方法にお
いて、他方のセパレータの面であって、電極膜構造体側
の面（例えば、実施形態における面１６ａ）の所定位置
（例えば、実施形態における溝２８）に接着性の液状シ
ール（例えば、実施形態における液状シールＳ）を塗布
し、一方のセパレータの面のうち電極膜構造体側の面
（例えば、実施形態における面１４ａ）の所定位置（例
えば、実施形態における溝２８）に接着性の液状シール
（例えば、実施形態における液状シールＳ）を塗布し、
これら一方のセパレータと他方のセパレータとにより電
極膜構造体を挟持して両液状シールを互いに接着後加熱
して硬化し、他方のセパレータの面であって、隣接する
一方のセパレータ側の面（例えば、実施形態における面
１６ｂ）の所定位置（例えば、実施形態における溝３
４）に一方のセパレータ側の面が非接着性の固体シール
（例えば、実施形態における固体シールＫＳ１）をセッ
トし、これらを積層することを特徴としている。

【００４２】このように構成することで、他方のセパレ
ータの固体シールとこれに積層される一方のセパレータ
とが容易に剥がれるため分解再組立が容易となる効果が
ある。また、固体シールは、外部で予め成形しているた
め、組立て時において所定位置にセットするだけでよ
く、液状のシールを用いた場合のように塗布する工程が
省略でき生産性を向上できる。

【００４３】したがって、この態様においても、上記ユ
ニットを積層して燃料電池スタックＮを製造した場合
に、固体シールＫＳ１において容易に分解再組立てが可
能となるため、単位燃料電池１０ごとの交換が容易とな
りリビルド性に優れている。また、この固体シールＫＳ
１は外部で予め成形してこの溝３４にセットするだけで
済むので、液状シールを用いた場合のように塗布する工
程が省略でき生産性を向上できる。そして、燃料電池セ
ル１２を挟持する部分においては接着性のシールである
液状シールＳを用いているため、この部分において分解
再組立ての際に剥がれを起こすようなことはない。この
ようにして、上述した態様で積層された第１セパレータ
１４、燃料電池セル１２及び第２セパレータ１６を複数
組積層して前記第１、第２エンドプレート８０，８２に
より締め付けて燃料電池スタックＮを組立てるのであ
る。

【００４４】ここで、図１２、図１３に示すように、２
つのセパレータＳＰが液状シールＳＳにより接着された
場合におけるせん断強度測定を行なった。測定は２つの
セパレータＳＰの長さ方向における重合しろを２０ｍ
ｍ、幅方向における重合しろを２５ｍｍに設定し、長さ
方向で引張り速度５０ｍｍ／ｍｉｎで行なった。尚、使
用された液状シール剤及びセパレータ材を表１に示す。
ここで、シール剤は熱硬化型フッ素系シール剤１と熱硬
化型フッ素系シール剤２は１２０℃で３時間で硬化させ
た。また、熱硬化型シリコンシール剤は１２０℃で１時
間で硬化させた。一方、セパレータ材は、モールドカー
ボンはカーボン粉８０％でフェノール樹脂２０％のもの
を使用し、焼成カーボンは焼成カーボン板を切削加工し
たものを使用した。

【００４５】

【表１】

【００４６】実験結果を図１４に示す。図１４は縦軸に
せん断接着強さ（ｋｇｆ／ｃｍ２）を、横軸に使用した
材料を示したものである。この実験結果によれば、熱硬
化型フッ素系シール剤１を用いた場合には、セパレータ
の材料としてモールドカーボン、焼成カーボン、ＳＵＳ
３１６（ステンレス材）、ＡＬのいずれを用いた場合で
あっても、塗布した後加熱して硬化させてから上記の引
張り速度でテストした際にセパレータは破損してもどの
接着部位においても剥がれは生じなかった。また、熱硬
化型シリコンシール剤（付加反応タイプ）を用いた場合
でも同様の結果が得られた。

【００４７】 ここで、上記熱硬化型シリコンシール
剤を用いた場合には、モールドカーボン、燒結カーボン
に対するせん断接着強さは最低で２ｋｇｆ／ｃｍ２であ
ったので、単位燃料電池もしくは数組の単位燃料電池単
位でモジュール化する場合に、セパレータとのせん断接
着強さが２ｋｇｆ／ｃｍ２以上であれば、取り扱い上剥
離することなく積層、脱着が可能と判断できる。つま
り、接着性シールとはせん断接着強さが２ｋｇｆ／ｃｍ
２以上のものを示す。

【００４８】一方、熱硬化型フッ素系シール剤２におい
ては接着官能基をほとんど有さないタイプを使用したの
で、実際に焼成カーボンセパレータやモールドカーボン
セパレータに塗布し、単位燃料電池として液状シールを
硬化させて組立てた後に手でセパレータを横方向に引き
剥がそうとすると簡単に引き剥がせた。上記熱硬化型フ
ッ素系シール剤２の上記各セパレータ材に対するせん断
接着強さは、０〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ２であることか
ら、０．５ｋｇｆ／ｃｍ２以下であれば、燃料電池スタ
ックに不良が発覚したとしても、容易に不良な単位電池
１０を取り除くことができる。すなわち、非接着シール
とはせん断接着強さが０．５ｋｇｆ／ｃｍ２以下である
ものを示す。また、せん断接着強さが０．５〜２ｋｇｆ
／ｃｍ２の範囲はものは低接着シールとして非接着シー
ルに含めるものとする。

【００４９】ここで、前述したように上記非接着シー
ル、接着シールは、使用される時点におけるせん断接着
強さにより判別されるのであって、接着剤の種類により
分類するものではない。したがって、塗布した後その部
分にセパレータを密着して加熱硬化した場合にせん断接
着強さが２ｋｇｆ／ｃｍ２以上である接着性のシール材
であっても、塗布して加熱硬化した後一定時間放置して
から、セパレータを密着して使用すると、その部分にお
けるせん断接着強さが２ｋｇｆ／ｃｍ２よりも小さくな
っている場合には、非接着性シール（低接着シール）と
なるのである。

【００５０】上記実施形態によれば、前記第１セパレー
タ１４及び第２セパレータ１６間には燃料電池セル１２
を介して前記燃料電池セル１２の電極反応面を構成する
アノード電極２２及び第２拡散層２６と、カソード電極
２０及び第１拡散層２４との外周部分への反応ガスの漏
れを防止するために接着性のシールである液状シールＳ
を設け、隣接する第１セパレータ１４の面１４ｂと第２
セパレータ１６の面１６ｂとの間には非接着性のシール
である液状シールＳ１、あるいは、固体シールＫＳ１を
設けたため、積層された前記単位燃料電池１０間におい
ては、非接着性のシールである液状シールＳ１を塗布し
ている部分において互いに隣接する第１セパレータ１４
と第２セパレータ１６を容易に分離することができる。

【００５１】したがって、例えば、第１セパレータ１
４、第２セパレータ１６が破損するなどして単位燃料電
池１０を交換しなければならないような場合に、隣接す
る第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間にお
いて上記分解再組立てを容易に行なうことができるリビ
ルド性に優れている。尚、ここで燃料電池セル１２を挟
持する第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間
には接着性の液状シールＳが用いられているため、分解
再組立て時にこの部分において剥がれを起こすようなこ
とはない。

【００５２】また、前記固体高分子電解質膜１８の周囲
に設けたはみ出し部１８ａに直接的に密着する液状シー
ルＳが固体高分子電解質膜１８と第１，第２セパレータ
１４，１６との間で形状変化してシール寸法のバラツキ
に追従し、各溝部２８，３０，３４，３５内において一
定の面圧を確保した状態で両者間に隙間なく介在して両
者間の気密性を確保することができるため、第１，第２
セパレータ１４，１６と燃料電池セル１２との間で全周
に渡って均一なシール反力が得られ、均一なシール性を
確保することができる。したがって、液状シールＳによ
る寸法誤差に対する追従性の良さから、第１，第２セパ
レータ１４，１６や燃料電池セル１２のとりわけ厚さ方
向での寸法管理を厳密に行なう必要がなく、寸法精度管
理が容易となりコストダウンを図ることができる。

【００５３】また、第１，第２セパレータ１４，１６の
溝部２８に塗布された液状シールＳは、溝部２８内で一
定の幅を維持した状態で、前記固体高分子電解質膜１８
のはみ出し部１８ａに密着して、シール寸法に応じて変
形することができるため、第１，第２セパレータ１４，
１６により燃料電池セル１２を挟持するだけで、シール
部分における気密性を確保できる。

【００５４】そして、第１，第２セパレータ１４，１６
と固体高分子電解質膜１８のはみ出し部１８ａとの間の
シール寸法のバラツキを液状シールＳが吸収することに
より、各セパレータ１４，１６に偏った力が作用するの
を防止できるため、各セパレータ１４，１６の薄肉化を
図ることができ、全体として軽量かつ小型化することが
できる。よって配置スペースに制限があり、できる限り
各セパレータ１４，１６を薄型化する必要がある車両用
として用いられた場合に好適である。

【００５５】また、液状シールＳを固体高分子電解質膜
１８に対して直接的に密着させるため、例えば、燃料電
気セル１２の周囲に額縁状の枠体を設ける場合に比較し
て部品点数、組付け工数を削減できる点で有利である。
そして、固体高分子電解質膜１８に対する液状シールＳ
の面圧も均一になり、固体高分子電解質膜１８が偏った
力を受けることもない。尚、固体高分子電解質膜１８が
波を打ったような場合でもこれに合わせて変形できるた
め、固体高分子電解質膜１８にしわが発生するようなこ
ともない。

【００５６】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載した発明によれば、積層された前記単位燃料電池間に
おいては、隣接するセパレータ間に非接着性シールが使
用されているため、この部分において容易に両セパレー
タを分離することができるため、例えば、燃料電池スタ
ックを組立てた後において、単位燃料電池を交換したい
ような場合においても容易に該当する単位燃料電池を取
り外すことができ、リビルド性に優れているという効果
がある。また、このように単位燃料電池を取り外す場合
には、一対のセパレータ間には接着性シールが使用され
ているため電極膜構造体との間において剥離が生ずるこ
とはなく、問題がない単位燃料電池内において各拡散電
極とセパレータとの間で剥離が起きることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施形態の全体組立図である。

【図２】 この発明の実施形態の要部分解斜視図であ
る。

【図３】 図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】 この発明の実施形態の第１セパレータの図２
のＢ矢視図である。

【図５】 この発明の実施形態の第２セパレータの図２
のＣ矢視図である。

【図６】 この発明の実施形態の第２セパレータの図２
のＤ矢視図である。

【図７】 この発明の実施形態の図３の部分拡大図であ
る。

【図８】 この発明の実施形態の積層手順の第１態様を
示す説明図である。

【図９】 この発明の実施形態の積層手順の第２態様を
示す説明図である。

【図１０】 この発明の実施形態の積層手順の第３態様
を示す説明図である。

【図１１】 この発明の実施形態の積層手順の第４態様
を示す説明図である。

【図１２】 実験状況を示す側面説明図である。

【図１３】 図１２のＸ矢視図である。

【図１４】 実験結果を示すグラフ図である。

【図１５】 従来技術の断面図である。

【符号の説明】

１０ 単位燃料電池 １２ 燃料電池セル（電極膜構造体） １４ 第１セパレータ １６ 第２セパレータ １８ 固体高分子電解質膜 ２０ カソード電極 ２２ アノード電極 ２４ 第１ガス拡散層 ２６ 第２ガス拡散層 Ｎ 燃料電池スタック Ｓ 液状シール（接着性シール） Ｓ１ 液状シール（非接着性シール）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末永 寿彦 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 波多野 治巳 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC08 CX07

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体高分子電解質膜をアノード側拡散電
   極とカソード側拡散電極とで挟持して構成された電極膜
   構造体を、一対のセパレータで挟持して単位燃料電池を
   形成し、この単位燃料電池を複数個積層して構成される
   燃料電池スタックにおいて、前記一対のセパレータ間に
   は前記電極膜構造体の電極反応面からアノード側拡散電
   極又はカソード側拡散電極の外周部分への反応ガスの漏
   れを防止するために接着性シールを設け、隣接する単位
   燃料電池の隣接するセパレータ間には非接着性シールを
   設けたことを特徴とする燃料電池スタック。