JP2009212032A - 燃料電池スタックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタックを製造する際に、燃料電池スタックを構成する複数のセルモジュールにおいて、各膜電極接合体に加わる荷重のばらつきを抑制する。
【解決手段】膜電極接合体を備えるセルモジュールに、セルモジュールの初期クリープを進行させるエージング処理を施すエージング処理工程（ステップＳ１００，１１０）と、エージング処理が施された複数のセルモジュールを、それぞれの膜電極接合体の含水量が所定範囲内の値になるように管理する含水量管理工程（ステップＳ１２０，１５０）と、含水量が管理された複数のセルモジュールを、含水量が管理された環境下で積層する積層工程（ステップＳ１６０，１７０，１８０）と、積層された複数のセルモジュールを、複数のセルモジュールの積層方向に所定の締結荷重を加えた状態で、所定の締結部材を用いて締結する締結工程（ステップＳ１９０）と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池スタックの製造方法に関するものである。

燃料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、酸素）との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を備えるセルモジュールを、複数積層させて構成された燃料電池スタックがある。

そして、この燃料電池スタックを製造する際には、各セルモジュールからの反応ガス（燃料ガス、および、酸化剤ガス）や、冷却媒体の漏洩を防止するため、および、燃料電池スタックを構成する部材同士の接触抵抗を低減するために、複数のセルモジュールは、これらの積層方向に締結荷重が加えられた状態で、締結部材を用いて締結される。このため、各セルモジュールを構成する部材には、上記締結荷重によって、経時的にクリープ（変形）が生じる。そして、このクリープ量の変化率は、一般に、燃料電池スタックの製造後の初期の段階で大きい。

そこで、従来、セルモジュールに対して初期クリープを進行させるエージング処理を施した後に、複数のセルモジュールを締結する技術が提案されている。

特開２００６−２９４４９２号公報 特表２００５−５２４２１４号公報

ところで、セルモジュールが備える膜電極接合体は、膜電極接合体の含水量に応じて、膨張・収縮する、すなわち、膜厚が変化する。このため、燃料電池スタックでは、複数のセルモジュールの積層方向に締結荷重を加えた際に、各膜電極接合体の含水量に応じて、各膜電極接合体の表面に対して垂直方向に加わる荷重にバラツキが生じることになる。しかし、従来、この各膜電極接合体に加わる荷重のバラツキについては、何ら考慮されておらず、燃料電池スタックの製造後、所望の締結荷重が得られない場合があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックを製造する際に、燃料電池スタックを構成する複数のセルモジュールにおいて、各膜電極接合体に加わる荷重のばらつきを抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］燃料電池スタックの製造方法であって、電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を備えるセルモジュールに、少なくとも前記セルモジュールの表面に対して略垂直方向に荷重を加えることによって、前記セルモジュールの初期クリープを進行させるエージング処理を施すエージング処理工程と、前記エージング処理工程によって前記エージング処理が施された複数の前記セルモジュールを、それぞれの前記膜電極接合体の含水量が所定範囲内の値になるように管理する含水量管理工程と、前記含水量管理工程によって前記含水量が管理された前記複数のセルモジュールを、前記含水量が管理された環境下で積層する積層工程と、前記積層工程によって積層された前記複数のセルモジュールを、該複数のセルモジュールの積層方向に所定の締結荷重を加えた状態で、所定の締結部材を用いて締結する締結工程と、を備える製造方法。

適用例１の燃料電池スタックの製造方法では、燃料電池スタックを構成する複数のセルモジュールに上記エージング処理を施した後、各セルモジュールがそれぞれ備える膜電極接合体の含水量が所定範囲内の値になるように管理される。なお、上記エージング処理は、単一のセルモジュールごとに施すようにしてもよいし、一度に複数のセルモジュールに対して施すようにしてもよい。膜電極接合体の含水量の管理は、例えば、セルモジュール（膜電極接合体）を、温度、および、湿度が管理された環境下で保存することによって、容易に行うことができる。また、一般に、複数の膜電極接合体は、それらの膜厚が一定になるように製造されている。このため、上記含水量管理工程によって、複数のセルモジュールにおける各膜電極接合体の膜厚を、所定範囲内の値に管理することができる。そして、各膜電極接合体の含水量が管理された環境下で、複数のセルモジュールが積層され、締結部材を用いて締結される。したがって、本適用例の製造方法によって、燃料電池スタックを製造する際に、燃料電池スタックを構成する複数のセルモジュールにおいて、所望の締結荷重を付与しつつ、各膜電極接合体に加わる荷重のばらつきを抑制することができる。

［適用例２］適用例１記載の製造方法であって、前記エージング処理工程は、複数の前記セルモジュールを積層し、前記複数のセルモジュールの積層方向に前記荷重を加えた状態で、前記アノードに燃料ガスを供給するとともに、前記カソードに酸化剤ガスを供給して発電を行う発電工程を含む、製造方法。

適用例２の燃料電池スタックの製造方法では、エージング処理工程において発電を行うので、発電時に発生する熱によって、エージング処理を加速することができる。また、発電時に燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって生成された生成水を、膜電極接合体に含水させることができる。

［適用例３］適用例２記載の製造方法であって、前記含水量管理工程は、前記それぞれの膜電極接合体のアノード、および、カソードを掃気する掃気工程を含む、製造方法。

適用例３の燃料電池スタックの製造方法によって、膜電極接合体に含まれる過剰な水分を速やかに除去することができる。

［適用例４］適用例２または３記載の製造方法であって、前記発電工程は、前記複数のセルモジュールの各セル電圧をそれぞれ測定し、該測定された各セル電圧に基づいて、前記複数のセルモジュールの発電不良をそれぞれ検査する検査工程を含む、製造方法。

適用例４の燃料電池スタックの製造方法では、上記エージング処理工程中に、複数のセルモジュールの発電不良をそれぞれ検査するので、上記エージング処理工程後に、発電不良のセルモジュールを排除し、発電不良のセルモジュールが後工程に送られるのを回避するようにすることができる。

［適用例５］適用例１ないし４のいずれかに記載の製造方法であって、前記締結工程は、前記積層された複数のセルモジュールの積層方向に加える荷重を変化させて、該荷重と前記複数のセルモジュールの積層方向の長さの変位との関係を表す荷重変位特性を測定する荷重変位特性測定工程と、前記荷重変位特性測定工程によって測定された前記荷重変位特性に基づいて、前記積層された複数のセルモジュールの積層方向の端部に配置され、前記締結荷重を調整するためのシムを、前記締結部材の１つとして選定する工程と、を含む製造方法。

適用例５の燃料電池スタックの製造方法では、燃料電池スタックごとに上記シムの選定を行うので、さらに、燃料電池スタックを複数製造する場合の燃料電池スタックごとの締結荷重のバラツキを抑制することができる。

［適用例６］適用例１ないし４のいずれかに記載の製造方法であって、前記締結工程は、前記積層された複数のセルモジュールの積層方向に加える荷重を変化させて、該荷重と前記複数のセルモジュールの積層方向の長さの変位との関係を表す荷重変位特性を測定する荷重変位特性測定工程と、前記荷重変位特性測定工程によって測定された前記荷重変位特性に基づいて、前記積層された複数のセルモジュールの積層方向の端部に配置され、前記締結荷重を調整するためのバネを、前記締結部材の１つとして選定する工程と、を含む製造方法。

適用例６の燃料電池スタックの製造方法では、燃料電池スタックごとに上記バネの選定を行うので、さらに、燃料電池スタックを複数製造する場合の燃料電池スタックごとの締結荷重のバラツキを抑制することができる。なお、上記バネとしては、皿バネや、複数のバネをユニット化したスプリングユニット等を用いることができる。

本発明は、上述した種々の特徴を必ずしも全て備えている必要はなく、その一部を省略したり、適宜、組み合わせたりして構成することができる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池スタックの構成：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す説明図である。燃料電池スタック１００は、燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素）との電気化学反応によって発電するセルモジュール４０を、複数積層させたスタック構造を有している。各セルモジュール４０は、概ね、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を、セパレータによって挟持した構成となっている。本実施例では、電解質膜として、ナフィオン（登録商標）等の固体高分子膜を用いるものとした。電解質として、固体酸化物等、他の電解質を用いるものとしてもよい。各セパレータには、アノードに供給すべき燃料ガスとしての水素の流路や、カソードに供給すべき酸化剤ガスとしての空気の流路や、冷却水の流路が形成されている。なお、セルモジュール４０の積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。

燃料電池スタック１００は、一端から、エンドプレート１０ａ、絶縁板２０ａ、集電板３０ａ、複数のセルモジュール４０、集電板３０ｂ、絶縁板２０ｂ、シム５０、エンドプレート１０ｂの順に積層することによって構成されている。エンドプレート１０ａには、燃料電池スタック１００内に、水素や、空気や、冷却水を流すための供給口や、排出口が設けられている。また、燃料電池スタック１００内部には、水素や、空気や、冷却水を、それぞれ各セルモジュール４０に分配して供給するための供給マニホールド（水素供給マニホールド、空気供給マニホールド、冷却水供給マニホールド）や、各セルモジュール４０のアノードおよびカソードからそれぞれ排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスや、冷却水を集合させて燃料電池スタック１００の外部に排出するための排出マニホールド（アノードオフガス排出マニホールド、カソードオフガス排出マニホールド、冷却水排出マニホールド）が形成されている。また、各セルモジュール４０には、セル電圧を検出するための端子がそれぞれ備えられている。

エンドプレート１０ａ，１０ｂは、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。絶縁板２０ａ，２０ｂは、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂは、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂには、それぞれ図示しない出力端子が設けられており、燃料電池スタック１００で発電した電力を出力可能となっている。

燃料電池スタック１００には、燃料電池スタック１００のいずれかの箇所における接触抵抗の増加等による電池性能の低下を抑制したり、ガスや冷却水の漏洩を抑制したりするために、スタック構造の積層方向に、外部から所定の締結荷重が加えられている。そして、この締結荷重が加えられた状態で、テンションプレート６０の両端を、ボルト６２によって、エンドプレート１０ａ，１０ｂにそれぞれ固定することによって、締結荷重が維持されている。なお、本実施例の燃料電池スタック１００では、スタック構造の積層方向の長さが予め規定されており、シム５０は、この条件下で上記締結荷重を調整するために用いられる。つまり、シム５０の厚さを厚くすれば、複数のセルモジュール４０の締結荷重は大きくなり、シム５０の厚さを薄くすれば、複数のセルモジュール４０の締結荷重は小さくなる。エンドプレート１０ａ，１０ｂ、シム５０、テンションプレート６０、ボルト６２は、本発明における締結部材に相当する。

各セルモジュール４０のアノードには、図示しない水素タンクから、水素供給マニホールドを介して、燃料ガスとしての水素が供給される。水素タンクの代わりに、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素リッチなガスを生成し、アノードに供給するものとしてもよい。各セルモジュール４０のアノードから排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス排出マニホールドを介して、燃料電池スタック１００の外部に排出される。

各セルモジュール４０のカソードには、図示しないエアコンプレッサによって圧縮された圧縮空気が、空気供給マニホールドを介して、酸素を含有した酸化剤ガスとして供給される。各セルモジュール４０のカソードから排出されるカソードオフガスは、カソードオフガス排出マニホールドを介して、燃料電池スタック１００の外部に排出される。

燃料電池スタック１００は、上述した電気化学反応によって発熱するため、燃料電池スタック１００には、燃料電池スタック１００を冷却するための冷却水も供給される。この冷却水は、図示しない循環ポンプによって、冷却水用の配管を流れ、図示しないラジエータによって冷却されて、燃料電池スタック１００に供給される。

Ａ２．燃料電池スタックの製造工程：
図２は、第１実施例の燃料電池スタック１００の製造工程を示す説明図である。まず、図１に示した燃料電池スタック１００と同様の構成を有する仮の燃料電池スタックを組み付ける（ステップＳ１００）。なお、ステップＳ１００において、シム５０としては、仮の燃料電池スタックの組み付け用に用意された仮のシムが用いられる。そして、各セルモジュール４０のアノードに水素を供給するとともに、カソードに空気を供給し、発電を行う（ステップＳ１１０）。このとき、各セルモジュール４０のセル電圧の測定をそれぞれ行い（ステップＳ１００）、各セルモジュール４０の発電不良の検査、すなわち、セル電圧が所定値未満のセルモジュール４０があるか否かの検査を行う。これらステップＳ１００、および、ステップＳ１１０の工程は、主として、複数のセルモジュール４０の初期クリープを進行させるための工程であり、本発明におけるエージング処理工程に相当する。なお、これらの工程において、仮のシムの厚さや、複数のセルモジュール４０の締結荷重や、発電条件（例えば、ガス流量や、発電時間）は、初期クリープを進行させる観点の下で、任意に設定可能である。

次に、仮の燃料電池スタック内、すなわち、各セルモジュール４０のアノード、および、カソードを、空気によって掃気する（ステップＳ１２０）。こうすることによって、発電、すなわち、水素と酸素との電気化学反応によって生成され、セルモジュール４０が備える膜電極接合体に過剰に滞留する生成水を除去することができる。

次に、仮の燃料電池スタックを分解し（ステップＳ１３０）、ステップＳ１１０において、発電不良のセルモジュール４０が検出された場合には、その発電不良のセルモジュール４０を排除する（ステップＳ１４０）。

次に、ステップＳ１１０におけるセル電圧の測定で、所定値以上のセル電圧が得られた良品のセルモジュール４０を、温度、および、湿度が管理された環境下で所定時間保存することによって、膜電極接合体の含水量が所定範囲内の値になるように管理する（ステップＳ１５０）。膜電極接合体の含水量の管理条件（温度、湿度、時間）は、任意に設定可能である。

次に、温度、および、湿度が管理された環境下で、膜電極接合体の含水量が管理された良品のセルモジュール４０を所定数積層し（ステップＳ１６０）、これらの積層方向に加える荷重を変化させて、荷重と複数のセルモジュール４０の積層方向の長さの変位との関係を表す荷重変位特性を測定する（ステップＳ１７０）。そして、測定された荷重変位特性にも基づいて、シム５０の選定を行う（ステップＳ１８０）。このシム５０の選定方法については後述する。

次に、エンドプレート１０ａ、絶縁板２０ａ、集電板３０ａ、複数のセルモジュール４０、集電板３０ｂ、絶縁板２０ｂ、ステップＳ１８０で選定されたシム５０、エンドプレート１０ｂをこの順に積層し、これらの積層方向に締結荷重を加え、テンションプレート６０の両端を、ボルト６２によって、エンドプレート１０ａ，１０ｂにそれぞれ固定して、燃料電池スタック１００を組み付ける（ステップＳ１９０）。以上の製造工程によって、燃料電池スタック１００は完成する。

図３は、シム５０の選定方法を示す説明図である。燃料電池スタックＡを構成する複数のセルモジュールの荷重変位特性を実線で描かれた曲線で示した。また、燃料電池スタックＢを構成する複数のセルモジュールの荷重変位特性を一点鎖線で描かれた曲線で示した。なお、すべてのセルモジュールは、湿度ＲＨ＝ｓ（％）、温度Ｔ＝Ｔｓ（℃）の環境下で、膜電極接合体の含水量が所定範囲内の値になるように管理されている。

ここで、燃料電池スタックＡ、および、燃料電池スタックＢにおける複数のセルモジュールの積層方向の長さＬが、ともにＬ＝Ｌｓと規定されているものとする。また、燃料電池スタックＡ、および、燃料電池スタックＢに要求される荷重（締結荷重）Ｎが、ともにＮ＝Ｎｓであるものとする。

図３より、燃料電池スタックＡを構成する複数のセルモジュールに、これらの積層方向の長さＬがＬ＝Ｌｓとなるように荷重を加えた場合、これらに加わる荷重Ｎは、Ｎｓよりも小さい値となることが分かる。また、これらの積層方向の長さＬがＬ＝Ｌａとなるように荷重を加えれば、これらに加わる荷重ＮがＮ＝Ｎｓとなることが分かる。したがって、燃料電池スタックＡに用いられるシムとして、Ｌｓ−Ｌａの厚さを有するシム５０を選定する。このようにして選定されたシム５０を用いて燃料電池スタックを組み付けることによって、スタック構造の積層方向の長さ、および、複数のセルモジュールに加わる荷重がそれぞれ所望の値となる燃料電池スタックを製造することができる。

同様に、図３より、燃料電池スタックＢを構成する複数のセルモジュール４０に、これらの積層方向の長さＬがＬ＝Ｌｓとなるように荷重を加えた場合、これらに加わる荷重Ｎは、Ｎｓよりも小さい値となることが分かる。また、これらの積層方向の長さＬがＬ＝Ｌｂとなるように荷重を加えれば、これらに加わる荷重ＮがＮ＝Ｎｓとなることが分かる。したがって、燃料電池スタックＢに用いられるシムとして、Ｌｓ−Ｌｂの厚さを有するシム５０を選定する。このようにして選定されたシム５０を用いて燃料電池スタックを組み付けることによって、スタック構造の積層方向の長さ、および、複数のセルモジュールに加わる荷重がそれぞれ所望の値となる燃料電池スタックを製造することができる。

以上説明した第１実施例の燃料電池スタック１００の製造工程では、燃料電池スタック１００を構成する複数のセルモジュール４０にエージング処理を施した後、各セルモジュール４０がそれぞれ備える膜電極接合体の含水量が所定範囲内の値になるように管理される。また、複数の膜電極接合体は、それらの膜厚が一定になるように製造されている。このため、複数のセルモジュール４０における各膜電極接合体の膜厚を、所定範囲内の値に管理することができる。そして、各膜電極接合体の含水量が管理された環境下で、複数のセルモジュール４０が積層され、締結部材を用いて締結される。したがって、燃料電池スタック１００を製造する際に、燃料電池スタック１００を構成する複数のセルモジュール４０において、所望の締結荷重を付与しつつ、各膜電極接合体に加わる荷重のばらつきを抑制することができる。

また、第１実施例の燃料電池スタック１００の製造工程では、燃料電池スタック１００ごとにシム５０の選定、すなわち、シム５０の厚さの選定を行うので、燃料電池スタック１００を複数製造する場合の燃料電池スタック１００ごとの締結荷重のバラツキを抑制することができる。

Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池スタックの構成：
図４は、本発明の第２実施例としての燃料電池スタック１００Ａの概略構成を示す説明図である。図１と図４との比較から分かるように、第２実施例の燃料電池スタック１００Ａの構成は、第１実施例の燃料電池スタック１００の構成とほぼ同じである。ただし、第２実施例の燃料電池スタック１００Ａでは、第１実施例の燃料電池スタック１００におけるシム５０の代わりに、皿バネ５２を備えている。この皿バネ５２は、燃料電池スタック１００Ａにおけるスタック構造の積層方向加えられる締結荷重を調製するための部材である。なお、皿バネ５２の代わりに、例えば、複数のバネをユニット化したスプリングユニットを用いるようにしてもよい。

Ｂ２．燃料電池スタックの製造工程：
図５は、第２実施例の燃料電池スタック１００Ａの製造工程を示す説明図である。まず、図４に示した燃料電池スタック１００Ａと同様の構成を有する仮の燃料電池スタックを組み付ける（ステップＳ２００）。なお、ステップＳ２００において、皿バネ５２としては、仮の燃料電池スタックの組み付け用に用意された仮の皿バネが用いられる。そして、各セルモジュール４０のアノードに水素を供給するとともに、カソードに空気を供給し、発電を行う（ステップＳ２１０）。このとき、各セルモジュール４０のセル電圧の測定をそれぞれ行い（ステップＳ２００）、各セルモジュール４０の発電不良の検査、すなわち、セル電圧が所定値未満のセルモジュール４０があるか否かの検査を行う。

次に、仮の燃料電池スタック内、すなわち、各セルモジュール４０のアノード、および、カソードを、空気によって掃気する（ステップＳ２２０）。こうすることによって、発電、すなわち、水素と酸素との電気化学反応によって生成され、セルモジュール４０が備える膜電極接合体に過剰に滞留する生成水を除去することができる。

次に、仮の燃料電池スタックを分解し（ステップＳ２３０）、ステップＳ２１０において、発電不良のセルモジュール４０が検出された場合には、その発電不良のセルモジュール４０を排除する（ステップＳ２４０）。

次に、ステップＳ２１０におけるセル電圧の測定で、所定値以上のセル電圧が得られた良品のセルモジュール４０を、温度、および、湿度が管理された環境下で所定時間保存することによって、膜電極接合体の含水量が所定範囲内の値になるように管理する（ステップＳ２５０）。

次に、温度、および、湿度が管理された環境下で、膜電極接合体の含水量が管理された良品のセルモジュール４０を所定数積層し（ステップＳ２６０）、これらの積層方向に加える荷重を変化させて、荷重と複数のセルモジュール４０の積層方向の長さの変位との関係を表す荷重変位特性を測定する（ステップＳ２７０）。そして、測定された荷重変位特性にも基づいて、皿バネ５２の選定を行う（ステップＳ２８０）。この皿バネ５２の選定方法は、第１実施例の燃料電池スタック１００の製造工程におけるシム５０の選定方法と同様である。

次に、エンドプレート１０ａ、絶縁板２０ａ、集電板３０ａ、複数のセルモジュール４０、集電板３０ｂ、絶縁板２０ｂ、ステップＳ２８０で選定された皿バネ５２、エンドプレート１０ｂをこの順に積層し、これらの積層方向に締結荷重を加え、テンションプレート６０の両端を、ボルト６２によって、エンドプレート１０ａ，１０ｂにそれぞれ固定して、燃料電池スタック１００を組み付ける（ステップＳ２９０）。以上の製造工程によって、燃料電池スタック１００Ａは完成する。

以上説明した第２実施例の燃料電池スタック１００Ａの製造工程では、第１実施例の燃料電池スタック１００の製造工程と同様に、燃料電池スタック１００Ａを構成する複数のセルモジュール４０にエージング処理を施した後、各セルモジュール４０がそれぞれ備える膜電極接合体の含水量が所定範囲内の値になるように管理される。また、複数の膜電極接合体は、それらの膜厚が一定になるように製造されている。このため、複数のセルモジュール４０における各膜電極接合体の膜厚を、所定範囲内の値に管理することができる。そして、各膜電極接合体の含水量が管理された環境下で、複数のセルモジュール４０が積層され、締結部材を用いて締結される。したがって、燃料電池スタック１００Ａを製造する際に、燃料電池スタック１００Ａを構成する複数のセルモジュール４０において、所望の締結荷重を付与しつつ、各膜電極接合体に加わる荷重のばらつきを抑制することができる。

また、第１実施例の燃料電池スタック１００Ａの製造工程では、燃料電池スタック１００ごとに皿バネ５２の選定を行うので、燃料電池スタック１００Ａを複数製造する場合の燃料電池スタック１００Ａごとの締結荷重のバラツキを抑制することができる。

Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。

Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、燃料電池スタック１００，１００Ａの製造工程のエージング処理工程において、発電を行うものとしたが、本発明は、これに限られない。ただし、エージング処理工程において、発電を行うことによって、発電時に発生する発熱によって、エージング処理を加速することができる。また、発電時に燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって生成された生成水を、膜電極接合体に含水させることができる。

また、発電時に各セルモジュール４０のセル電圧を測定し、この測定結果に基づいて、各セルモジュールにおける発電不良の有無を検査し、発電不良のセルモジュールを排除して、発電不良のセルモジュールが後工程に送られるのを回避するようにすることができる。

Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、燃料電池スタック１００，１００Ａの製造工程のエージング処理工程において、複数のセルモジュール４０を積層し、仮の燃料電池スタックを組み付けて、一度に複数のセルモジュール４０に対してエージング処理を施すものとしたが、本発明は、これに限られない。複数のセルモジュール４０について、単一のセルモジュール４０ごとに、セルモジュール４０の初期クリープを進行させるエージング処理を施すようにしてもよい。

Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、燃料電池スタック１００，１００Ａの製造工程のエージング処理工程の後に、セルモジュール４０が備える膜電極接合体のアノード、および、カソードを空気によって掃気するものとしたが、これを省略してもよい。ただし、この掃気を行うことによって、膜電極接合体に含まれる過剰な水分を速やかに除去することができる。

本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す説明図である。 第１実施例の燃料電池スタック１００の製造工程を示す説明図である。 シム５０の選定方法を示す説明図である。 本発明の第２実施例としての燃料電池スタック１００Ａの概略構成を示す説明図である。 第２実施例の燃料電池スタック１００Ａの製造工程を示す説明図である。

符号の説明

１００，１００Ａ…燃料電池スタック
１０ａ，１０ｂ…エンドプレート
２０ａ，２０ｂ…絶縁板
３０ａ，３０ｂ…集電板
４０…セルモジュール
５０…シム
５２…皿バネ
６０…テンションプレート
６２…ボルト

Claims (6)

1. 燃料電池スタックの製造方法であって、
   電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を備えるセルモジュールに、少なくとも前記セルモジュールの表面に対して略垂直方向に荷重を加えることによって、前記セルモジュールの初期クリープを進行させるエージング処理を施すエージング処理工程と、
   前記エージング処理工程によって前記エージング処理が施された複数の前記セルモジュールを、それぞれの前記膜電極接合体の含水量が所定範囲内の値になるように管理する含水量管理工程と、
   前記含水量管理工程によって前記含水量が管理された前記複数のセルモジュールを、前記含水量が管理された環境下で積層する積層工程と、
   前記積層工程によって積層された前記複数のセルモジュールを、該複数のセルモジュールの積層方向に所定の締結荷重を加えた状態で、所定の締結部材を用いて締結する締結工程と、
   を備える製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法であって、
   前記エージング処理工程は、複数の前記セルモジュールを積層し、前記複数のセルモジュールの積層方向に前記荷重を加えた状態で、前記アノードに燃料ガスを供給するとともに、前記カソードに酸化剤ガスを供給して発電を行う発電工程を含む、製造方法。
3. 請求項２記載の製造方法であって、
   前記含水量管理工程は、前記それぞれの膜電極接合体のアノード、および、カソードを掃気する掃気工程を含む、製造方法。
4. 請求項２または３記載の製造方法であって、
   前記発電工程は、前記複数のセルモジュールの各セル電圧をそれぞれ測定し、該測定された各セル電圧に基づいて、前記複数のセルモジュールの発電不良をそれぞれ検査する検査工程を含む、製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の製造方法であって、
   前記締結工程は、
   前記積層された複数のセルモジュールの積層方向に加える荷重を変化させて、該荷重と前記複数のセルモジュールの積層方向の長さの変位との関係を表す荷重変位特性を測定する荷重変位特性測定工程と、
   前記荷重変位特性測定工程によって測定された前記荷重変位特性に基づいて、前記積層された複数のセルモジュールの積層方向の端部に配置され、前記締結荷重を調整するためのシムを、前記締結部材の１つとして選定する工程と、
   を含む製造方法。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載の製造方法であって、
   前記締結工程は、
   前記積層された複数のセルモジュールの積層方向に加える荷重を変化させて、該荷重と前記複数のセルモジュールの積層方向の長さの変位との関係を表す荷重変位特性を測定する荷重変位特性測定工程と、
   前記荷重変位特性測定工程によって測定された前記荷重変位特性に基づいて、前記積層された複数のセルモジュールの積層方向の端部に配置され、前記締結荷重を調整するためのバネを、前記締結部材の１つとして選定する工程と、
   を含む製造方法。

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