JP2010129342A - 燃料電池及び燃料電池スタック製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産効率を高めることができる燃料電造及び燃料電池スタック製造方法を提供する。
【解決手段】積層されて燃料電池スタックを構成する燃料電池１０であって、電解質膜２１を一対の電極２２、２３で挟んだ積層体２４の外周端部に樹脂部３０を有する膜電極接合体２０と、膜電極接合体２０を挟むように設けられる一対のセパレータ４０、５０と、膜電極接合体２０とセパレータ４０、５０との間に隙間を形成するように設けられ、燃料電池スタック製造時における積層方向押圧力が作用した場合に隙間が狭くなるように変形する第１間隔調整部３３、３５と、セパレータ４０、５０と、隣接する燃料電池の隣接セパレータとの間に隙間を形成するように設けられ、燃料電池スタック製造時における積層方向押圧力が作用した場合に隙間が狭くなるように変形する第２間隔調整部４４、５４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池及び燃料電池スタック製造方法に関する。

燃料電池システムとしては、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly；以下「ＭＥＡ」という。）の両側にセパレータを配置した燃料電池単セルを複数積層して構成される固体高分子電解質型の燃料電池スタックが知られている。この燃料電池スタックでは、水素を含有するアノードガスと酸素を含有するカソードガスを反応ガスとして、電気化学反応によって化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。

特許文献１には、第１セパレータの上にＭＥＡを配置し、ＭＥＡの上に第２セパレータを配置した後に、第２セパレータの上にモジュール保持プレートを載せ、モジュール保持プレートの重さによって第１セパレータ、ＭＥＡ及び第２セパレータを接着して、燃料電池単セルを製造する方法が開示されている。
特開２００６−１３４６５１号公報

しかしながら、特許文献１では、単セルを１枚ずつ製造する方法であるので、単セルを複数積層する燃料電池スタックにおいて生産効率が低いという問題がある。

そこで、本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであり、生産効率を高めることができる燃料電池及び燃料電池スタック製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明は、燃料電池スタックを構成する燃料電池であって、電解質膜を一対の電極で挟んだ積層体の外周端部に樹脂部を有する膜電極接合体と、膜電極接合体を挟むように設けられる一対のセパレータとを備える。燃料電池は、膜電極接合体とセパレータとの間に隙間を形成するように設けられ、燃料電池スタック製造時における積層方向押圧力が作用した場合に隙間が狭くなるように変形する第１間隔調整部と、セパレータと、隣接する燃料電池の隣接セパレータとの間に隙間を形成するように設けられ、燃料電池スタック製造時における積層方向押圧力が作用した場合に隙間が狭くなるように変形する第２間隔調整部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記した燃料電池を用いて燃料電池スタックを製造する燃料電池スタック製造方法である。燃料電池スタック製造方法は、所望の燃料電池数となるまで、セパレータと膜電極接合体とを交互に積層する積層工程と、積層された燃料電池を積層方向に圧縮するように押圧し、第１間隔調整部及び第２間隔調整部を変形させ、膜電極接合体とセパレータとを接合するとともに、セパレータと隣接セパレータとを接合することで、燃料電池スタックを形成する押圧工程と、を備えることを特徴とする。

燃料電池は第１間隔調整部と第２間隔調整部を備えるので、燃料電池スタック製造時において、接着剤が塗布された状態のセパレータと膜電極接合体を複数積層できる。そして、積層後に第１間隔調整部と第２間隔調整部とを変形させることで、一度に複数の燃料電池を形成すると同時に隣接する燃料電池同士を接合して燃料電池スタックを製造することができ、燃料電池スタックの生産効率を高めることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
車両用の燃料電池スタックは、固体高分子型の燃料電池である単セルを複数積層して構成される。

図１（Ａ）は、単セル１０の概略構成図であって、単セル１０の積層方向の一部断面図である。

単セル１０は、ＭＥＡ２０と、ＭＥＡ２０を挟むように配置されるアノードセパレータ４０及びカソードセパレータ５０とから構成される。図１（Ａ）の単セル１０は、ＭＥＡ２０にアノードセパレータ４０及びカソードセパレータ５０が接着される前の状態を示している。

ＭＥＡ２０は、電解質膜２１の一方の面にアノード電極２２を配置し、他方の面にカソード電極２３を配置した積層体２４であって、積層体２４の外周端部に樹脂枠３０を一体形成して構成される。

電解質膜２１は、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。電解質膜２１は、アノード電極２２及びカソード電極２３よりも外形が大きく、アノード電極２２及びカソード電極２３が配置されない外縁部２１Ａを有する。電解質膜２１は湿潤状態で良好な電気伝導性を示すので、燃料電池スタックではアノードガスやカソードガスを加湿する。

アノード電極２２は、電解質膜側から、白金等の合金からなる電極触媒層と、フッ素樹脂等からなる撥水層と、カーボンクロス等からなるガス拡散層とが配置される。

カソード電極２３もアノード電極２２と同様に、電解質膜側から電極触媒層、撥水層、ガス拡散層が配置される。

樹脂枠３０は、合成樹脂等からなる枠体であって、積層体２４の外周端部に一体形成される。樹脂枠３０は、ＭＥＡ自体の機械的強度を増加させてＭＥＡ２０のハンドリング性を向上させる。樹脂枠３０には、切欠き３１と、アノード側溝部３２と、アノード側突起３３と、カソード側溝部３４と、カソード側突起３５とが形成される。

切欠き３１は、樹脂枠３０の内周側の側面に設けられ、電解質膜２１の外縁部２１Ａを挿入するように構成される。

アノード側溝部３２は、樹脂枠３０のアノードセパレータ側の面に形成される。アノード側溝部３２は、積層体２４の外周端部に沿って複数設けられる。これらアノード側溝部３２には、アノード側突起３３が形成される。

アノード側突起３３は、棒形状であって、アノード側溝部３２からアノード電極側に突出形成される。アノード側突起３３は、先端の当接部３３Ａによってアノードセパレータ４０に当接してＭＥＡ２０とアノードセパレータ４０との間に所定間隔の隙間を確保するとともに、燃料電池スタック製造時に所定押圧力が作用した場合に折れ曲がるように構成される。

カソード側溝部３４は、樹脂枠３０のカソードセパレータ側の面において、アノード側溝部３２と対応する位置に形成される。これらカソード側溝部３４には、カソード側突起３５が形成される。

カソード側突起３５は、棒形状であって、カソード側溝部３４からカソード電極側に突出形成される。カソード側突起３５は、先端の当接部３５Ａによってカソードセパレータ５０に当接してＭＥＡ２０とカソードセパレータ５０との間に所定間隔の隙間を確保するとともに、燃料電池スタック製造時に所定押圧力が作用した場合に折れ曲がるように構成される。

アノードセパレータ４０は、金属等の導電性材料で形成された凹凸状の板部材である。アノードセパレータ４０は、アノード電極側の面にアノードガスを流すアノードガス流路４１を形成する。アノードセパレータ４０は、アノード電極側とは反対側の面に、燃料電池スタックを冷却するための冷却水を流す冷却水流路４２を形成する。

アノードセパレータ４０は、セパレータ外縁側に収納部４３を形成する。収納部４３には、突出部４４がセパレータ外縁に沿って複数設けられる。

図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の破線領域Ａにおけるアノードセパレータ４０の突出部４４の斜視図である。

アノードセパレータ４０の突出部４４は、図１（Ｂ）に示すように、アノードセパレータ４０に一部が接続した状態でアノードセパレータ４０から切り出され、収納部４３の外側端４３Ａから隣接する単セルのカソードセパレータ側に突出形成される。突出部４４は、当接部４４Ａによって隣接する単セルのカソードセパレータの突出部に当接してアノードセパレータ４０とカソードセパレータとの間に所定間隔の隙間を確保するとともに、燃料電池スタック製造時に所定押圧力が作用した場合に収納部４３側に折れ曲がるように構成される。

カソードセパレータ５０は、金属等の導電性材料で形成された凹凸状の板部材である。カソードセパレータ５０は、カソード電極側の面にカソードガスを流すカソードガス流路５１を形成する。カソードセパレータ５０は、カソード電極側とは反対側の面に、燃料電池スタックを冷却するための冷却水を流す冷却水流路５２を形成する。

カソードセパレータ５０は、セパレータ外縁側に収納部５３を形成する。収納部５３には、突出部５４がセパレータ外縁に沿って複数設けられる。

カソードセパレータ５０の突出部５４も、アノードセパレータ４０の突出部４４と同様に構成される。突出部５４は、カソードセパレータ５０に一部が接続した状態でカソードセパレータ５０から切り出され、収納部５３の外側端５３Ａから隣接する単セルのアノードセパレータ側に突出形成される。突出部５４は、当接部５４Ａによって隣接する単セルのアノードセパレータの突出部に当接してカソードセパレータ５０とアノードセパレータとの間に所定間隔の隙間を確保するとともに、燃料電池スタック製造時に所定押圧力が作用した場合に収納部５３側に折れ曲がるように構成される。

上記したＭＥＡ２０、アノードセパレータ４０及びカソードセパレータ５０を有する単セル１０を積層して燃料電池スタックを製造する方法について、図２及び図３を参照して説明する。

図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は、燃料電池スタック製造における積層工程を示す図である。また、図３は、燃料電池スタック製造における押圧工程を示す図である。

燃料電池スタック製造においては、まず図２（Ａ）に示すように、水平に設置されたベースプレート６１上にカソードセパレータ５０が位置決めして配置される。このときカソードセパレータ５０には、カソードセパレータ５０とＭＥＡ２０の樹脂枠３０とを接着するための接着剤７１が塗布される。

カソードセパレータ５０の上側には、図２（Ｂ）に示すようにＭＥＡ２０が位置決めして配置される。ＭＥＡ２０とカソードセパレータ５０との間には、カソード側突起３５によって所定間隔の隙間ｇ₁が確保される。ＭＥＡ２０には、樹脂枠３０とアノードセパレータ４０とを接着するための接着剤７１が塗布される。

ＭＥＡ配置後、ＭＥＡ２０の上側には、図２（Ｃ）に示すようにアノードセパレータ４０が位置決めして配置される。これによりカソードセパレータ５０、ＭＥＡ２０及びアノードセパレータ４０が接着される前の単セル１０が構成される。ＭＥＡ２０とアノードセパレータ４０との間には、アノード側突起３３によって所定間隔の隙間ｇ₂が確保される。アノードセパレータ４０には、アノードセパレータ４０と隣接する単セル１０のカソードセパレータ５０とを接着するための接着剤７１が塗布される。

アノードセパレータ４０の上側には、図２（Ｄ）に示すように隣接する単セル１０のカソードセパレータ５０が位置決めして配置される。アノードセパレータ４０の突出部４４の当接部４４Ａは、隣接する単セルのカソードセパレータ５０の突出部５４の当接部５４Ａに当接する。これら突出部４４、５４によって、アノードセパレータ４０とカソードセパレータ５０との間には所定間隔の隙間ｇ₃が確保される。隣接する単セル１０のカソードセパレータ５０には、図２（Ａ）と同様に、カソードセパレータ５０とＭＥＡ２０の樹脂枠３０とを接着するための接着剤７１が塗布される。

燃料電池スタック製造の積層工程では、所望の単セル数になるまで、カソードセパレータ５０、ＭＥＡ２０及びアノードセパレータ４０が交互に積層される。そして所望の単セル数に達した後に、最上部の単セル１０のアノードセパレータ４０の上にベースプレート６１が配置され、積層工程が終了する。

燃料電池スタック製造では積層工程の後に、図３に示すように押圧工程が実施される。押圧工程では、積層された単セル１０が積層方向に圧縮されるよう、図３の矢印の方向に一対のべースプレート６１を押圧する。

押圧工程において単セル１０が積層方向に圧縮されると、ＭＥＡ２０の樹脂枠３０のアノード側突起３３に押圧力が作用し、アノード側突起３３が折れ曲がる。これによりＭＥＡ２０の樹脂枠３０とアノードセパレータ４０とが接着剤７１を介して接着される。折れ曲がったアノード側突起３３は、樹脂枠３０のアノード側溝部３２内に収納される。アノード側溝部３２には、樹脂枠３０とアノードセパレータ４０とを接着した接着剤７１の一部が流入する。

カソード側突起３５もアノード側突起３３と同様に折れ曲がるので、ＭＥＡ２０の樹脂枠３０とカソードセパレータ５０とが接着剤７１を介して接着される。

また、押圧工程においては、単セル１０のアノードセパレータ４０の突出部４４及びカソードセパレータ５０の突出部５４にも押圧力が作用する。これにより突出部４４はアノードセパレータ４０の収納部４３側に倒れ込み、アノードセパレータ４０と隣接する単セル１０のカソードセパレータ５０とが接着剤７１を介して接着される。

カソードセパレータ５０の突出部５４も同様に収納部５３側に倒れ込むので、カソードセパレータ５０と隣接する単セル１０のアノードセパレータ４０とが接着剤７１を介して接着される。

燃料電池スタック製造の押圧工程では、ＭＥＡ２０の樹脂枠３０のアノード側突起３３及びカソード側突起３５を変形させ、アノードセパレータ４０の突出部４４及びカソードセパレータ５０の突出部５４を変形させることで、ＭＥＡ２０、アノードセパレータ４０及びカソードセパレータ５０を接合し、同時に隣接する単セル同士を接合して、燃料電池スタックを製造する。

なお、樹脂枠３０のアノード側突起３３及びカソード側突起３５、アノードセパレータ４０の突出部４４、カソードセパレータ５０の突出部５４が変形して各部材が接合したか否かについては、押圧工程における積層方向の燃料電池スタック長さを測定して確認する。

以上により、第１実施形態では下記の効果を得ることができる。

単セル１０は、ＭＥＡ２０の樹脂枠３０にアノード側突起３３及びカソード側突起３５を形成し、アノードセパレータ４０及びカソードセパレータ５０に突出部４４、５４を形成する。これにより、燃料電池スタック製造の積層工程では、ＭＥＡ２０とセパレータ４０、５０との間及び隣接する各セパレータ４０、５０間に隙間が確保されるので、ＭＥＡ２０、アノードセパレータ４０及びカソードセパレータ５０に接着剤７１を塗布した状態で積層することができる。押圧工程では、アノード側突起３３及びカソード側突起３５は折れ曲がってＭＥＡ２０の樹脂枠３０とアノードセパレータ４０及びカソードセパレータとが接合し、アノードセパレータ４０の突出部４４及びカソードセパレータ５０の突出部５４が折れ曲がって隣接する２つの単セルのアノードセパレータ４０とカソードセパレータ５０とが接合する。本実施形態では、一度に複数の単セル１０を形成すると同時に隣接する単セル同士を接合して、燃料電池スタックを製造するので、一枚ずつ単セルを製造してからその単セルを複数積層する従来手法と比較して、燃料電池スタックの生産効率を高めることが可能となる。

アノード側突起３３及びカソード側突起３５は、折れ曲がった時にアノード側溝部３２及びカソード側溝部３４に収納され、さらにアノード側溝部３２及びカソード側溝部３４内に流入した接着剤７１によって固定される。そのため、折れ曲がったアノード側突起３３やカソード側突起３５の破片が異物として散乱することがない。

（第２実施形態）
第２実施形態における単セル１０は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、樹脂枠３０のアノード側突起３３及びカソード側突起３５の構成において相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図４（Ａ）は、第２実施形態における単セル１０の積層方向の一部断面図である。また、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の破線領域Ｂに示すアノード側突起３３の斜視図である。

図４（Ａ）に示すように、単セル１０は、ＭＥＡ２０の樹脂枠３０にアノード側突起３３及びカソード側突起３５を形成する。

アノード側突起３３は、図４（Ｂ）に示すように棒形状であって、先端の当接部３３Ａに傾斜面３３Ｂを形成する。傾斜面３３Ｂは、樹脂枠内周側から外周側に向かってアノード側突起３３の突出高さが徐々に高くなるように傾斜する。

また、カソード側突起３５も、アノード側突起３３と同様に構成され、先端の当接部３５Ａに傾斜面３５Ｂを形成する。

燃料電池スタック製造の押圧工程において、単セル１０が積層方向に押圧されると、アノード側突起３３及びカソード側突起３５に作用する押圧力が傾斜面３３Ｂ、３５Ｂによって垂直方向から斜め方向に変化する。そのため、アノード側突起３３及びカソード側突起３５は、図４（Ａ）の矢印に示すように樹脂枠外周側に向かって折れ曲がる。

以上により、第２実施形態では下記の効果を得ることができる。

単セル１０では、アノード側突起３３及びカソード側突起３５が当接部３３Ａ、３５Ａの傾斜面３３Ｂ、３５Ｂによって所定方向に折れ曲がるように構成する。このような構成によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、アノード側溝部３２及びカソード側溝部３４の配置領域を第１実施形態よりも狭くすることができ、ＭＥＡ２０の発電反応面を出来る限り広げることが可能となる。

（第３実施形態）
第３実施形態における単セル１０は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、アノード側突起３３及びカソード側突起３５が形成される樹脂枠３０の構成において相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図５（Ａ）は、第３実施形態における単セル１０の積層方向の一部断面図である。また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の破線領域Ｃに示すアノード側突起３３近傍の拡大図である。

図５（Ａ）に示すように、単セル１０は、ＭＥＡ２０の樹脂枠３０のアノード側溝部３２にアノード側突起３３を形成し、カソード側溝部３４にカソード側突起３５を形成する。

樹脂枠３０のアノード側溝部３２には、図５（Ｂ）に示すように、アノード側突起３３の樹脂枠外周側高さＨ₁が樹脂枠内周側高さＨ₂よりも高くなるように凹部３６が形成される。

燃料電池スタック製造の押圧工程において、単セル１０が積層方向に押圧されると、アノード側突起３３に押圧力が作用する。このときアノード側突起３３内の内部応力は、凹部３６が形成されていない樹脂枠内周側では分散されやすく、凹部３６が形成された樹脂枠外周側には分散されにくい。したがって、図５（Ｂ）の領域Ｒに示すように、内部応力がアノード側突起３３の樹脂枠外周側の根元に集中する。そのためアノード側突起３３は樹脂枠外周側の根元から壊れ、図５（Ａ）の矢印に示すように樹脂枠外周側に向かって折れ曲がる。

なお、樹脂枠３０のカソード側溝部３４にも、アノード側溝部３２と同様に、カソード側突起３５の樹脂枠外周側高さが樹脂枠内周側高さよりも高くなるように凹部３７を形成するので、押圧工程においてアノード側突起３３は樹脂枠外周側に向かって折れ曲がる。

以上により、第３実施形態では下記の効果を得ることができる。

単セル１０では、アノード側突起３３及びカソード側突起３５が所定方向に折れ曲がるように樹脂枠３０のアノード側溝部３２及びカソード側溝部３４に凹部３６、３７を形成する。これにより、第１実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、アノード側溝部３２及びカソード側溝部３４の配置領域を第１実施形態よりも狭くすることができ、ＭＥＡ２０の発電反応面を出来る限り広げることが可能となる。

（第４実施形態）
第４実施形態のおける単セル１０は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、燃料電池スタック製造前にＭＥＡ２０と各セパレータ４０、５０との間隔を確保するための構成において相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図６（Ａ）は、第４実施形態における単セル１０の積層方向の一部断面図である。

単セル１０では、アノードセパレータ４０にＭＥＡ２０とアノードセパレータ４０との間隔を確保するための突出部４５を形成し、カソードセパレータ５０にＭＥＡ２０とカソードセパレータ５０との間隔を確保するための突出部５５を形成する。したがって、ＭＥＡ２０の樹脂枠３０にはアノード側突起やカソード側突起等が形成されておらず、樹脂枠３０は板状の枠部材として構成される。

カソードセパレータ５０の突出部５５は、隣接する単セルのアノードセパレータに当接する突出部５４とは異なる位置において、セパレータ外縁側の収納部５３の底壁から突出するように形成される。突出部５５は、セパレータ外縁に沿って複数設けられる。

図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の破線領域Ｄにおけるカソードセパレータ５０の突出部５５の斜視図である。

図６（Ｂ）に示すように、カソードセパレータ５０の突出部５５は、カソードセパレータ５０に一部が接続した状態でカソードセパレータ５０から切り出され、収納部５３の底壁からＭＥＡ２０の樹脂枠３０に向かって突出形成される。突出部５５は、当接部５５Ａによって樹脂枠３０に当接してＭＥＡ２０とカソードセパレータ５０との間に所定間隔の隙間を確保するとともに、燃料電池スタック製造時に所定押圧力が作用した場合にセパレータ外縁側に折れ曲がるように構成される。

アノードセパレータ４０の突出部４５も、カソードセパレータ５０の突出部５５と同様に構成される。つまり、アノードセパレータ４０の突出部４５は、アノードセパレータ４０に一部を接続した状態でアノードセパレータ４０から切り出され、収納部４３の底壁からＭＥＡ２０の樹脂枠３０に向かって突出形成される。突出部４５は、当接部４５Ａによって樹脂枠３０に当接してＭＥＡ２０とアノードセパレータ４０との間に所定間隔の隙間を確保するとともに、燃料電池スタック製造時に所定押圧力が作用した場合にセパレータ外縁側に折れ曲がるように構成される。

以上により、第４実施形態では下記の効果を得ることができる。

単セル１０ではアノードセパレータ４０に突出部４４、４５を形成し、カソードセパレータ５０に突出部５４、５５を形成するので、積層工程においてＭＥＡ２０とセパレータ４０、５０との間及び隣接する各セパレータ４０、５０間に隙間が確保され、ＭＥＡ２０、アノードセパレータ４０及びカソードセパレータ５０に接着剤７１を塗布したまま積層することができる。また、アノードセパレータ４０に突出部４４、４５を形成し、カソードセパレータ５０に突出部５４、５５を形成するだけなので、加工する部品点数を削減できる。そして、押圧工程では、アノードセパレータの突出部４５及びカソードセパレータ５０の突出部５５が変形し、ＭＥＡ２０の樹脂枠３０とアノードセパレータ４０及びカソードセパレータとが接合し、アノードセパレータ４０の突出部４４及びカソードセパレータ５０の突出部５４が変形し、隣接する２つの単セルのアノードセパレータ４０とカソードセパレータ５０とが接合する。このように、一度に複数の単セル１０を形成すると同時に、隣接する単セル同士を接合するので、第１実施形態と同様に燃料電池スタックの生産効率を高めることが可能となる。

（第５実施形態）
第５実施形態の単セル１０は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、ＭＥＡ２０の樹脂枠３０の構成において相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図７は、第５実施形態における単セル１０の積層方向の一部断面図である。

図７に示すように、積層体２４に一体形成される樹脂枠３０は、樹脂枠外周側を厚肉部３０Ａとし、樹脂枠内周側を厚肉部３０Ａよりも厚さが薄い薄肉部３０Ｂとして構成する。樹脂枠３０の厚肉部３０Ａに、アノード側溝部３２、アノード側突起３３、カソード側溝部３４及びカソード側突起３５が設けられる。樹脂枠３０の厚肉部３０Ａの外縁は、単セル積層方向に張り出す突出端３０Ｃとして形成される。

アノードセパレータ４０及びカソードセパレータ５０は、セパレータ外縁部が樹脂枠３０の厚さに応じた形状となるように構成される。

以上により、第５実施形態では下記の効果を得ることができる。

ＭＥＡ２０の樹脂枠３０は、アノード側溝部３２やカソード側溝部３４が形成される部分において機械的強度が低下する。しかしながら、単セル１０では、樹脂枠３０の厚肉部３０Ａにアノード側溝部３２及びカソード側溝部３４を形成したので、アノード側溝部３２やカソード側溝部３４の形成位置における樹脂枠３０の機械的強度の低下を抑制することができる。したがって、燃料電池スタック製造の押圧工程で単セル１０が積層方向に押圧されても、アノード側溝部３２やカソード側溝部３４の形成位置において樹脂枠３０が破損することがない。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において
種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、第１実施形態では、アノードセパレータ４０及びカソードセパレータ５０においてＭＥＡ２０のアノード側突起３３及びカソード側突起３５が当接する位置に僅かに窪む凹部を形成することで、積層工程でのＭＥＡ２０とアノードセパレータ４０及びカソードセパレータ５０との位置決めを容易に行うことが可能となる。

また、押圧工程では、単セル全面を同時に押圧するが、単セル積層方向に直交する方向であって単セル中心から外周側に向かって押圧位置を移動させつつ、単セル１０を積層方向に押圧するようにしてもよい。このようにすれば、ＭＥＡ２０の樹脂枠３０のアノード側突起３３及びカソード側突起３５を樹脂枠外周側に向かってより確実に折り曲げることができる。

第１実施形態における燃料電池単セルの概略構成図である。 燃料電池スタック製造の積層工程を示す図である。 燃料電池スタック製造の押圧工程を示す図である。 第２実施形態における燃料電池単セルの概略構成図である。 第３実施形態における燃料電池単セルの概略構成図である。 第４実施形態における燃料電池単セルの概略構成図である。 第５実施形態における燃料電池単セルの概略構成図である。

符号の説明

１０ 単セル
２１ 電解質膜
２２ アノード電極
２３ カソード電極
２４ 積層体
３０ 樹脂枠（樹脂部）
３０Ａ 厚肉部
３０Ｂ 薄肉部
３２ アノード側溝部
３３ アノード側突起（第１間隔調整部）
３３Ｂ 傾斜面
３４ カソード側溝部
３５ カソード側突起（第１間隔調整部）
３５Ｂ 傾斜面
３６、３７ 凹部
４０ アノードセパレータ
４４ 突出部（第２間隔調整部）
４５ 突出部（第１間隔調整部）
５０ カソードセパレータ
５４ 突出部（第２間隔調整部）
５５ 突出部（第１間隔調整部）

Claims (12)

1. 積層されて燃料電池スタックを構成する燃料電池であって、
   電解質膜を一対の電極で挟んだ積層体の外周端部に樹脂部を有する膜電極接合体と、
   前記膜電極接合体を挟むように設けられる一対のセパレータと、
   前記膜電極接合体と前記セパレータとの間に隙間を形成するように設けられ、燃料電池スタック製造時における積層方向押圧力が作用した場合に隙間が狭くなるように変形する第１間隔調整部と、
   前記セパレータと、隣接する燃料電池の隣接セパレータとの間に隙間を形成するように設けられ、燃料電池スタック製造時における積層方向押圧力が作用した場合に隙間が狭くなるように変形する第２間隔調整部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池において、
   前記第１間隔調整部は、前記セパレータに当接するように前記樹脂部からセパレータ側に突出形成された突起である、
   ことを特徴とする燃料電池。
3. 請求項２に記載の燃料電池において、
   前記突起は、前記樹脂部に設けられた溝部から突出するように形成される、
   ことを特徴とする燃料電池。
4. 請求項３に記載の燃料電池において、
   前記樹脂部は、樹脂厚さが樹脂部内周側よりも外周側の方が厚くなるように構成され、
   前記溝部は、前記樹脂部の外周側に形成される、
   ことを特徴とする燃料電池。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１つに記載の燃料電池において、
   前記樹脂部は、前記突起の樹脂部外周側高さが樹脂部内周側高さよりも高くなるように、前記突起の樹脂部外周側の根元に凹部を形成する、
   ことを特徴とする燃料電池。
6. 請求項２から請求項５のいずれか１つに記載の燃料電池において、
   前記突起は、セパレータ側先端に、樹脂部内周側から外周側に向かって突出高さが高くなるように傾斜する傾斜面を形成する、
   ことを特徴とする燃料電池。
7. 請求項１に記載の燃料電池において、
   前記第１間隔調整部は、前記樹脂部に当接するように前記セパレータから樹脂部側に突出する樹脂側突出部である、
   ことを特徴とする燃料電池。
8. 請求項７に記載の燃料電池において、
   前記樹脂側突出部は、前記セパレータに一部が接続した状態で前記セパレータから切り出され、セパレータ外縁側に設けられる、
   ことを特徴とする燃料電池。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の燃料電池において、
   前記第２間隔調整部は、前記隣接セパレータに当接するように前記セパレータから隣接セパレータ側に突出するセパレータ側突出部である、
   ことを特徴とする燃料電池。
10. 請求項９に記載の燃料電池において、
    前記セパレータ側突出部は、前記セパレータに一部が接続した状態で前記セパレータから切り出され、セパレータ外縁側に設けられる、
    ことを特徴とする燃料電池。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の燃料電池を用いて燃料電池スタックを製造する燃料電池スタック製造方法であって、
    所望の燃料電池数となるまで、前記セパレータと前記膜電極接合体とを交互に積層する積層工程と、
    積層された燃料電池を積層方向に圧縮するように押圧し、前記第１間隔調整部及び前記第２間隔調整部を変形させ、前記膜電極接合体と前記セパレータとを接合するとともに、前記セパレータと前記隣接セパレータとを接合することで、燃料電池スタックを形成する押圧工程と、
    を備えることを特徴とする燃料電池スタック製造方法。
12. 請求項１１に記載の燃料電池スタック製造方法において、
    前記押圧工程は、燃料電池中心から外周側に向かって押圧位置を移動させつつ、積層された燃料電池を積層方向に圧縮する、
    ことを特徴とする燃料電池スタック製造方法。

Images