JP2010165558A - 燃料電池と燃料電池セル、およびその構成部材ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ガスケットを射出成形する際に注入された樹脂の樹脂圧に対して電解質膜の端部が持ち上げられてガスケットの端面に臨み、これがガスのクロスリーク路を形成してクロスリーク耐久を低下させるという課題を簡易な製造方法にて解決することのできる、燃料電池の製造方法を提供する。
【解決手段】膜電極接合体３と、その両側に配された第１のガス透過層４，６および第２のガス透過層４’、６’と、が積層され、これらの周縁にガスケット８が成形され、電解質膜１はガス透過層よりも側方へ張り出してガスケット内に埋め込まれている、燃料電池セル２０の構成部材ユニット１０であり、電解質膜１の側方へ張り出している箇所１ａの張り出し長さが、第１のガス透過層および／または第２のガス透過層の厚みよりも短くなっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池セルを構成する部材ユニット、これにセパレータを加えた燃料電池セル、この燃料電池セルが積層されてなる燃料電池に関するものである。

固体高分子型燃料電池の燃料電池セルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側およびカソード側の触媒層とから膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が形成され、たとえば、この膜電極接合体とこれを挟持するアノード側およびカソード側のガス拡散層（ＧＤＬ）とから電極体（ＭＥＧＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ＆ Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が形成され、電極体に燃料ガスもしくは酸化剤ガスを提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するための多孔体からなるガス流路層とセパレータが電極体の両側に配されて構成されている。実際の燃料電池スタックは、所要電力に応じた基数の燃料電池セルが積層され、スタッキングされることによって形成されている。

上記構成の燃料電池セルにおいては、膜電極接合体に供給される燃料ガスや酸化剤ガス、さらにはセルの昇温を抑止するための冷却水などの流体をシールするためのガスケットが電極体や金属多孔体の周縁に形成されている。このガスケットは燃料電池セルごとに形成されており、電極体および多孔体の周縁にガスケットを有した燃料電池セルを所定の基数だけ積層した後にスタッキングがおこなわれている。このガスケットの成形は一般に射出成形や圧縮成形にておこなわれている。たとえば射出成形の場合の一例を取り上げると、成形型のキャビティ内にセパレータを収容し、次いでガス流路となるアノード側もしくはカソード側の一方の金属多孔体を収容し、次いで電極体を収容し、次いでアノード側もしくはカソード側の他方の金属多孔体を収容した姿勢で、電極体および多孔体の周縁のガスケット成形用キャビティに樹脂を注入するものである。

上記するセパレータは、たとえばチタンやステンレスからなる２枚のプレートの間に流路が形成されたプレートが介層された３層構造のものや、中間層を樹脂製の枠材とし、２枚のプレートの一方から多数のディンプルや流路を画成するリブを突出させて冷却水流路を形成するものなどがある。この３層構造のセパレータは、当該セル自体のアノード側もしくはカソード側のいずれか一方のセパレータであると同時に、積層姿勢において隣接するセルのアノード側もしくはカソード側の他方のセパレータとなるものである。すなわち、この３層構造セパレータを有する燃料電池セルのセル構成部材は、一つの３層構造セパレータと、アノード側およびカソード側のガス透過層（エキスパンドメタルや金属発泡焼結体などの金属多孔体からなるガス流路層）と、電極体（膜電極接合体およびガス拡散層）と、からなり、複数の燃料電池セルが積層された姿勢において、任意の燃料電池セルは、その両端にアノード側およびカソード側のセパレータを有することとなる。

ところで、ガス拡散層や触媒層に対して電解質膜の端部は側方に張り出しており、ガスケットが成形された際の姿勢においては、電解質膜の側方へ張り出している箇所がガスケットの内部に埋め込まれた構造を呈するのが一般的である。このような構造を適用する理由として、その一つは、両極のガス拡散層や金属多孔体（ガス流路層）が接触して短絡するのを防止することである。また、他の理由は、一方の極（たとえばカソード極）から他方の極（たとえばアノード極）へ電解質膜の側端をガスが回り込んでクロスリークするのを防止するために、ある程度の張り出し長さを確保し、この張り出している箇所をガスケット内に埋設させた構造を適用しているというものである。

たとえば、成形型内に一つの３層構造セパレータと、金属多孔体とガス拡散層と膜電極接合体を収容して型閉めし、膜電極接合体の側方に画成されたガスケット用のキャビティ内に樹脂を注入してガスケットを成形する場合において、成形型内で膜電極接合体側に流れてきた樹脂の圧力により、電解質膜の側方に張り出している箇所が上方に持ち上げられ、これがガスのクロスリーク路を形成してクロスリーク耐久を低下させるという課題が生じていた。

これを図５とその一部を拡大した図６に基づいて説明する。図５は、固定型Ｓ１と可動型Ｓ２のキャビティ内に電極体ｅとガス流路層となる金属多孔体ｆ１、ｆ２、および一つの３層構造セパレータｇが収容され、ガスケット用の樹脂が注入されている状況を説明したものである。まず、電解質膜ａとこれを挟持するカソード側およびアノード側の触媒層ｂ１、ｂ２とから膜電極接合体ｃが形成され、この膜電極接合体ｃをカソード側およびアノード側のガス拡散層ｄ１、ｄ２が挟持して電極体ｅが形成されたものを用意する。なお、各部材を成形型内へ収容するに際して、膜電極接合体とガス拡散層が予め一体に形成されていてもよいし、双方が分離されていて、それぞれを順に成形型内に収容するものであってもよい。ここで、電解質膜ａの端部ａ１は電極体ｅの側方に張り出している。また、セパレータｇは、２枚のステンレス製もしくはチタン製のプレートｇ１、ｇ２と、このプレート間に介在してガスや冷却水などの流体用の流路を画成する中間層ｇ３と、から構成されており、成形型内に、セパレータｇ、金属多孔体ｆ２、電極体ｅ、金属多孔体ｆ１が積層姿勢を成した状態で型閉めされる。なお、この収容された構成部材のユニットで一つの燃料電池セルが形成されるものである。なお、この３層構造のセパレータｇは、それが組み込まれる燃料電池セルのアノード側の多孔体ｆ２に燃料ガス（流れ方向Ｚ１）を提供するためのガス流通孔ｇ３ａと、セルが積層された姿勢において隣接するセルのカソード側の多孔体に酸化剤ガス（流れ方向Ｚ２）を提供するためのガス流通孔ｇ３ｂを備えている。

型閉めの後に、注入孔Ｈを介してガスケット成形用のキャビティＣ内に樹脂が注入される（Ｙ方向）。樹脂が注入されると、キャビティＣ内で水平方向に張り出した電解質膜ａの側方に張り出している箇所ａ１には、図６で示すようにその樹脂圧が作用し、該張り出している箇所ａ１は上方に持ち上げられてその端部がキャビティＣの上面に当接する。

この姿勢でガスケットが成形されて燃料電池セルが製造されると、電解質膜ａはその側方に張り出している箇所ａ１の端部がガスケットの上面に臨んだ状態となってしまう（端部が外部に臨む）。このような燃料電池セルを所定の基数だけ接着させることなく積み重ね、スタッキングすることにより、従来の燃料電池は形成されている。燃料電池セル同士を密着させないことにより、たとえば発電不良となった燃料電池セルを抜き出して他の燃料電池セルと入れ替えるといったメンテナンスが可能となる。したがって、一つの燃料電池セルに着目した際に、その構成部材であるアノード側およびカソード側の金属多孔体の一方には３層構造のセパレータがガスケットの射出成形の際に接着しており、他方の金属多孔体には、積層姿勢において隣接する燃料電池セルのセパレータが接着されることなく当接した状態となっている。

燃料電池セル同士が接着されることなく積み重ねられているのみの構造であるため、上記するようにそのメンテナンスは可能となる一方で、当該燃料電池セルと隣接セルのセパレータとの間に外部に連通する隙間が生じることは避けられない。それに加えて、上記のごとく電解質膜の側方に張り出している箇所（の端部）が外部に臨んだ状態となっていることから、電解質膜が外部に通じる状態が形成されることとなり、このことは、ガスのクロスリーク路が形成されることを意味するものであり、燃料電池のクロスリーク耐久低下の一因となるものである。

なお、本出願人によってなされた従来の公開技術として特許文献１を挙げることができ、当該文献には、射出成形に際して、成形型内で電解質膜の端部を押圧部材でセパレータ側に押圧した姿勢で射出成形する技術が開示されている。

上記する公開技術によれば、図５，６で示すガスのクロスリーク路の形成が効果的に抑制される。しかしその一方で、キャビティ内に押圧部材が介在することで注入された樹脂の樹脂流れが阻害されること、押圧部材に作用する樹脂の注入圧に対して該押圧部材の所期の姿勢を保持しながら膜端部をセパレータ側に十分に押さえ付けることが困難であることなどに鑑み、本発明者等は更なる改良を試みてこれらの課題を改善できる技術思想に到達した。

特開２００８−１２３８８５号公報

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、燃料電池セルを構成する膜電極接合体とガス透過層の周縁にガスケットを射出成形されてなる燃料電池セルの構成部材ユニットに関し、注入された樹脂の樹脂圧に対して電解質膜の端部が持ち上げられてガスケットの端面に臨み、これがガスのクロスリーク路を形成して燃料電池のクロスリーク耐久を低下させるという課題が生じ得ない、燃料電池セルの構成部材ユニットと、該ユニットからなる燃料電池セル、該燃料電池セルが積層されてなる燃料電池を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による燃料電池セルの構成部材ユニットは、電解質膜とその両側の触媒層とからなる膜電極接合体と、該膜電極接合体の両側に配された第１のガス透過層および第２のガス透過層と、が積層され、これらの周縁にガスや冷却流体が流通するマニホールドを具備するガスケットが成形されており、電解質膜は第１のガス透過層および／または第２のガス透過層よりも側方へ張り出してガスケット内に埋め込まれている、燃料電池セルの構成部材ユニットにおいて、前記電解質膜の側方へ張り出している箇所の張り出し長さが、第１のガス透過層および／または第２のガス透過層の厚みよりも短くなっているものである。

本発明の構成部材ユニットは、膜電極接合体（ＭＥＡ）のアノード側とカソード側の双方に拡散層基材と集電層からなるガス拡散層を具備する形態、アノード側とカソード側のいずれか一方は集電層のみを具備する（拡散層基材が廃された）形態の双方を含んでいる。また、本明細書では、これらのいずれの形態も電極体（ＭＥＧＡ）と称呼している。また、この構成部材ユニットからなる燃料電池セルにおいては、いわゆるフラットタイプのセパレータと電極体の間に、ガス流路層（エキスパンドメタル等の金属多孔体）が配された構造の他にも、電極体の両側にガス流路溝が形成されたセパレータが直接配された従来一般のセル構造を含むものである。さらに、「（第１、第２の）ガス透過層」とは、ガス拡散層とガス流路層の双方を含む意味である。したがって、ガス流路層を具備しないセル形態において、「ガス透過層」は「ガス拡散層」を意味するものであり、ガス拡散層とガス流路層の双方を具備するセル形態において、「ガス透過層」は「ガス拡散層」と「ガス流路層」の双方もしくはいずれか一方を意味するものである。

電解質膜の側方へ張り出している箇所の張り出し長さが、第１のガス透過層および／または第２のガス透過層の厚みよりも短くなっていることで、該張り出している箇所が樹脂圧によって仮に上方に持ち上げられたとしても、その端部がガスケットの端面に臨むことが確実に回避されていることから、該端部が外部に臨んでクロスリーク路を形成するという問題は生じ得ない。

なお、ガス透過層がガス拡散層とガス流路層の積層ユニットの場合には、前記張り出し長さがこの積層ユニットの全厚み未満の長さに調整されていればよく、ガス透過層がガス拡散層もしくはガス流路層のいずれか一方の場合には、それらの厚み未満の長さに調整されていればよい。さらに、上記する積層ユニットにおいては、ガス流路層とガス拡散層双方の厚みが同程度であってもよいし、いずれか一方が相対的に厚いものであってもよい。

また、本発明による燃料電池セルとして、以下の２つの形態がある。その一つの形態は、前記構成部材ユニットにおける、２つのガス透過層のいずれか一方側に、積層されたセルを画成するとともに双方のセルに燃料ガスと酸化剤ガスのいずれか一方を提供するセパレータが配され、該セパレータも前記ガスケットと一体となっているものである。また、他の形態は、前記構成部材ユニットを２つのセパレータが挟持してなるものである。

上記する本発明の構成部材ユニットからなる燃料電池セルが積層され、スタッキングされてなる燃料電池は、家庭用の定置型燃料電池や車載用燃料電池など、その適用分野は他方面に亘るが、特に、近時その生産が拡大しており、車載機器に一層の高性能、高耐久を要求する電気自動車やハイブリッド車に好適である。

以上の説明から理解できるように、本発明の燃料電池セルの構成部材ユニットによれば、たとえばガスケットを射出成形する際に、電解質膜の側方に張り出している箇所が樹脂圧によって持ち上げられた場合でも、これがクロスリーク路を形成して燃料電池のクロスリーク耐久を低下させるという課題を効果的に解消することができる。

成形型内に載置される、ガスケットが成形される前の燃料電池セルの構造の一実施の形態を説明した縦断面図である。 成形型内でガスケットを成形している状況を説明した縦断面図である。 成形型にてガスケットが成形された燃料電池セルを積層する前の状態を説明した縦断面図である。 燃料電池セルを積層し、スタッキングされた状態を説明した縦断面図である。 従来の方法によって、成形型内でガスケットを成形している状況を説明した縦断面図である。 図５において、電解質膜の張り出し端部が樹脂圧によって上方に持ち上げられている状況を説明した拡大図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示する構成部材ユニットや燃料電池セルは、その一方端のみが拡大して示されており、たとえば、図１で示す燃料電池セルでは、図示する構造を両側端に備えて燃料電池セルが構成されていることは勿論のことである。また、アノード側、カソード側ともに、ガス透過層がガス拡散層とガス流路層の積層ユニットの場合を図示しているが、たとえばカソード側のガス透過層がガス流路層のみからなる場合であってもよく、この形態の場合には、電解質膜の張り出している箇所の張り出し長さがこのガス流路層の厚み未満に調整されるものである。

図１は、成形型内に載置される、ガスケットが成形される前の燃料電池セルの構造の実施の形態を説明した縦断面図である。
図１で示す燃料電池セルは、電解質膜１と、カソード側およびアノード側の触媒層２，２’と、から膜電極接合体３が形成され、これをカソード側およびアノード側のガス拡散層４，４’が挟持して電極体５が形成され、これをカソード側およびアノード側のガス流路層６，６’が挟持し、さらに、アノード側のガス流路層６’に３層構造のセパレータ７が配されて構成される。

なお、触媒層２，２’は電解質膜１に比してそれらの面積が狭小であり、したがって、電解質膜１の両側の触媒層２，２’の周縁には該触媒層２，２’が存在しない露出領域が形成され、この露出領域には、カソード側およびアノード側の不図示の保護フィルムが配されて、ガス拡散層４，４’から突出する毛羽が電解質膜１の露出領域に突き刺さるのを防護している構造であってもよい。

ここで、膜電極接合体３を構成する電解質膜１は、たとえば、スルホン酸基やカルボニル基を持つフッ素系イオン交換膜、置換フェニレンオキサイドやスルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリアリールエーテルスルホン、スルホン化フェニレンスルファイドなどの非フッ素系のポリマーなどから形成される。

また、触媒層２，２’は、触媒が担持された導電性担体（粒子状のカーボン担体など）と、電解質と、分散溶媒（有機溶媒）と、を混合して触媒溶液（触媒インク）を生成し、これを電解質膜１やガス拡散層４，４’等の基材に塗工ブレードにて層状に引き伸ばして塗膜を形成し、温風乾燥炉等で乾燥することで触媒層が形成される。ここで、触媒溶液を形成する電解質は、プロトン伝導性ポリマーである、有機系の含フッ素高分子を骨格とするイオン交換樹脂、例えばパーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等のスルホン化プラスチック系電解質、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルケトン、スルホアルキル化ポリエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリスルホン、スルホアルキル化ポリスルフィド、スルホアルキル化ポリフェニレンなどのスルホアルキル化プラスチック系電解質などを挙げることができる。なお、市販素材としては、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標、デュポン社製）やフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ）（登録商標、旭硝子株式会社製）などを挙げることができる。また、分散溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、酢酸エチルや酢酸ブチルなどのエステル類、芳香族系あるいはハロゲン系の種々の溶媒を挙げることができ、さらには、これらを単独で、もしくは混合液として使用することができる。さらに、触媒が担持された導電性担体に関し、この導電性担体としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のほか、炭化ケイ素などに代表される炭素化合物などを挙げることができ、この触媒（金属触媒）としては、たとえば、白金や白金合金、パラジウム、ロジウム、金、銀、オスミウム、イリジウムなどのうちのいずれか一種を使用することができ、好ましくは白金または白金合金を使用するのがよい。さらに、この白金合金としては、たとえば、白金と、アルミニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ガリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、バナジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、チタンおよび鉛のうちの少なくとも一種との合金を挙げることができる。

また、ガス拡散層４，４’は、拡散層基材と集電層（ＭＰＬ）からなるものであり、拡散層基材としては、電気抵抗が低く、集電を行えるものであれば特に限定されるものではないが、たとえば、導電性無機物質を主とするものを挙げることができ、この導電性無機物質としては、ポリアクリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒鉛及び膨張黒鉛等の炭素材やこれらのナノカーボン材料、ステンレススチール、モリブデン、チタン等を挙げることができる。また、拡散層基材の導電性無機物質の形態は特に限定されるものではなく、たとえば繊維状あるいは粒子状で用いられるが、ガス透過性の点から無機導電性繊維であって、特に炭素繊維が好ましい。無機導電性繊維を用いた拡散層基材としては、織布あるいは不織布いずれの構造のものも使用することができ、カーボンペーパーやカーボンクロスなどを挙げることができる。織布としては、平織、紋織、綴織など、特に限定されるものではなく、不織布としては、抄紙法、ウォータージェットパンチ法によるものなどが挙げられる。さらに、この炭素繊維としては、フェノール系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などを挙げることができる。さらに、集電層はアノード側、カソード側の触媒層２，２’から電子を集める電極の役割を果たすものであり、導電性材料である、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、金、銀、銅及びこれらの化合物または合金、導電性炭素材料などから形成できる。

また、不図示の保護フィルムは、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＶＤＦ（二フッ化ポリビニル）、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、コポリアミド、ポリアミドエラストマ、ポリイミド、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマ、シリコーン、シリコンゴム、シリコンベースのエラストマなどから形成されるものである。
また、ガス流路層６，６’は、金属発泡焼結体もしくはエキスパンドメタルなどの金属多孔体から形成されている。

さらに、３層構造のセパレータ７は、ステンレスやチタンからなる金属プレート７１，７２と、その間に、金属素材で冷却水流路やガス流路が形成された中間層７３が介層されたものである。なお、樹脂素材の枠材を中間層とし、２枚の金属プレートの一方のプレートから多数のディンプル、もしくは流路画成用のリブが突出された形態であってもよい。なお、図示するセパレータ７では、自身が構成要素となる燃料電池セルのアノード側のガス流路層６’に燃料ガスを供給するためのガス流路７３ａと、セルの積層姿勢において隣接するセルのカソード側のガス流路層６に酸化剤ガスを供給するためのガス流路７３ｂが形成されており、さらには、不図示の冷却水流路が中間層７３に形成されている。なお、セパレータ７には、不図示のガスケットのマニホールドに連通して、ガスや冷却水等が流通するマニホールドＭが形成されている。

図１に戻り、図示する燃料電池セルでは、電解質膜１はガス拡散層４，４’よりも側方に張り出しており、カソード側およびアノード側のガス流路層６，６’が電解質膜１よりも側方に張り出している。ここで、電解質膜１の側方に張り出している箇所１ａの長さ：ｔ１は、ガス拡散層４およびガス流路層６の全厚み：ｔ２よりも短く設定されている（ｔ１＜ｔ２）。

この構造により、たとえばガスケットを射出成形する際に電解質膜１の側方に張り出している箇所１ａが樹脂圧によって持ち上げられても、その端部はせいぜいガス流路層６の端面（隣接する燃料電池セルを構成するセパレータに当接する端面）まで到達することができず、したがって、電解質膜１の端部が外部に臨んでガスのクロスリーク路を形成することはない。

次に、図３，４を参照して、燃料電池セルのガスケット成形〜燃料電池セルのスタッキングまでを概括する。
まず、電極体５と、アノード側およびカソード側の金属多孔体からなるガス流路層６’，６と、３層構造のセパレータ７を用意し、図２で示すように、固定型Ｓ１と可動型Ｓ２とからなる成形型のキャビティ内に下方から順に、セパレータ７、アノード側のガス流路層６’、電極体５、カソード側のガス流路層６を移載して型閉めする。

次いで、固定型Ｓ１に開設された注入孔Ｈを介して、樹脂をガスケット成形用キャビティＣ内に注入する（Ｙ方向）。なお、図２の断面はガスケットにマニホールドが形成される箇所で切断した断面である。

ここで、注入される樹脂としては、ブチル系ゴムやウレタン系ゴム、シリコーンＲＴＶゴム、耐メタノール性を有するエポキシ系樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、炭化水素樹脂などを挙げることができる。

この射出成形により、セパレータ７の表面上にガスケットが直接成形されることから、セパレータとガスケットの密着領域は十分に接着され、したがって、これらの界面が外部に流体連通することはない。

図３は、図２の方法で製造された２つの燃料電池セル２０，２０を示しており、より具体的には、これらが積層される前の状態を示している。ここで、アノード側のガス流路層６’と、電極体５と、カソード側のガス流路層６と、それらの側方に形成されたガスケット８と、から燃料電池セルの構成部材ユニット１０が形成され、構成部材ユニット１０とセパレータ７とから燃料電池セル２０が形成されるものである。なお、たとえば３００基の燃料電池セル１０，…を積層して燃料電池スタックを形成する場合には、図２の方法でそれぞれの燃料電池セルを製造し、各燃料電池セル２０のセパレータを具備しない側に積層姿勢で隣接する燃料電池セル２０のセパレータ７を上載するようにして３００基の燃料電池セル２０，…を積層し、スタッキングが実行される。

図４は、複数の燃料電池セル２０，…が積層され、スタッキングされた後の２つの燃料電池セル２０，２０を取り出して図示したものである。なお、射出成形されてできたガスケット８にもマニホールドＭが形成され、無端のシールリブ８ａがマニホールドＭを囲繞するようにガスケット８の上面（セパレータ７の存在しない面）に形成される。

図４から明らかなように、積層姿勢の各燃料電池セル２０，…がスタッキングされた際に、任意の燃料電池セル２０は、自身の構成部材であるセパレータ７と隣接する燃料電池セル２０のセパレータ７がその両側に配される構造となる。スタッキングされることによってマニホールドＭ周りのシールリブ８ａが隣接する燃料電池セル１０のセパレータ７にて潰され、シール構造が形成される。

図示するマニホールドＭは燃料ガスが流入するマニホールドであり、供給された燃料ガスは３層構造セパレータ７の中間層７３からプレート７１に亘って形成された供給ガス流路７３ａを介してアノード側のガス流路層６’に供給される（Ｚ１方向）。一方、ガスケット８の他の断面には酸化剤ガスが流入する別途のマニホールドが形成されており、この別途のマニホールドを介して酸化剤ガスが流入し、セパレータ７の中間層７３からプレート７２に亘って形成された供給ガス流路７３ｂを介して隣接セルのカソード側の多孔体６に供給される（Ｚ２方向）。

上記する本発明の燃料電池の製造方法によれば、射出成形時の樹脂圧によって電解質膜の張り出し端部が持ち上げられ、該端部がセパレータと接着していない側のガスケットの端面に臨んで外部と流体連通し、ガスのクロスリーク路となることが効果的に抑止される。さらには、カソード側およびアノード側双方のガス流路層の張り出した箇所同士が接触することも防止されており、双方が接触して短絡するという問題も生じない。

また、上記する燃料電池セルは、電解質膜の側方に張り出している箇所の長さを調整しただけの極めて簡易な構造変更によって、ガスのクロスリーク耐久の高い燃料電池となっていることから、その製造効率も高く、需要増に伴う燃料電池の大量生産に好適である。

なお、実際に電気自動車等に車載される燃料電池システムは、燃料電池（燃料電池スタック）と、水素ガスや空気を収容する各種タンク、これらのガスを燃料電池に提供するためのブロア、燃料電池を冷却するためのラジエータ、燃料電池で生成された電力を蓄電するバッテリ、この電力で駆動する駆動モータ等から大略構成されるものである。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…電解質膜、１ａ…側方に張り出している箇所、２…カソード側の触媒層、２’…アノード側の触媒層、３…膜電極接合体、４…カソード側のガス拡散層（ガス透過層）、４’…アノード側のガス拡散層（ガス透過層）、５…電極体、６…カソード側の金属多孔体（ガス透過層）、６’…アノード側の金属多孔体（ガス透過層）、７…セパレータ、７１、７２…プレート、７３…中間層、８…ガスケット、８ａ…無端状リブ、１０…燃料電池セルの構成部材ユニット、２０…燃料電池セル、Ｍ…マニホールド、Ｓ１…固定型、Ｓ２…可動型、Ｈ…注入孔、Ｃ…キャビティ

Claims (5)

1. 電解質膜とその両側の触媒層とからなる膜電極接合体と、該膜電極接合体の両側に配された第１のガス透過層および第２のガス透過層と、が積層され、これらの周縁にガスや冷却流体が流通するマニホールドを具備するガスケットが成形されており、電解質膜は第１のガス透過層および／または第２のガス透過層よりも側方へ張り出してガスケット内に埋め込まれている、燃料電池セルの構成部材ユニットにおいて、
   前記電解質膜の側方へ張り出している箇所の張り出し長さが、第１のガス透過層および／または第２のガス透過層の厚みよりも短くなっている、燃料電池セルの構成部材ユニット。
2. 前記ガス透過層が、ガス拡散層、もしくは、金属多孔体からなるガス流路層、もしくは、ガス拡散層と金属多孔体からなるガス流路層の積層体、のいずれか一方からなる、請求項１〜３に記載の燃料電池セルの構成部材ユニット。
3. 請求項１または２に記載の構成部材ユニットにおける、２つのガス透過層のいずれか一方側に、積層されたセルを画成するとともに双方のセルに燃料ガスと酸化剤ガスのいずれか一方を提供するセパレータが配され、該セパレータも前記ガスケットと一体となっている、燃料電池セル。
4. 請求項１または２に記載の構成部材ユニットを２つのセパレータが挟持してなる、燃料電池セル。
5. 請求項３または４に記載の燃料電池セルが積層され、スタッキングされてなる、燃料電池。

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