JP2020145125A - 燃料電池セルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のような付加的な部材を必要とせず、従来よりも製造コストの削減と生産性の向上が可能な燃料電池セルの製造方法を提供する。【解決手段】成形工程Ｓ１において、第１セパレータの両端に第１端部溝を形成し、第２セパレータの両端に第２端部溝を形成するとともに、第１セパレータに第１封止孔を形成し、第２セパレータに第２封止孔を形成する。配置工程Ｓ２において、第１ガス拡散層の第１タブ部を第１端部溝に対向させて配置し、第２ガス拡散層の第２タブ部を第２端部溝に対向させて配置する。封止工程Ｓ３において、第１封止孔から第１封止材を注入して第２タブ部と第１セパレータとの間を封止するとともに、第２封止孔から第２封止材を注入して第１タブ部と第２セパレータとの間を第２封止材によって封止する。【選択図】図８

Description

本開示は、燃料電池セルの製造方法に関する。

従来から熱可塑性樹脂製のシーリングシートを介在させてプレートを積層し、前記シーリングシートにてプレート間をシールする積層体の製造方法に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。この従来の積層体の製造方法は、積層工程と、プレス工程とを備えている（同文献、請求項１等を参照）。

上記積層工程は、シーリングプレートを対向するプレートで挟持して積層する工程である。このシーリングプレートは、シールの対象となる領域に達するシート内流路をプレートのプレート面に沿って備えている。上記プレス工程は、積層済みのシーリングシートとプレートとをホットプレスして、シーリングシートを熱硬化させる工程である。この従来の積層体の製造方法は、プレス工程に先だってシート内流路に流路閉塞部材を挿入し、プレス工程の後に流路閉塞部材の周壁とシート内流路の周壁との間に間隙を形成して、流路閉塞部材をシート内流路から引き抜くことを特徴としている。

この従来の積層体の製造方法によれば、ホットプレスの際にシーリングシートのシート内流路にプレス圧を作用させるが、シート内流路に挿入された流路閉塞部材にてシート内流路の形状を維持することができる。そして、ホットプレスが終了すれば、流路閉塞部材の周壁とシート内流路の周壁との間に間隙を形成するので、流路閉塞部材をシート内流路から容易に引き抜くことができ、シート内流路を、閉塞等を回避して積層体のシーリングシートに残すことができる。つまり、この積層体の製造方法によれば、対向するプレートを熱硬化したシーリングシートによりシールしつつ、一体とした積層体を、流路確保を図った上で容易に製造できる（同文献、第０００８段落等を参照）。

また、反応ガスの圧力損失の増大を抑制しつつ、燃料電池を小型化するとともに、燃料電池のメンテナンス性を向上させる技術を提供することを目的とする、燃料電池に関する発明が知られている（下記特許文献２、第０００１段落、第０００４段落等を参照）。この従来の燃料電池は、複数の発電モジュールが積層された積層構造を有している（同文献、請求項１等を参照）。

上記発電モジュールは、膜電極接合体と、第１と第２のセパレータと、接着層と、を備えている。膜電極接合体は、電解質膜の両面に第１と第２の電極が配置されている。第１と第２のセパレータは、膜電極接合体の第１と第２の電極のそれぞれに対応して配置され、第１の電極に供給される第１の反応ガスのための第１のマニホールドを構成する貫通孔が形成されている。接着層は、膜電極接合体の外周において第１と第２のセパレータとを接着する。

上記接着層には、厚み方向に貫通し、第１のマニホールドを構成する第１のマニホールド流路と、第１のマニホールド流路と膜電極接合体の第１の電極との間を連通する第１の連通路と、が設けられている。この第１の連通路には、第１のマニホールド流路との接続部において、第１のマニホールドの貫通方向に突出する第１の通路壁部が配置されている。

この従来の燃料電池によれば、接着層に第１の反応ガスのための第１のガス通路が設けられており、各発電モジュールをコンパクトに構成することができる。したがって、燃料電池の小型化が可能である。そして、燃料電池を小型化した場合であっても、補強部としても機能する第１の通路壁部によって、第１のマニホールド流路と第１の連通路との接続部が閉塞されてしまう可能性が低減され、燃料電池における反応ガスの圧力損失の増大が抑制される。また、各発電モジュールが接着層により一体化された構成を有しているため、燃料電池において、不具合を生じている一部の発電モジュールのみの交換が容易となり、そのメンテナンス性が向上する（同文献、第０００６段落等を参照）。

特開２０１１−０３１４３５号公報 特開２０１３−０５４８７２号公報

上記従来の積層体の製造方法や燃料電池は、上記流路閉塞部材や、上記第１の通路壁部を形成するガス通路部材などの付加的な部材が必要である。

本開示は、従来のような付加的な部材を必要とせず、従来よりも製造コストの削減と生産性の向上が可能な燃料電池セルの製造方法を提供する。

本開示の一態様は、発電部と、該発電部の第１ガス拡散層に対向する第１セパレータと、前記発電部の第２ガス拡散層に対向する第２セパレータと、を備えた燃料電池セルの製造方法であって、前記第１セパレータおよび前記第２セパレータを成形する成形工程と、前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間に前記発電部を配置する配置工程と、前記発電部の周縁部を封止する封止工程と、を有し、前記成形工程において、前記第１セパレータの両端に第１端部溝を形成し、前記第２セパレータの両端に第２端部溝を形成するとともに、前記第１セパレータに前記第２セパレータの前記第２端部溝に対向する第１封止孔を形成し、前記第２セパレータに前記第１セパレータの前記第１端部溝に対向する第２封止孔を形成し、前記配置工程において、前記第１ガス拡散層の両端に設けられた第１タブ部を前記第１セパレータの前記第１端部溝に対向させて配置し、前記第２ガス拡散層の両端に設けられた第２タブ部を前記第２セパレータの前記第２端部溝に対向させて配置し、前記封止工程において、前記第１封止孔から第１封止材を注入して前記第２タブ部と前記第１セパレータとの間を前記第１封止材によって封止するとともに、前記第２封止孔から第２封止材を注入して前記第１タブ部と前記第２セパレータとの間を前記第２封止材によって封止することを特徴とする燃料電池セルの製造方法である。

本開示の一態様によれば、従来のような付加的な部材を必要とせず、従来よりも製造コストの削減と生産性の向上が可能な燃料電池セルの製造方法を提供することができる。

燃料電池スタックを備える燃料電池システムの概略図。 図１に示す燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの概略図。 図２に示す燃料電池セルの概略的な分解斜視図。 図２に示すIV-IV線に沿う概略的な拡大断面図。 図２に示すV-V線に沿う概略的な拡大断面図。 図２に示すVI-VI線に沿う概略的な拡大断面図。 図２に示すVII-VII線に沿う概略的な拡大断面図。 本開示に係る燃料電池セルの製造方法の一実施形態を示すフロー図。 本開示に係る燃料電池セルの製造方法の別の実施形態の説明図。

以下、図面を参照して本開示に係る燃料電池セルの製造方法の実施形態を説明する。以下では、まず、本開示に係る燃料電池セルの製造方法の実施形態によって製造される燃料電池セルおよび燃料電池スタックの構成の一例を説明し、次に、その実施形態に係る燃料電池の製造方法を説明する。

（燃料電池スタックおよび燃料電池セル）
まず、図１から図７を参照して、燃料電池スタック１００と燃料電池セル４０の構成の一例について説明する。図１は、燃料電池スタック１００を備える燃料電池システム１の概略図である。燃料電池システム１は、たとえば、水素タンク２と、エアポンプ３と、ラジエータ４と、燃料電池スタック１００とを備えている。

水素タンク２は、たとえば、高圧水素が充填され、シャットバルブ２ａ、配管２ｂおよびレギュレータ２ｃを介して燃料電池スタック１００に接続され、燃料電池スタック１００に燃料ガスとしての水素を供給する。燃料電池スタック１００において利用されなかった燃料ガス（アノードオフガス）は、燃料電池スタック１００に接続された排出配管２ｄを介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。なお、燃料電池システム１は、アノードオフガスを配管２ｂ側に再循環させる再循環機構を有してもよい。

エアポンプ３は、たとえば、配管３ａを介して燃料電池スタック１００に接続され、燃料電池スタック１００に酸化剤ガスとしての空気を供給する。燃料電池スタック１００において利用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）は、排出配管３ｂを介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。燃料ガスおよび酸化剤ガスは、反応ガスとも呼ばれる。

ラジエータ４は、たとえば、配管４ａおよびポンプ４ｂならびに配管４ｃを介して燃料電池スタック１００に接続され、燃料電池スタック１００を冷却するための冷媒を、燃料電池スタック１００に供給する。燃料電池スタック１００から排出された冷媒は、配管４ｃを介してラジエータ４に循環する。冷媒としては、たとえば、水、エチレングリコール等の不凍液、空気などが用いられる。

燃料電池スタック１００は、たとえば、エンドプレート１０と、絶縁板２０と、集電板３０と、複数の燃料電池セル４０と、集電板３０と、絶縁板２０と、エンドプレート１０とが、この順に積層された積層構造を有している。

図２は、図１に示す燃料電池スタック１００を構成する燃料電池セル４０の概略的な平面図である。図３は、図２に示す燃料電池セル４０の概略的な分解斜視図である。図４から図７は、それぞれ、図２に示すIV-IV線、V-V線、VI-VI線、およびVII-VII線に沿う概略的な拡大断面図である。

燃料電池セル４０は、たとえば、発電部４１と、その発電部４１の第１ガス拡散層４１ａに対向する第１セパレータ４３と、発電部４１の第２ガス拡散層４１ｂに対向する第２セパレータ４４と、を備えている。

第１セパレータ４３および第２セパレータ４４は、たとえば、カーボン粒子を圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン等のカーボン製部材や、プレス成形したステンレス鋼やチタンなどの金属部材など、ガス遮断性および導電性を有する素材によって作られている。第１セパレータ４３はアノード側のセパレータであり、第２セパレータ４４はカソード側のセパレータである。

第１セパレータ４３は、発電部４１に対向する面に、燃料ガスを分配する複数の筋状の第１ガス溝４５を備え、発電部４１とは反対の面に冷媒を分配する複数の筋状の冷媒溝４６を備える。第２セパレータ４４は、発電部４１に対向する面に酸化剤ガスを分配する複数の筋状の第２ガス溝４７を備え、発電部４１と反対側の面に冷媒を分配する複数の筋状の冷媒溝４６を備える。

第１セパレータ４３および第２セパレータ４４は、マニホールドＭ１〜Ｍ６を構成する複数のマニホールド孔Ｈ１〜Ｈ６を有している。マニホールドＭ１は、たとえば、図１に示すエンドプレート１０、絶縁板２０、および集電板３０に設けられた開口部を介して、燃料ガスを供給する配管２ｂに接続される。また、マニホールドＭ２は、たとえば、図１に示すエンドプレート１０、絶縁板２０、および集電板３０に設けられた開口部を介して、燃料電池スタック１００において利用されなかった燃料ガスを排出する排出配管２ｄに接続される。

同様に、マニホールドＭ３は、たとえば、図１に示すエンドプレート１０、絶縁板２０、および集電板３０に設けられた開口部を介して、酸化剤ガスを供給する配管３ａに接続される。また、マニホールドＭ４は、たとえば、図１に示すエンドプレート１０、絶縁板２０、および集電板３０に設けられた開口部を介して、燃料電池スタック１００において利用されなかった酸化剤ガスを排出する排出配管３ｂに接続される。

また、マニホールドＭ５は、たとえば、図１に示すエンドプレート１０、絶縁板２０、および集電板３０に設けられた開口部を介して、冷媒を供給する配管４ａに接続される。同様に、マニホールドＭ６は、たとえば、図１に示すエンドプレート１０、絶縁板２０、および集電板３０に設けられた開口部を介して、燃料電池スタック１００から排出された冷媒をラジエータ４に循環させる配管４ｃに接続される。

図２および図３に示すように、発電部４１、封止材４２、第１セパレータ４３および第２セパレータ４４は、発電用ガスの流路である第１ガス流路５１および第２ガス流路５２を形成する。第１ガス流路５１は、たとえば、燃料電池セル４０のアノード側に設けられ、第２ガス流路５２は燃料電池セル４０のカソード側に設けられている。

第１ガス流路５１は、アノード側の第１セパレータ４３と発電部４１との間に画定されている。また、第１ガス流路５１は、アノード側の第１セパレータ４３と発電部４１との間の空間において、図２および図３に示す複数の筋状の第１ガス溝４５によって、複数の流路に分岐されている。第１ガス流路５１の一端と他端は、それぞれ、第１セパレータ４３に設けられた第１端部溝４５ｅを介してマニホールドＭ１，Ｍ２に接続されている。

第１端部溝４５ｅは、たとえば、第１セパレータ４３の一端と他端に設けられ、それぞれ、発電部４１の第１ガス拡散層４１ａの一端と他端に設けられた第１タブ部４１ａｔに対向する位置に配置されている。第１セパレータ４３の一端に設けられた第１端部溝４５ｅはマニホールドＭ１と第１ガス流路５１の始端とを接続している。第１セパレータ４３の他端に設けられた第１端部溝４５ｅは、第１ガス流路５１の終端とマニホールドＭ２とを接続している。すなわち、マニホールドＭ１とマニホールドＭ２との間は、第１セパレータ４３の一端に設けられた第１端部溝４５ｅと、第１ガス流路５１と、第１セパレータ４３の他端に設けられた第１端部溝４５ｅとによって接続されている。

第２ガス流路５２は、カソード側の第２セパレータ４４と発電部４１との間に画定されている。また、第２ガス流路５２は、カソード側の第２セパレータ４４と発電部４１との間の空間において、図３に示す複数の筋状の第２ガス溝４７によって、複数の流路に分岐されている。第２ガス流路５２の一端と他端は、それぞれ、第２セパレータ４４に設けられた第２端部溝４７ｅを介してマニホールドＭ３，Ｍ４に接続されている。

第２端部溝４７ｅは、たとえば、第２セパレータ４４の一端と他端に設けられ、それぞれ、発電部４１の第２ガス拡散層４１ｂの一端と他端に設けられた第２タブ部４１ｂｔに対向する位置に配置されている。第２セパレータ４４の一端に設けられた第２端部溝４７ｅはマニホールドＭ３と第２ガス流路５２の始端とを接続している。第２セパレータ４４の他端に設けられた第２端部溝４７ｅは、第２ガス流路５２の終端とマニホールドＭ４とを接続している。すなわち、マニホールドＭ３とマニホールドＭ４との間は、第２セパレータ４４の一端に設けられた第２端部溝４７ｅと、第２ガス流路５２と、第２セパレータ４４の他端に設けられた第２端部溝４７ｅとによって接続されている。

第１セパレータ４３は、第２セパレータ４４の第２端部溝４７ｅに対向する位置に第１封止孔４３ｈを有している。第１封止孔４３ｈは、たとえば、第１セパレータ４３を貫通する貫通孔である。第１封止孔４３ｈは、たとえば、第１セパレータ４３を発電部４１に対向させて配置したときに、発電部４１の第２ガス拡散層４１ｂに設けられた第２タブ部４１ｂｔに対向する位置に設けられている。第１封止孔４３ｈは、封止材４２の材料である未硬化の硬化性樹脂を注入するための注入孔として用いられる。なお、第１封止孔４３ｈの形状、数、および配置は、適宜変更することが可能である。

第２セパレータ４４は、第１セパレータ４３の第１端部溝４５ｅに対向する位置に第２封止孔４４ｈを有している。第２封止孔４４ｈは、たとえば、第２セパレータ４４を貫通する貫通孔である。第２封止孔４４ｈは、たとえば、第２セパレータ４４を発電部４１に対向させて配置したときに、発電部４１の第１ガス拡散層４１ａに設けられた第１タブ部４１ａｔに対向する位置に設けられている。第２封止孔４４ｈは、封止材４２の材料である未硬化の硬化性樹脂を注入するための注入孔として用いられる。なお、第２封止孔４４ｈの形状、数、および配置は、適宜変更することが可能である。

発電部４１は、たとえば、膜-電極接合体（Membrane-Electrode Assembly：ＭＥＡ）４１ｃと、このＭＥＡ４１ｃの一方の面に積層された第１ガス拡散層４１ａと、ＭＥＡ４１ｃの他方の面に積層された第２ガス拡散層４１ｂと、を備えている。すなわち、発電部４１は、たとえば、膜-電極-ガス拡散層接合体（Membrane-Electrode-Gas Diffusion Layer Assembly：ＭＥＧＡ）である。発電部４１の周縁部は、たとえば、封止材４２によって封止されている。

ＭＥＡ４１ｃは、電解質膜の両面に、それぞれ、アノードおよびカソードが配置されて構成され、発電用の第１ガスと第２ガスを反応させて発電する。第１ガスは、たとえば、アノードに供給される水素を含む燃料ガスであり、第２ガスは、たとえば、カソードに供給される酸素を含む空気などの酸化剤ガスである。

第１ガス拡散層４１ａおよび第２ガス拡散層４１ｂは、たとえば、黒鉛繊維からなる多孔質基材と、その多孔質基材の表面に形成された撥水性のマイクロポーラス層（Micro Porous Layer）とを有している。また、第１ガス拡散層４１ａの両端には、たとえば、第１タブ部４１ａｔが設けられ、第２ガス拡散層４１ｂの両端には、たとえば、第２タブ部４１ｂｔが設けられている。

第１タブ部４１ａｔは、図２および図３に示すように、マニホールドＭ１，Ｍ４，Ｍ５に隣接する第１ガス拡散層４１ａの一端と、マニホールドＭ２，Ｍ３，Ｍ６に隣接する第１ガス拡散層４１ａの他端に設けられている。より具体的には、第１ガス拡散層４１ａの一端の第１タブ部４１ａｔは、マニホールドＭ１，Ｍ４，Ｍ５に隣接する発電部４１の一端からマニホールドＭ１へ向けて突出するタブ状に設けられている。また、第１ガス拡散層４１ａの他端の第１タブ部４１ａｔは、マニホールドＭ２，Ｍ３，Ｍ６に隣接する発電部４１の他端からマニホールドＭ２へ向けて突出するタブ状に設けられている。

第２タブ部４１ｂｔは、図２および図３に示すように、マニホールドＭ１，Ｍ４，Ｍ５に隣接する第２ガス拡散層４１ｂの一端と、マニホールドＭ２，Ｍ３，Ｍ６に隣接する第２ガス拡散層４１ｂの他端に設けられている。より具体的には、第２ガス拡散層４１ｂの一端の第２タブ部４１ｂｔは、マニホールドＭ１，Ｍ４，Ｍ５に隣接する発電部４１の一端からマニホールドＭ４へ向けて突出するタブ状に設けられている。また、第２ガス拡散層４１ｂの他端の第２タブ部４１ｂｔは、マニホールドＭ２，Ｍ３，Ｍ６に隣接する発電部４１の他端からマニホールドＭ３へ向けて突出するタブ状に設けられている。

封止材４２は、たとえば、電気絶縁性を有する硬化性樹脂である。封止材４２は、たとえば、未硬化の状態で第１セパレータ４３と第２セパレータ４４の間に注入され、その後に硬化されることで、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４を接合する接合材としても機能する。また、封止材４２は、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４の間に配置され、発電部４１の周囲を囲み、個々のマニホールドＭ１〜Ｍ６を囲むように設けられている。

封止材４２は、図４に示すように、マニホールドＭ１に接続された第１端部溝４５ｅの入口を除いてマニホールド孔Ｈ１を囲むように設けられ、同様に、マニホールドＭ２に接続された第１端部溝４５ｅの出口を除いてマニホールド孔Ｈ２を囲むように設けられている。また、封止材４２は、図５に示すように、マニホールド孔Ｈ５の全周を囲むように設けられ、同様に、マニホールド孔Ｈ６の全周を囲むように設けられている。

封止材４２は、図６に示すように、マニホールドＭ４に接続された第２端部溝４７ｅの出口を除いてマニホールド孔Ｈ４を囲むように設けられ、同様に、マニホールドＭ３に接続された第２端部溝４７ｅの入口を除いてマニホールド孔Ｈ３を囲むように設けられている。加えて、封止材４２は、発電部４１を囲む矩形の枠状に設けられ、図７に示すように、発電部４１、第１ガス流路５１および第２ガス流路５２と、燃料電池セル４０の端縁との間を封止している。

以上のような構成により、燃料電池システム１は、たとえば水素タンク２から、燃料電池スタック１００を構成する複数の燃料電池セル４０のマニホールド孔Ｈ１によって形成されたマニホールドＭ１へ、水素ガスが燃料ガスとして供給される。また、たとえばエアポンプ３から、燃料電池スタック１００を構成する複数の燃料電池セル４０のマニホールド孔Ｈ３によって形成されたマニホールドＭ３へ、酸素を含む空気が酸化剤ガスとして供給される。さらに、たとえばポンプ４ｂから、燃料電池スタック１００を構成する複数の燃料電池セル４０のマニホールド孔Ｈ５によって形成されたマニホールドＭ５へ、冷却水が冷媒として供給される。

燃料電池スタック１００のマニホールドＭ１へ供給された燃料ガスは、図４に示すように、各々の燃料電池セル４０の第１端部溝４５ｅから導入され、第１ガス流路５１をマニホールドＭ２へ向けて流れる。燃料電池スタック１００のマニホールドＭ３へ供給された酸化剤ガスは、各々の燃料電池セル４０の第２端部溝４７ｅから導入され、第２ガス流路５２をマニホールドＭ４へ向けて流れる。燃料電池セル４０は、この第１ガス流路５１を流れる燃料ガスと、第２ガス流路５２を流れる酸化剤ガスとを、発電部４１を介して反応させて発電する。

また、燃料電池スタック１００のマニホールドＭ５へ供給された冷媒は、マニホールドＭ６へ向けて、図７に示す冷媒溝４６によって隣り合う燃料電池セル４０の間に形成された冷媒流路を流れる。これにより、発電により燃料電池セル４０に発生した熱を、第１セパレータ４３および第２セパレータ４４を介して冷媒へ移動させ、燃料電池セル４０を冷却することができる。

燃料電池セル４０の第１ガス流路５１を通過した燃料ガスは、第１端部溝４５ｅを通ってマニホールドＭ２に排出され、さらにマニホールドＭ２から排出配管２ｄへ排出される。燃料電池セル４０の第２ガス流路を通過した酸化剤ガスは、図６に示すように、第２端部溝４７ｅを通ってマニホールドＭ４へ排出され、さらにマニホールドＭ４から排出配管３ｂへ排出される。隣り合う燃料電池セル４０の間の冷媒流路を通過した冷媒は、マニホールドＭ６に排出され、さらに配管４ｃへ排出される。

（燃料電池の製造方法）
次に、図１から図７を援用し、図８を参照して、本開示に係る燃料電池セルの製造方法の実施形態を説明する。図８は、本実施形態の燃料電池セルの製造方法Ｍのフロー図である。

本実施形態の燃料電池セルの製造方法Ｍは、図２から図７に示すように、発電部４１と、その発電部４１の第１ガス拡散層４１ａに対向する第１セパレータ４３と、発電部４１の第２ガス拡散層４１ｂに対向する第２セパレータ４４と、を備えた燃料電池セル４０の製造方法である。燃料電池セルの製造方法Ｍは、図８に示すように、成形工程Ｓ１と、配置工程Ｓ２と、封止工程Ｓ３と、を有している。成形工程Ｓ１は、第１セパレータ４３および第２セパレータ４４を成形する工程である。配置工程Ｓ２は、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４との間に発電部４１を配置する工程である。封止工程Ｓ３は、発電部４１の周縁部を封止する工程である。本実施形態の燃料電池セルの製造方法Ｍは、以下のような特徴を有している。

まず、成形工程Ｓ１において、図３に示すように、第１セパレータ４３に第１ガス溝４５、冷媒溝４６、およびマニホールド孔Ｈ１〜Ｈ６を形成するとともに、第２セパレータ４４に第２ガス溝４７、冷媒溝４６およびマニホールド孔Ｈ１〜Ｈ６を形成する。また、第１セパレータ４３の両端に第１端部溝４５ｅを形成し、第２セパレータ４４の両端に第２端部溝４７ｅを形成する。また、第１セパレータ４３に、第２セパレータ４４の第２端部溝４７ｅに対向する第１封止孔４３ｈを形成し、第２セパレータ４４に、第１セパレータ４３の第１端部溝４５ｅに対向する第２封止孔４４ｈを形成する。成形工程Ｓ１は、たとえば、金型を用いたプレス成形や打ち抜き加工によって行うことができる。

次に、配置工程Ｓ２において、図３に示すように、発電部４１の第１ガス拡散層４１ａの両端に設けられた第１タブ部４１ａｔを、第１セパレータ４３の第１端部溝４５ｅに対向させて配置する。また、発電部４１の第２ガス拡散層４１ｂの両端に設けられた第２タブ部４１ｂｔを、第２セパレータ４４の第２端部溝４７ｅに対向させて配置する。これにより、図４に示すように、第１端部溝４５ｅと第１タブ部４１ａｔとの間に、第１ガス流路５１に連通する流路が画定される。また、図６に示すように、第２端部溝４７ｅと第２タブ部４１ｂｔとの間に、第２ガス流路５２に連通する流路が画定される。

次に、封止工程Ｓ３において、図６に示すように、第１封止孔４３ｈから封止材４２の材料である第１封止材を注入して、第２タブ部４１ｂｔと第１セパレータ４３との間を第１封止材によって封止する。また、図４に示すように、第２封止孔４４ｈから封止材４２の材料である第２封止材を注入して、第１タブ部４１ａｔと第１セパレータ４３との間を第２封止材によって封止する。第１封止材および第２封止材は、たとえば、硬化させることによって封止材４２を形成可能な未硬化の硬化性樹脂であり、同一材料であってもよい。なお、これらの第１封止孔４３ｈを介した第１封止材の注入と、第２封止孔４４ｈを介した第２封止材の注入は、以下の手順の後に行ってもよい。

封止工程Ｓ３では、最初に、燃料電池セル４０の周縁部の第１セパレータ４３と第２セパレータ４４との間に、発電部４１を囲むように封止材４２の材料である未硬化の硬化性樹脂を注入する。このとき、マニホールドＭ５，Ｍ６を囲むように、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４との間に、上記未硬化の硬化性樹脂を注入してもよい。これにより、図４に示す第１タブ部４１ａｔと第２セパレータ４４の間と、図６に示す第２タブ部４１ｂｔと第１セパレータ４３との間を除いて、図４から図７に示す封止材４２の位置に、封止材４２の材料である未硬化の硬化性樹脂が充填された状態になる。

この状態で、前述のように、第１封止孔４３ｈを介した第１封止材の注入と、第２封止孔４４ｈを介した第２封止材の注入を行うことで、図４から図７に示す封止材４２の位置に、未硬化の硬化性樹脂を充填することができる。その後、充填した未硬化の硬化性樹脂を硬化させることで封止材４２が形成され、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４とが封止材４２を介して接着される。また、マニホールドＭ１，Ｍ２と第１ガス流路５１との間の流路と、マニホールドＭ３，Ｍ４と第２ガス流路５２との間の流路が、第１端部溝４５ｅおよび第２端部溝４７ｅによって確保された状態で、マニホールドＭ１〜Ｍ６の周囲と発電部４１の周囲が封止材４２によって封止される。

以上のように、本実施形態の燃料電池セルの製造方法Ｍによれば、前記従来の積層体の製造方法や燃料電池で必要とされた付加的な部材を必要としない。したがって、本実施形態の燃料電池セル４０によれば、従来よりも燃料電池セル４０の製造コストの削減と燃料電池セル４０の生産性の向上が可能になる。

なお、図４に示すように、発電部４１の第１ガス拡散層４１ａが、第１セパレータ４３に対向する表面にマイクロポーラス層を有する場合には、封止工程Ｓ３で第１端部溝４５ｅと第１ガス拡散層４１ａとの間の流路が閉塞されるのを、より確実に防止できる。より詳細には、第１ガス拡散層４１ａのマイクロポーラス層は、未硬化の硬化性樹脂の含浸を抑制することができる。そのため、第２セパレータ４４の第２封止孔４４ｈから注入された未硬化の硬化性樹脂が、第１ガス拡散層４１ａに浸透して第１端部溝４５ｅに流入するのを防止することができる。これにより、第１端部溝４５ｅと第１ガス拡散層４１ａとによって画定された第１ガスの流路が閉塞されるのを、より確実に防止できる。

同様に、図６に示すように、発電部４１の第２ガス拡散層４１ｂが、第２セパレータ４４に対向する表面にマイクロポーラス層を有する場合には、封止工程Ｓ３で第２端部溝４７ｅと第２ガス拡散層４１ｂとの間の流路が閉塞されるのを、より確実に防止できる。より詳細には、第２ガス拡散層４１ｂのマイクロポーラス層は、未硬化の硬化性樹脂の含浸を抑制することができる。そのため、第１セパレータ４３の第１封止孔４３ｈから注入された未硬化の硬化性樹脂が、第２ガス拡散層４１ｂに浸透して第２端部溝４７ｅに流入するのを防止することができる。これにより、第２端部溝４７ｅと第２ガス拡散層４１ｂとによって画定された第２ガスの流路が閉塞されるのを、より確実に防止できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、従来のような付加的な部材を必要とせず、従来よりも製造コストの削減と生産性の向上が可能な燃料電池セルの製造方法Ｍを提供することができる。

以上、図面を用いて本開示に係る燃料電池セルの製造方法の実施形態を詳述してきたが、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、本開示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、それらは本開示に含まれるものである。

たとえば、前述の実施形態の燃料電池セルの製造方法Ｍでは、第１セパレータ４３および第２セパレータ４４に設けられた第１封止孔４３ｈおよび第２封止孔４４ｈを介して第１封止材および第２封止材を注入した。しかし、第１セパレータ４３および第２セパレータ４４が第１封止孔４３ｈおよび第２封止孔４４ｈを有しない場合には、封止工程Ｓ３において、マニホールドＭ１〜Ｍ４に、未硬化の硬化性樹脂を注入するためのノズルを挿入してもよい。

これにより、ノズルによって第１封止材と第２封止材を注入し、第２タブ部４１ｂｔと第１セパレータ４３との間を封止するとともに、第１タブ部４１ａｔと第２セパレータ４４との間を封止することができる。このとき、第２タブ部４１ｂｔと第１セパレータ４３との間と、第１タブ部４１ａｔと第２セパレータ４４との間に、それぞれ隙間が形成されているので、未硬化の硬化性樹脂である第１封止材と第２封止材を容易に注入することができる。

図９は、本開示に係る燃料電池セルの製造方法の別の実施形態の説明図である。なお、図９は、燃料電池セル４０の一部を拡大および切断して表す斜視図であり、前述の実施形態に係る燃料電池セル４０の図４に相当する部分の斜視図である。図９に示す実施形態に係る燃料電池セルの製造方法は、封止工程Ｓ３において、第１セパレータ４３の第１端部溝４５ｅの両側に第３封止孔４３ｈ’を形成し、第２セパレータ４４の第２端部溝４７ｅの両側に、図示を省略する第４封止孔を同様に形成する。

そして、封止工程Ｓ３において、第３封止孔４３ｈ’から第３封止材を注入して第１タブ部４１ａｔに含浸させ、第４封止孔から第４封止材を注入して第２タブ部４１ｂｔに含浸させる。さらに、封止工程Ｓ３において、第１タブ部４１ａｔに含浸した第３封止材および第２タブ部４１ｂｔに含浸した第４封止材を半硬化または硬化させた後に、前述のように、第１封止材および第２封止材を注入する。

図９に示す実施形態に係る燃料電池セルの製造方法によれば、前述の実施形態と同様の効果を奏することができるだけでなく、次のような効果を奏することができる。第１ガス拡散層４１ａおよび第２ガス拡散層４１ｂに未硬化の硬化性樹脂を含浸させ、その後に硬化させることで、アノード側の第１ガス流路５１と、カソード側の第２ガス流路５２とを分断させることが可能になる。また、硬化性樹脂は、第１ガス拡散層４１ａおよび第２ガス拡散層４１ｂの空隙内および貫通孔に連通して充填されているため、第１ガス拡散層４１ａおよび第１セパレータ４３と、第２ガス拡散層４１ｂおよび第２セパレータ４４とが、アンカー効果によって剥離しにくくなる。

なお、図９に示す実施形態に係る燃料電池セルの製造方法では、封止工程Ｓ３において、第３封止孔４３ｈ’および第４封止孔から、未硬化で低粘度の硬化性樹脂である第３封止材および第４封止材を低圧充填し、半硬化と完全な硬化との間で硬化させてもよい。この場合、封止工程Ｓ３において、第３封止材および第４封止材を半硬化と完全な硬化との間で硬化させた後に、前述のように、第１封止孔４３ｈおよび第２封止孔４４ｈを介して第１封止材および第２封止材を注入することができる。

これにより、低粘度の第３封止材および第４封止材を第１ガス拡散層４１ａおよび第２ガス拡散層４１ｂの空隙に積極的に充填させることができ、第１端部溝４５ｅおよび第２端部溝４７ｅへの第１封止材および第２封止材の回り込みを抑制することができる。したがって、第１端部溝４５ｅと第１ガス拡散層４１ａとの間の流路、および第２端部溝４７ｅと第２ガス拡散層４１ｂとの間の流路の閉塞を抑制することができる。また、冷媒の流路となる燃料電池セル４０の外側の冷媒溝４６から未硬化の硬化性樹脂を充填することが可能であり、作業性が向上する。

上記の場合、発電部４１であるＭＥＧＡを膜厚方向に貫通するニードル孔を設け、第１セパレータ４３および第２セパレータ４４の貫通孔から封止用樹脂を充填してもよい。これにより、充填樹脂が発電部４１であるＭＥＧＡに浸透しやすくなり、封止が容易になる。また、第１セパレータ４３と第２セパレータ４４のいずれか一方に貫通孔を設けるようにしてもよい。また、付随の効果として、ＭＥＧＡの各層構成部位が封止樹脂のアンカー効果によって剥離しにくくなる。

４０ 燃料電池セル
４１ 発電部
４１ａ 第１ガス拡散層
４１ａｔ 第１タブ部
４１ｂ 第２ガス拡散層
４１ｂｔ 第２タブ部
４２ 封止材（第１封止材、第２封止材）
４３ 第１セパレータ
４３ｈ 第１封止孔
４４ 第２セパレータ
４４ｈ 第２封止孔
４５ｅ 第１端部溝
４７ｅ 第２端部溝
Ｍ 燃料電池セルの製造方法
Ｓ１ 成形工程
Ｓ２ 配置工程
Ｓ３ 封止工程

Claims (1)

1. 発電部と、該発電部の第１ガス拡散層に対向する第１セパレータと、前記発電部の第２ガス拡散層に対向する第２セパレータと、を備えた燃料電池セルの製造方法であって、
   前記第１セパレータおよび前記第２セパレータを成形する成形工程と、前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間に前記発電部を配置する配置工程と、前記発電部の周縁部を封止する封止工程と、を有し、
   前記成形工程において、前記第１セパレータの両端に第１端部溝を形成し、前記第２セパレータの両端に第２端部溝を形成するとともに、前記第１セパレータに前記第２セパレータの前記第２端部溝に対向する第１封止孔を形成し、前記第２セパレータに前記第１セパレータの前記第１端部溝に対向する第２封止孔を形成し、
   前記配置工程において、前記第１ガス拡散層の両端に設けられた第１タブ部を前記第１セパレータの前記第１端部溝に対向させて配置し、前記第２ガス拡散層の両端に設けられた第２タブ部を前記第２セパレータの前記第２端部溝に対向させて配置し、
   前記封止工程において、前記第１封止孔から第１封止材を注入して前記第２タブ部と前記第１セパレータとの間を前記第１封止材によって封止するとともに、前記第２封止孔から第２封止材を注入して前記第１タブ部と前記第２セパレータとの間を前記第２封止材によって封止することを特徴とする燃料電池セルの製造方法。