JP3783703B2 - 燃料電池の単電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池の単電池およびその製造方法に関し、詳しくは、電解質膜を備えた燃料電池の単電池およびおよびその製造方法に関する。

従来、単電池の積層面に作用する面圧を均等にして燃料電池の内部抵抗を小さくする燃料電池としては、単電池を積層した積層体の積層端に配置された押え板の積層面に複数のバネを設け、このバネで押え板を均等に押圧して積層体を締め付ける燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。単電池の積層面に作用する面圧を均等にするのは、面圧が均等でないと、面圧が過小となる部分では、単電池内部あるいは単電池間で十分な接触が得られず内部抵抗や接触抵抗が大きくなってしまい、面圧が過大となる部分では、十分な接触は得られるが、面圧の大きさによっては、面圧が単電池を構成する部材の材料強度を超えて、その部材を損傷させてしまうことがあるからである。

また、この燃料電池では、カソード側燃料ガスとアノード側燃料ガスとの混合や各燃料ガスの漏れを防止するために、シール部材としてガスケットが用いられている。燃料ガスの混合や漏れは、燃料電池の単位燃料当たりの発電量を低下させると共に資源の有効利用に資することができないといった不都合を招くから、燃料ガスの混合や漏れを防止することは大切である。

特開昭６１−２４８３６８号公報

しかしながら、この燃料電池では、単電池を積層して組み付ける際に、組み付け位置にバラツキが生じると、バラツキの生じた単電池の積層面には均等な面圧が作用せず、前述の不都合が生じる場合があった。この不都合を回避するためには、積層体の組み付けと積層体に加える押圧荷重の加え方とに高い精度が要求されるが、多数の単電池を積層する場合、これらの高い精度を維持するのは困難であった。

また、単電池を構成する部材によっては、燃料電池が発生する熱や振動等により生じる応力により、部材に歪みが生じ、ガスケットのシールの信頼性を著しく損なうことがあるという問題があった。さらに、ガスケットが熱疲労やクリープ等によりへたりを生じてシールの信頼性を損なう場合もあった。

本発明の燃料電池の単電池およびその製造方法は、こうした問題を解決し、燃料電池の各部材の積層面に作用する面圧を均等にして燃料電池の内部抵抗を小さくすると共に燃料ガスの混合や漏れを防止することを目的とし、次の構成を採った。

本発明の第１の態様は、電解質膜を備えた燃料電池の単電池を提供する。本発明の第１の態様に係る単電池は、前記電解質膜の両面に配置されている一対の電極と、前記電解質膜の外縁部を挟持する一対のフレーム部材と、前記一対のフレーム部材の挟持方向に前記電解質膜の厚さを規定する構成とを備え、前記一対のフレーム部材によって前記電解質膜が挟持された状態にて接着剤により一体化されてなることを特徴とする。

本発明の第１の態様に係る燃料電池の単電池によれば、燃料電池が発生する熱や振動に基づく応力を弾性接着剤が吸収するので、単電池の耐久性を向上させることができる。また、一対のフレーム部材の挟持方向に前記電解質膜の厚さを規定する構成によりフレーム部材の挟持部における積層方向の厚みを一定にすることが可能となり、積層方向の剛性を高めることができる。したがって、単電池を積層した際、積層面に作用する応力等によるフレーム部材の挟持部の変形を防止することができ、燃料ガスの混合や漏れを防止することができる。さらに、弾性接着剤により単電池を一体化するので、電解質膜やセパレータを多数積層して燃料電池を組み付ける場合に比較して、組み付けを容易とすることができる。もとより、電解質膜の外縁部をフレーム部材で支持したので、コストの高い電解質膜のほとんどを発電に用いることができ、コストを低減することができる。

本発明の第１の態様に係る単電池において、前記電解質膜の厚さを規定する構成は、前記一対のフレーム部材の少なくとも一方の挟持面に形成されている突状部であっても良い。かかる場合には、フレーム部材によって電解質膜の厚さを規定することができる。

本発明の第１の態様に係る単電池はさらに、前記一対のフレーム部材で前記電解質膜が挟持された状態にて接着剤により一体化されていると共に、絶縁性材料で形成されたフレームと、導電性材料で形成され、前記フレームの両側に配置される２つのセパレータとを備え、前記フレームと前記２つのセパレータとは、前記単電池の内部抵抗が所定の値となる状態にて弾性接着剤を硬化させることにより接合されても良い。かかる場合には、単電池の内部抵抗を所定の値としたので、この単電池を積層してなる燃料電池の抵抗値不良を減少させ、燃料電池の性能を標準化することができる。

本発明の第１の態様に係る単電池において、前記フレーム部材の突状部は、前記フレーム部材の挟持面に形成された、前記電解質膜の厚さ寸法よりも大きな高さ寸法を有する複数の突起であっても良い。

本発明の第２の態様は、電解質膜を備えた燃料電池の単電池の製造方法を提供する。本発明の第２の態様に係る単電池の製造方法は、前記電解質膜の両面に電極をそれぞれ接合する工程と、絶縁性材料で形成され、その挟持方向に前記電解質膜の厚さを規定しつつ一対のフレーム部材で前記電解質膜を挟持し、挟持状態にて前記電解質膜と前記一対のフレーム部材とを接着剤により一体化してフレームを形成する支持工程と、導電性材料で形成された２つのセパレータと前記フレームとを前記単電池の内部抵抗が所定の値となる状態にて弾性接着剤を硬化させて接合する接着工程とを備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る燃料電池の単電池の製造方法によれば、少なくとも一方の挟持面に、挟持方向に電解質膜の厚さを規定するように一対のフレーム部材によって電解質膜を挟持して一体化するので、フレームの挟持部における積層方向の厚みを均一にすることができ、積層方向の剛性を高めることができる。したがって、積層面に作用する応力によるフレームの変形を抑制して燃料ガスの混合や漏れを防止することができる。

また、２つのセパレータとフレームとを単電池の内部抵抗が所定の値となるよう弾性接着剤により接着するので、内部抵抗が均一な単電池を製造することができる。したがって、こうした単電池を積層して燃料電池とすれば、抵抗値不良の少ない燃料電池とすることができ、燃料電池の性能を標準化することができる。さらに、弾性接着剤で接着して単電池を製造するので、単電池は一体となり、燃料電池を積層する際の組み付けを容易とすることができる。また、支持工程で、電解質膜の外縁部を一対のフレーム部材で支持してフレームを形成するので、電解質膜が発電に用いられる有効面積を多くすることができ、コストの低減化を図ることができる。

本発明の第２の態様に係る単電池の製造方法において、前記挟持方向における前記電解質膜の厚さは、前記一対のフレーム部材の少なくとも一方の挟持面に形成された、挟持方向に前記電解質膜の厚さを規定する突状部によって規定されても良い。かかる場合には、フレーム部材によって電解質膜の厚さを規定することができる。

本発明の第２の態様に係る単電池の製造方法において、前記接着工程は、前記２つのセパレータに押圧荷重を加えて前記単電池の内部抵抗を所定の値として前記弾性接着剤を硬化させて接合する工程であっても良い。かかる場合には、加える押圧荷重を調整することにより容易に単電池の内部抵抗を所定の値とすることができる。

本発明の第２の態様に係る単電池の製造方法において、前記接着工程は、前記弾性接着剤が硬化後にカソード側の酸化ガスまたはアノード側の燃料ガスの少なくとも一方をシールするシール部材として作用するよう前記フレームまたは前記セパレータの所定の位置に前記弾性接着剤を塗り付けて接合する工程であっても良い。かかる場合には、弾性接着剤を、燃料ガスをシールするシール部材とすることができる。したがって、単電池を構成する部材数を少なくすることができ、その製造を容易とすることができる。

本発明の第３の態様は、電解質膜の外縁部を絶縁性材料で形成された一対のフレームで挟持してなる、燃料電池の単電池の電解質膜部材を提供する。本発明の第３の態様は、前記一対のフレームの挟持方向に前記電解質膜の厚さを規定する構成を備え、前記一対のフレームで前記電解質膜を挟持した状態で接着剤により一体化してなることを特徴とする。

本発明の第３の態様に係る電解質膜部材によれば、少なくとも一方の挟持面に、挟持方向に電解質膜の厚さを規定する構成を備えるので、フレームの挟持部における積層方向の厚みを均一にすることができ、積層方向の剛性を高めることができる。したがって、積層面に作用する応力によるフレームの変形を抑制して燃料ガスの混合や漏れを防止することができる。

本発明の第３の態様に係る電解質膜部材において、前記電解質膜の厚さを規定する構成は、前記一対のフレームの少なくとも一方に形成された突状部であっても良い。かかる場合には、フレームによって電解質膜の厚さを規定することができる。

本発明の第４の態様は、単電池を複数積層した電池モジュールを、複数積層してなる燃料電池を提供する。本発明の第４の態様は、前記単電池は、本発明の第１の態様に係る記載の単電池であり、前記電池モジュールは、前記単電池間を、前記電池モジュールの内部抵抗が所定の値となる状態にて弾性接着剤を硬化させて接合してなることを特徴とする。

本発明の第４の態様に係る燃料電池によれば、単電池を複数積層し、所定の内部抵抗として接着した電池モジュールを更に積層して燃料電池としたので、燃料電池の組み付けを極めて容易とすることができる。また、燃料電池が発生する熱や振動に基づく応力を弾性接着剤が吸収するので、燃料電池の耐久性を向上させることができる。さらに、電池モジュールの内部抵抗を所定の値としたので、この電池モジュールを積層してなる燃料電池の抵抗値不良を減少させ、燃料電池の性能を標準化することができる。加えて、電池モジュール毎に燃料ガスのリークのチェックまたは内部抵抗値のチェックを行なうことができるので、燃料電池が所定の性能を示さないときに、容易にチェックすることができる。

以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例について説明する。図１は、本発明の好適な一実施例である固体高分子型燃料電池の電池モジュール１０の構成を示した説明図である。図２は、この電池モジュール１０等を積層した積層体７の外観を例示した斜視図である。

固体高分子型燃料電池は、積層体７（図２）と、積層体７に酸化ガス（酸素または空気）および燃料ガス（水素）を供給する燃料ガス供給装置（図示せず）と、積層体７に冷却媒体（例えば、純水，代替フロン，絶縁油等）を供給する冷却媒体供給装置（図示せず）とから構成される。積層体７は、図２に示すように、電池モジュール１０と電池モジュール１１とセパレータ２００と冷却部材３００とから構成され、電池モジュール１０と電池モジュール１１とが交互に複数積層され、一方の積層端にセパレータ２００が、他端に冷却部材３００が装着されている。また、積層体７には、積層方向に貫通する一対の酸化ガス（酸素または空気）流路１２Ａ，燃料ガス（水素）流路１２Ｂおよび二対の冷却媒体流路１４Ａ，１４Ｂが形成されている。

図１に示すように、電池モジュール１０は、発電単位である単電池２０，２２，２４の３つを積層して構成される。単電池２０は、電解質膜３０と２つの電極４０とを備える電解質膜部材１５０と、電解質膜部材１５０の両側に設けられ電極４０とで酸化ガスまたは燃料ガスの流路を形成する２つの集電極５０と、さらにその両側に設けられた２つのセパレータ２００とから構成されている。単電池２２は、単電池２０と同一の部材で構成されており、一方のセパレータ２００を隣接する単電池２０とで共用している。単電池２４は、単電池２０と同じ電解質膜部材１５０と、その両側に設けられた２つの電極４０と、セパレータ２００と、冷却部材３００とを積層して構成されており、隣接する単電池２２とでセパレータ２００を共用している。各単電池の電解質膜部材１５０とセパレータ２００および単電池２４の電解質膜部材１５０と冷却部材３００は、弾性接着剤４２０により接着されている。

電解質膜部材１５０は、電解質膜３０と、２つの電極４０と、一対のフレーム１００と、一対のフレーム１００の間隔を一定として剛性を持たせる多数のスペーサ６０とから構成され、電解質膜３０の外縁部を多数のスペーサ６０と共に一対のフレーム１００で挟持した状態で接着剤４１０により接着されて一体となっている。また、電解質膜３０の両側には、電極４０が配置されてサンドイッチ構造となっている。以下に電池モジュール１０を構成する各部材について詳細に説明する。

電解質膜３０は、高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成された厚さ１００μｍから２００μｍのイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。２つの電極４０は、共に炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されており、このカーボンクロスには、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金等を担持したカーボン粉がクロスの電解質膜３０側の表面および隙間に練り込まれている。この電解質膜３０と２つの電極４０は、２つの電極４０が電解質膜３０を挟んでサンドイッチ構造とした状態で、１００℃ないし１６０℃好ましくは１２０℃ないし１５５℃の温度で、１ＭＰａ｛１０．２kgf／cm2｝ないし１０ＭＰａ｛１０２kgf／cm2｝好ましくは３ＭＰａ｛３１kgf／cm2｝ないし７ＭＰａ｛７１kgf／cm2｝の圧力を作用させて接合するホットプレス法により接合されている。なお、実施例では、２つの電極４０をカーボンクロスにより形成したが、炭素繊維からなるカーボンペーパーまたはカーボンフェルトにより形成する構成も好適である。

スペーサ６０は、ポリスチレンにより形成され、電解質膜３０の厚みより若干大きな直径の球体をしている。スペーサ６０の直径は、電解質膜３０の厚みと同等か大きければ如何なる大きさでもかまわないが、電池モジュール１０の厚みを薄くする必要から２００μｍから５００μｍとするのが好ましい。スペーサ６０の直径は、多数のスペーサ６０で一対のフレーム１００の間隔を一定とすることにより、一定の値に揃っていることが好ましい。実施例では、１５０μｍの厚みの電解質膜３０に対し３００μｍの直径のスペーサ６０を用いた。なお、実施例では、スペーサ６０をポリスチレンにより形成したが、電池モジュール１０に作用する押圧加重（後述）に耐え得る剛性を有すれば如何なる材料で形成してもかまわない。例えば、ガラスにより形成する構成も好適である。また、スペーサ６０は、他の導電性材料により形成された部材（例えば電解質膜３０）と接触しない配置とすれば導電性材料で形成してもかまわないが、他の部材との接触を考慮しなくてもよい絶縁性材料で形成するのが好ましい。実施例では、スペーサ６０の形状を球体としたが、一対のフレーム１００を一定の間隔に保てばよいので、円柱，多面体等であってもかまわない。

一対のフレーム１００は、樹脂（例えば、フェノール樹脂，ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ），ポリアミド等）により形成されている。電解質膜３０と一体化される前のフレーム１００を図３に示す。図３は、接着される前のフレーム１００の外観を例示した斜視図である。図示するように、フレーム１００は正方形の薄板状に形成されており、フレーム１００の中央には、電解質膜３０および電極４０等により形成される発電層を配置する正方形の孔（発電孔）１１０が形成されている。また、フレーム１００の四隅には、積層体７を形成した際に積層体７を積層方向に貫通する二対の冷却媒体流路１４Ａおよび１４Ｂをなす円形の孔（冷却孔）１４０が形成されている。このフレーム１００の四隅に形成された各冷却孔１４０の相互間には、積層体７を積層方向に貫通する酸化ガス流路１２Ａおよび燃料ガス流路１２Ｂをなす矩形の燃料孔１２０および１３０が形成されている。この燃料孔１２０と１３０は、同一形状で各辺に対する配置も同じである。また、発電孔１１０と燃料孔１２０との間には、燃料孔１３０の長手方向に沿って平行に配置された溝１２８が形成されている。この溝１２８は、電池モジュール１０が組み付けられたときに燃料孔１２０と発電孔１１０とを連絡する酸化ガスまたは燃料ガスの通路となる。

こうして形成された一対のフレーム１００は、各フレーム１００に形成された溝１２８が外側を向き、一方のフレーム１００の燃料孔１２０が他方のフレーム１００の燃料孔１３０に整合するように向き合わせ、各フレーム１００の発電孔１１０の周縁部で電解質膜３０の外縁部を挟持すると共に発電孔１１０の周縁部以外では複数のスペーサ６０を挟持した状態で接着剤４１０により接着されて電解質膜部材１５０となる。図４に電解質膜部材１５０の外観を例示した斜視図を示す。図示するように、各フレーム１００に形成された溝１２８は、外側を向き直交する配置となっている。また、一対のフレーム１００の燃料孔１２０と１３０とは整合しており、向かい合う２組の燃料孔１３５Ａおよび１３５Ｂをなす。なお、接着剤４１０としては、電解質膜３０およびフレーム１００との接着性および耐久性に優れたエポキシ系の接着剤を用いた。接着剤４１０は、エポキシ系の接着剤の他に、シリコン系の接着剤等でもよく、後述する弾性接着剤４２０として用いるシリコーンＲＴＶゴムやウレタンＲＴＶゴム等でも差し支えない。

次に、一対のフレーム１００等を接着して電解質膜部材１５０とする様子について説明する。まず、一対のフレーム１００の一方の面（図３に表示した面の裏面）の全面に接着剤４１０を塗布し、電解質膜３０に接合した電極４０が発電孔１１０に嵌合するように、接着剤４１０が塗布された発電孔１１０の周縁部に電解質膜３０の外縁部をおく。次に、発電孔１１０の周縁部以外の接着剤４１０が塗布された部分に１cm2 当たり１０個から１００個好ましくは２０個から５０個となるようスペーサ６０を均等に散布する。この際、電解質膜３０および電極４０の上にスペーサ６０を散布しないように注意する。スペーサ６０を電解質膜３０の上に散布すると、一対のフレーム１００を接着して電解質膜部材１５０としたときに、その部分の厚みが大きくなり、均等な厚みの電解質膜部材１５０とすることができず、電池モジュール１０ひいては固体高分子型燃料電池の性能を低下させるからであり、また、電解質膜３０とフレーム１００または電解質膜部材１５０とセパレータ２００とを一体化する際の押圧によって、スペーサ６０が電解質膜３０に入り込んで電解質膜３０を損傷させ、電解質膜３０の有する燃料ガスの回り込み防止機能を低下させるおそれが生じるからである。電極４０の上にスペーサ６０を散布すると、電極４０と集電極５０との接触抵抗が大きくなるからである。図５に、フレーム１００に電解質膜３０を配置し、多数のスペーサ６０を散布した状態の外観を示す。

次に、もう一方のフレーム１００の面（図３に表示した面の裏面）の全面に接着剤４１０を塗布し、図５に示した状態のフレーム１００に、各フレーム１００に形成された溝１２８が直交するよう重ね合わせ、一対のフレーム間に押圧加重（２００ｋＰａ｛２Kgf／cm2｝から２０００ｋＰａ｛２０Kgf／cm2｝）を作用させて、スペーサ６０が各フレーム１００に接触した状態で接着剤４１０を硬化させる。したがって、一対のフレーム１００の間隔は、スペーサ６０の直径で一定に保たれる。また、電解質膜部材１５０に押圧加重を作用させても、多数のスペーサ６０が一対のフレーム１００間を支持して剛性を保つので、一対のフレーム１００が歪むことを防止する。なお、実施例では、２つの電極４０をホットプレス法により電解質膜３０に接合してから一対のフレーム１００で挟持したが、電解質膜３０を一対のフレーム１００で挟持して接着剤４１０により接着した後に２つの電極４０を電解質膜３０に接合する構成としても差し支えない。

集電極５０は、多孔質でガス透過性を有する気孔率が４０％ないし８０％のポーラスカーボンにより形成されている。図６は、集電極５０およびセパレータ２００の外観を例示した斜視図である。図示するように、集電極５０は、正方形の板状で、フレーム１００の発電孔１１０に丁度嵌合するよう形成されており、その一面には、平行に配置された複数のリブ５６が形成されている。このリブ５６は、電極４０の表面とで酸化ガスまたは燃料ガスの通路をなすガス通路５８を形成する。

セパレータ２００は、カーボンを圧縮してガス不透過としたガス不透過カーボンにより形成されており、電解質膜３０と２つの電極４０と２つの集電極５０とにより構成される単電池２０の隔壁をなす。図６に示すように、セパレータ２００は、正方形の板状に形成されており、その四隅には、フレーム１００の四隅に設けられた冷却孔１４０と同一の位置に同一の孔（冷却孔）２４０が形成されている。この冷却孔２４０は、フレーム１００の冷却孔１４０と共に、積層体７を積層方向に貫通する冷却媒体流路１４Ａおよび１４Ｂを形成する。また、各冷却孔２４０相互間には、フレーム１００に設けられた燃料孔１２０および１３０と同一の位置に同一の孔（燃料孔）２２０が形成されている。この燃料孔２２０も燃料孔１２０および１３０と共に、積層体７を積層方向に貫通する酸化ガス流路１２Ａおよび燃料ガス流路１２Ｂを形成する。

こうして形成された集電極５０とセパレータ２００とは、セパレータ２００のフレーム１００の発電孔１１０に相当する位置に集電極５０のリブ５６が形成されていない面が整合するよう、テフロン（登録商標）ディスパージョン等で融着されている。図１に示すように、集電極５０が両側に融着されたセパレータ２００では、両側に融着された集電極５０のリブ５６が直交する配置となっている。

図７は、冷却部材３００の外観を例示した斜視図である。冷却部材３００は、ガス不透過カーボンにより形成されており、図示するように、積層する面が正方形状の板状部材で、積層する面の四隅には、フレーム１００の四隅に設けられた冷却孔１４０と同一の位置に同一の孔（冷却孔）３４０および３４２が形成されている。この冷却孔３４０および３４２も、フレーム１００の冷却孔１４０と共に積層体７を積層方向に貫通する冷却媒体流路１４Ａおよび１４Ｂを形成する。また、冷却孔３４０と３４２の間には、フレーム１００に設けられた燃料孔１２０および１３０と同一の位置に同一の孔（燃料孔）３２０および３３０が形成されている。この燃料孔３２０および３３０も、フレーム１００の燃料孔１２０および１３０と共に積層体７を積層方向に貫通する酸化ガス流路１２Ａおよび燃料ガス流路１２Ｂを形成する。

冷却部材３００のフレーム１００の発電孔１１０に相当する位置には、他の表面より低い段差部３５４が形成されており、この段差部３５４には、複数の平行なリブ３５６が形成されている。このリブ３５６は、電池モジュール１０が積層された際に、隣接する他の電池モジュール１０を構成するセパレータ２００とで冷却媒体の通路３５８を形成する。また、この段差部３５４は、対角の位置に形成された２つの冷却孔３４２と２つの溝３５２で連絡されており、冷却部材３００は、一方の冷却孔３４２から冷却媒体が段差部３５４に流入し、他方の冷却孔３４２から流出する構成となっている。なお、実施例では、段差部３５４に複数のリブ３５６を設けて冷却媒体の通路３５８を形成したが、２つの冷却孔３４２を葛折状等の溝で連絡して冷却媒体の通路を形成する構成も好適である。

弾性接着剤４２０には、シリコーンＲＴＶゴムやウレタンＲＴＶゴム等（例えば、Ｔｈｒｅｅ Ｂｏｎｄ社の液状ガスケット１２１１、コニシボンドのエポキシ樹脂に変性シリコンを加えたＭＯＳ７）が使用でき、硬化後に、硬度が２０ないし４０，引張りせん断強度が８００ｋＰａ｛８．２Kgf／cm2｝ないし１００００ｋＰａ｛１０２Kgf／cm2｝，伸びが１５０％ないし３００％程度の性状を示すのが好ましい。なお、実施例では、Ｔｈｒｅｅ Ｂｏｎｄ社の液状ガスケット１２１１を用いた。

次に、こうして構成された各部材により電池モジュール１０を組み付ける様子について説明する。まず、セパレータ２００および冷却部材３００の所定の位置に弾性接着剤４２０を塗布する。セパレータ２００の弾性接着剤４２０を塗布する位置の一例を図８に示す。弾性接着剤４２０は、セパレータ２００の図８の斜線のハッチの部分（燃料孔２２０と集電極５０との間および各孔の周辺以外の部分）に塗布する。冷却部材３００の弾性接着剤４２０を塗布する位置も、セパレータ２００の塗布する位置と同様である。

続いて、電解質膜部材１５０を挟んで対峙する集電極５０のリブ５６が直交するように、弾性接着剤４２０を塗布したセパレータ２００と電解質膜部材１５０とを交互に積層し、その積層端の電解質膜部材１５０に集電極５０および冷却部材３００を装着して電池モジュール１０とする。

電池モジュール１０を組み付けた後、弾性接着剤４２０が硬化する前に、積層端のセパレータ２００と冷却部材３００とに所定電圧（例えば、１００Ｖ）を加え、さらに電池モジュール１０の積層方向に調節可能な押圧加重を加える。そして、この押圧加重を調節して積層端のセパレータ２００と冷却部材３００とに生じる電気抵抗を所定値以下とし、その状態で弾性接着剤４２０を硬化させる。実施例では、電解質膜３０を湿潤状態としたときに単電池当たり１ｍΩとなるよう電気抵抗の所定値を設定した。したがって、電池モジュール１０では、積層端のセパレータ２００と冷却部材３００との間に単電池を３つ積層しているので電気抵抗の所定値を３ｍΩに設定し、電解質膜３０を湿潤状態とするために電池モジュール１０を水蒸気中に置いた。また、実施例では、電気抵抗を所定値とするのに加えられる押圧加重は、４００ｋＰａ｛４．１Kgf／cm2｝ないし７００ｋＰａ｛７．１Kgf／cm2｝とした。ここで、単電池当たりに設定される電気抵抗の所定値は、単電池の構成や単電池を構成する各部材の材質等によって定められるものであり、積層端のセパレータ２００と冷却部材３００との間に設定される電気抵抗の所定値は、電池モジュール１０として積層された単電池の数や電池モジュール１０を構成する各部材の材質等によって定められるものである。電池モジュール１０の積層方向に加えられる押圧加重は、弾性接着剤４２０の硬化前の物性や電池モジュール１０を構成する各部材の材料強度等によって定められるものである。

なお、実施例では、電解質膜３０を湿潤状態とするために電池モジュール１０を水蒸気中に置いて弾性接着剤４２０を硬化させたが、予め電解質膜３０の含水率と電気抵抗値との関係を求めておき、この関係と弾性接着剤４２０を硬化させる際の電解質膜３０の含水率とから電気抵抗の所定値を定める構成も好適である。

図２に示した電池モジュール１１は、電池モジュール１０と同一の部材（３つの電解質膜部材１５０と３つのセパレータ２００と冷却部材３００）により構成されており、冷却部材３００の配置を除いて同一の積層構造をしている。図１に示したように、電池モジュール１０の冷却部材３００は、段差部３５４に形成されたリブ３５６と冷却部材３００と接触する集電極５０に形成されたリブ５６とが直交する配置で装着されているが、電池モジュール１１の冷却部材３００は、リブ３５６とリブ５６とが平行となる配置で装着されている。したがって、電池モジュール１０と電池モジュール１１とを交互に積層すると、電池モジュール１１の冷却孔３４２は、電池モジュール１０の冷却孔３４０と連絡する。

図２に示した積層体７は、こうして形成された電池モジュール１０と電池モジュール１１とを交互に積層し、積層端の一方にセパレータ２００を、他方に冷却部材３００を装着して組み付けられる。電池モジュール１０と電池モジュール１１とは、電池モジュール１０の積層端のセパレータ２００に電池モジュール１１の冷却部材３００が接するように、かつ、電池モジュール１０の冷却部材３００のリブ３５６と電池モジュール１１の冷却部材３００のリブ３５６とが直交するように積層する。このように積層することで、電池モジュール１０から電池モジュール１１にかけて隣り合う集電極５０のリブ５６も直交する配置となる。

こうして形成された積層体７に燃料ガス供給装置（図示せず）と冷却媒体供給装置（図示せず）とを取り付けて固体高分子型燃料電池を完成する。こうして完成された固体高分子型燃料電池の一対の酸化ガス流路１２Ａを酸化ガスの流入流路および排出流路とし、燃料ガス流路１２Ｂを燃料ガスの流入流路および排出流路として、酸化ガスおよび燃料ガスを流せば、電解質膜３０を挟んで直交するガス通路５８に酸化ガスおよび燃料ガスが流れ、電解質膜３０の両側に配置された両電極４０に酸化ガスおよび燃料ガスが供給されて、次式に示す電気化学反応が行なわれ、化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。

カソード反応：２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ
アノード反応：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-

また、積層体７の積層面の対角に位置する二対の冷却媒体流路１４Ａおよび１４Ｂの各対の一方の流路を冷却媒体供給装置から供給される冷却媒体の流入流路とし他方の流路をその排出流路として冷却媒体を流すことによって固体高分子型燃料電池が冷却される。

電解質膜部材１５０の組み付けの様子、電池モジュール１０の組み付けの様子および固体高分子型燃料電池の組み付けの様子については、既に大方説明したが、以下に図９ないし図１１に基づき説明する。図９，図１０，図１１は、それぞれ電解質膜部材１５０の組み付けの様子，電池モジュール１０の組み付けの様子，固体高分子型燃料電池の組み付けの様子を例示した工程図である。

電解質膜部材１５０の組み付けは、図９に示すように、まず、２つの電極４０で電解質膜３０を挟んでサンドイッチ構造とし、この状態で１００℃ないし１６０℃好ましくは１２０℃ないし１５５℃の温度で、１ＭＰａ｛１０．２kgf／cm2｝ないし１０ＭＰａ｛１０２kgf／cm2｝好ましくは３ＭＰａ｛３１kgf／cm2｝ないし７ＭＰａ｛７１kgf／cm2｝の圧力を作用させて接合する（工程１１）。次に、一対のフレーム１００の面（図３に表示した面の裏面）の全面に接着剤４１０を塗布し（工程１２）、一方のフレーム１００の接着剤４１０が塗布された面の発電孔１１０の外縁部に電解質膜３０の外縁部を、電解質膜３０に接合した電極４０が発電孔１１０に嵌合するように配置する（工程１３）。

続いて、電解質膜３０が配置されたフレーム１００の発電孔１１０の周縁部以外の接着剤４１０が塗布された部分に、スペーサ６０を１cm2 当たり１０個から１００個好ましくは２０個から５０個となるよう均等に散布する（工程１４）。スペーサ６０が散布されたフレーム１００に、図３に表示した面の裏面全体に接着剤４１０が塗布されたフレーム１００を、各フレーム１００に形成された溝１２８が直交するように重ね合わせる（工程１５）。重ね合わせた一対のフレームに押圧加重（２００ｋＰａ｛２Kgf／cm2｝から２０００ｋＰａ｛２０Kgf／cm2｝）を作用させて、スペーサ６０が各フレーム１００に接触した状態とし、この状態で接着剤４１０を硬化させて（工程１６）、電解質膜部材１５０を完成する。なお、電解質膜３０と電極４０との接合（工程１１）は、工程１６の後に行なってもよい。

電池モジュール１０の組み付けは、図１０に示すように、まず、集電極５０を、セパレータ２００のフレーム１００の発電孔１１０に相当する位置に集電極５０のリブ５６が形成されていない面が整合するようにテフロン（登録商標）ディスパージョン等により融着する（工程２１）。なお、セパレータ２００の両面に集電極５０を融着する場合には、セパレータ２００の両側の集電極５０のリブ５６が直交する配置となるよう融着する。次に、セパレータ２００および冷却部材３００に、図８に示したセパレータ２００の斜線のハッチの部分（燃料孔２２０と集電極５０との間および各孔の周辺以外の部分）に弾性接着剤４２０を塗布する（工程２２）。続いて、電解質膜部材１５０を挟んで対峙する集電極５０のリブ５６が直交するように弾性接着剤４２０を塗布したセパレータ２００と電解質膜部材１５０とを交互に積層し、その積層端の電解質膜部材１５０に集電極５０および冷却部材３００を装着する（工程２３）。

この積層直後に、積層端のセパレータ２００と冷却部材３００とに所定電圧（例えば、１００Ｖ）を供給する電極と電流計を設置する（工程２４）。電極が設置された積層体に押圧加重を加え、この押圧加重を、積層端のセパレータ２００と冷却部材３００とに生じる電気抵抗値が所定値以下となるよう調節する（工程２５）。実施例での電気抵抗値の所定値は、前述したように単電池２０に許容される電気抵抗を１ｍΩに設定したものであり、積層端のセパレータ２００と冷却部材３００との間では、３ｍΩである。積層端のセパレータ２００と冷却部材３００とに生じる電気抵抗値が所定値以下となるよう調節された状態で弾性接着剤４２０を硬化させて（工程２６）、電池モジュール１０を完成する。なお、実施例では、集電極５０をセパレータ２００に融着させたが、融着させない構成でもかまわない。この場合には、工程２１は不要である。また、電池モジュール１１も電池モジュール１０と同様にして組み付けられる。

固体高分子型燃料電池の組み付けは、図１１に示すように、まず、電池モジュール１０と電池モジュール１１とを電池モジュール１０の積層端のセパレータ２００に電池モジュール１１の冷却部材３００が接するように、かつ、電池モジュール１０の冷却部材３００のリブ３５６と電池モジュール１１の冷却部材３００のリブ３５６とが直交するように交互に積層し、積層端の一方にセパレータ２００を、他方に冷却部材３００を装着して積層体７とする（工程３１）。この積層体７に燃料ガス供給装置（図示せず）と冷却媒体供給装置（図示せず）とを取り付けて（工程３２）、固体高分子型燃料電池を完成する。

以上説明した実施例の固体高分子型燃料電池では、弾性接着剤４２０により電解質膜部材１５０とセパレータ２００とを接着したので、電解質膜部材１５０やセパレータ２００の厚みの誤差を吸収することができる。したがって、接着剤４１０に乾燥後は硬化するエポキシ系の接着剤を用いて電解質膜３０とスペーサ６０と一対のフレーム１００とを一体化しても、固体高分子型燃料電池等が発生する熱や振動等によるずれは、弾性接着剤４２０が吸収することので、電解質膜３０とフレーム１００とに相対的なずれが発生することがなく、この相対的なずれが生じることによる電解質膜３０の損傷を防止することができる。また、弾性接着剤４２０が酸化ガスおよび燃料ガスをシールするシール部材を兼ねるので、電池モジュール１０を構成する部品数を少なくして製造を容易とすることができる。さらに、固体高分子型燃料電池が発生する熱や固体高分子型燃料電池の外部から加えられる振動等により生じる応力を弾性接着剤４２０により吸収することができる。したがって、電極４０等に不均一な面圧が作用するのを防止すると共に酸化ガスおよび燃料ガスの漏れを防止することができ、発電効率を高く維持することができる。加えて、前述の応力を弾性接着剤４２０が吸収するので、固体高分子型燃料電池の耐久性を向上させることができる。

また、電池モジュール１０の両端に位置するセパレータ２００と冷却部材３００との間の電気抵抗値を所定値以下として電池モジュール１０を形成したので、電池モジュール１０を積層して形成される固体高分子型燃料電池の抵抗値不良を減少することができ、固体高分子型燃料電池の性能を標準化することができる。電池モジュール１０を積層して固体高分子型燃料電池としたので、電池モジュール１０単位で抵抗値のチェックや燃料ガスの漏れのチェックを行なうことができる。

実施例の電解質膜部材１５０では、電解質膜３０と共に電解質膜３０の厚みと同等か大きな直径を有するスペーサ６０を一対のフレーム１００で挟持したので、その積層方向の剛性を高めることができ、電解質膜部材１５０の積層方向の厚み均一にすることができる。したがって、他の部材と積層した後に押圧加重を加えた際、作用する面圧を一定にすることができ、高品質な固体高分子型燃料電池の形成を可能とすることができる。また、接着剤４１０に乾燥後は硬化するエポキシ系の接着剤を用いたので、電解質膜３０とスペーサ６０と一対のフレーム１００とを一体化した後は、電解質膜３０とフレーム１００とに相対的なずれが発生することがなく、この相対的なずれが生じることによる電解質膜３０の損傷を防止することができる。さらに、電解質膜３０は、フレーム１００の発電孔１１０より少し大きければよいので、フレーム１００の外縁部まで必要とされる場合に比較して電解質膜３０の面積を小さくすることができ、製造コストを低減することができる。

実施例の固体高分子型燃料電池の製造方法では、弾性接着剤４２０で電解質膜部材１５０とセパレータ２００とを接着するので、容易に単電池２０を複数積層して電池モジュール１０を形成することができる。したがって、形成された電池モジュール１０を積層して固体高分子型燃料電池を形成するので、各構成部品を積層して固体高分子型燃料電池を形成する場合に比較して、きわめて容易に固体高分子型燃料電池を組み付けることができる。

なお、実施例では、スペーサ６０を挟持した電解質膜部材１５０を用いたが、スペーサ６０の代わりにフレーム１００の接合面に電解質膜３０の厚みより若干甲高の突起を複数設ける構成も好適であり、スペーサ６０を備えず突起も設けない構成であってもかまわない。また、実施例では、電池モジュール１０に冷却部材３００を備えたが、冷却部材３００を備えない構成も差し支えない。さらに、実施例では、別体の電極４０，集電極５０およびセパレータ２００を備えたが、電解質膜３０と接触する接触部と酸化ガスまたは燃料ガスの通路とをセパレータに形成し、別体の電極および集電極を備えない構成でも差し支えない。

実施例では、電池モジュール１０に内蔵される単電池２０を３つとしたが、内蔵される単電池２０の数はいくつでもかまわない。また、電池モジュール１０を形成する手法を単電池の形成に用いる構成も好適である。この構成例を図１２に示す。図示するように、単電池２０Ａは、電池モジュール１０を構成する電解質膜部材１５０，集電極５０，セパレータ２００と同一の部材により構成され、その積層の仕方も電池モジュール１０の積層の仕方と同じである。また、セパレータ２００に弾性接着剤４２０を塗布する部分も電池モジュール１０の場合と同一である。積層したセパレータ２００間に所定電圧（例えば、１００Ｖ）を接続し、電気抵抗値が所定値（例えば１ｍΩ）以下となるようセパレータ２００に押圧加重を加えて弾性接着剤４２０を硬化させ、単電池２０Ａとする。こうして形成された単電池２０Ａおよびこの単電池２０Ａを複数積層して構成される燃料電池についても上述の効果と同様な効果を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例の固体高分子型燃料電池について説明する。第２実施例の固体高分子型燃料電池は、第１実施例の固体高分子型燃料電池の一部のセパレータをフレームに内蔵させた構造のものである。したがって、第２実施例の固体高分子型燃料電池を構成する部材の一部は、第１実施例の固体高分子型燃料電池を構成する部材と同一なので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、第２実施例の固体高分子型燃料電池は、第１実施例の固体高分子型燃料電池と同様に、冷却部材３００の配置が異なる２種類の電池モジュール１０Ｂと電池モジュール１１Ｂとを交互に積層してなる積層体と、この積層体に酸化ガスおよび燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置（図示せず）と、同じく積層体に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置（図示せず）とから構成される。

図１３は、電池モジュール１０Ｂの構成を例示した説明図である。図示するように、電池モジュール１０Ｂは、電解質膜３０と２つの電極４０とを備える２つの電解質膜部材１５０Ｂと、同じく電解質膜３０と２つの電極４０とを備える電解質膜部材１５０Ｃと、電極４０とで酸化ガスまたは燃料ガスの流路を形成する６つの集電極５０と、積層した際に単電池２０Ｂの隔壁をなすと共に電解質膜部材１５０Ｂ間等に内蔵される２つのセパレータ２５０と、電池モジュール１０の一端に装着されるセパレータ２００と、他端に装着される冷却部材３００とから構成され、セパレータ２５０と電解質膜部材１５０Ｂの間等は弾性接着剤４２０により接着されている。電解質膜部材１５０Ｂは、電解質膜３０と、２つの電極４０と、フレーム５００と、フレーム６００と、スペーサ６０とから構成され、電解質膜３０の外縁部および電極４０の外縁部を多数のスペーサ６０と共にフレーム５００とフレーム６００とで挟持した状態で接着剤４１０により接着されて一体となっている。

フレーム５００は、樹脂（例えば、フェノール樹脂，ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ），ポリアミド等）により形成されている。電解質膜３０等と一体化される前のフレーム５００を図１４に示す。図示するように、フレーム５００は正方形の薄板状に形成されており、フレーム５００の中央には、電解質膜３０および電極４０等により形成される発電層を配置する正方形の孔（発電孔）５１０が形成されており、発電孔５１０の周囲には、段差部５１５が形成されている。また、フレーム５００の四隅には、積層体を形成した際に積層体を積層方向に貫通する冷却媒体流路をなす円形の孔（冷却孔）５４０が形成されている。このフレーム５００の四隅に形成された各冷却孔５４０の相互間には、積層体を積層方向に貫通する酸化ガス流路および燃料ガス流路をなす矩形の燃料孔５２０および５３０が形成されている。この燃料孔５２０と５３０は、同一形状で各辺に対する配置も同じである。また、発電孔５１０と燃料孔５２０との間には、燃料孔５３０の長手方向に沿って平行に配置された溝５２８が形成されている。図１５は、フレーム５００の図１４に現わされた面の裏面（矢印Ｉ方向から見た面）を例示した斜視図である。図示するように、フレーム５００の発電孔５１０の周囲には、段差部５１８が形成されている。

フレーム６００も、フレーム５００と同様に、樹脂（例えば、フェノール樹脂，ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ），ポリアミド等）により形成されている。電解質膜３０等と一体化される前のフレーム６００を図１６に示す。図示するように、フレーム６００にも正方形の薄板状に形成されており、フレーム６００の中央には発電孔６１０が形成されている。また、フレーム５００と同様に、フレーム６００の四隅にも、冷却媒体流路をなす冷却孔６４０が形成されていおり、各冷却孔６４０の相互間には、酸化ガス流路および燃料ガス流路をなす燃料孔６２０および６３０が形成されている。発電孔６１０と燃料孔６２０との間には、燃料孔６３０の長手方向に沿って平行に配置された溝６２８が形成されている。図１７は、フレーム６００の図１６に現わされた面の裏面（矢印ＩＩ方向から見た面）を例示した斜視図である。図示するように、フレーム６００の発電孔６１０の周囲には、フレーム５００の段差部５１８と同一形状の段差部６１８が形成されている。

こうして形成されたフレーム５００とフレーム６００とを、溝５２８と溝６２８が外側を向き、フレーム５００の燃料孔５２０がフレーム６００の燃料孔６３０に整合するように向き合わせ、フレーム５００の段差部５１８とフレーム６００の段差部６１８で電極４０の外縁部を挟持すると共に複数のスペーサ６０を挟持した状態で、接着剤４１０により接着して電解質膜部材１５０Ｂとする。なお、電極４０は、段差部５１８に嵌合する形状に形成されており、上述のホットプレス法により電解質膜３０に接合されている。また、電解質膜部材１５０Ｂの組み付けの様子については、第１実施例の電解質膜部材１５０と同様なので、その説明は省略する。

電解質膜部材１５０Ｃは、電解質膜３０と、２つの電極４０と，複数のスペーサ６０と、２つのフレーム６００とから構成されている。電解質膜部材１５０は、２つのフレーム６００を、各フレーム６００の溝６２８が外側を向き、一方のフレーム６００の燃料孔６２０が他方のフレーム６００の燃料孔６３０に整合するように向き合わせ、各フレーム６００の段差部６１８で電極４０の外縁部を挟持すると共に複数のスペーサ６０を挟持した状態で接着剤４１０により接着されて一体となっている。

図１８は、集電極５０およびセパレータ２５０の外観を例示した斜視図である。セパレータ２５０は、カーボンを圧縮してガス不透過としたガス不透過カーボンにより形成されている。図示するように、セパレータ２５０は、フレーム５００に形成された段差部５１５に嵌合する正方形状で、その厚みは、段差部５１５の深さより若干薄く形成されている。セパレータ２５０の両面の中央には、各集電極５０のリブ５６が直交する配置となるようテフロン（登録商標）ディスパージョン等により融着されている。

次に、こうして構成された各部材により電池モジュール１０Ｂを組み付ける様子について説明する。まず、電解質膜部材１５０Ｂのフレーム６００およびセパレータ２５０に弾性接着剤４２０を塗布する。図１９は、フレーム６００に弾性接着剤４２０を塗布する部分（斜線のハッチの部分）を例示した説明図である。弾性接着剤４２０は、図示するように、フレーム６００の周辺部、２つの燃料孔６２０を囲む位置、冷却孔６４０を囲む位置、燃料孔６３０を「コ」の字形で開口部を内側に向けた位置に塗布される。図２０は、セパレータ２５０に弾性接着剤４２０を塗布する部分（斜線のハッチの部分）を例示した説明図である。図示するように、弾性接着剤４２０は、セパレータ２５０の集電極５０に形成されたリブ５６と平行な辺付近に塗布される。

続いて、電解質膜部材１５０Ｂのフレーム５００の段差部５１５に、セパレータ２５０の弾性接着剤４２０が塗布された面と段差部５１５が接触するように、かつ、セパレータ２５０の弾性接着剤４２０が塗布された面に融着された集電極５０のリブ５６とフレーム５００に形成された溝５２８とが平行な配置となるようにセパレータ２５０を装着する。この配置とすることにより、セパレータ２５０は、段差部５１５の溝５２８が形成されていない辺の面に弾性接着剤４２０によって接着される。次に、２つの電解質膜部材１５０Ｂを、一方の電解質膜部材１５０Ｂのフレーム５００と他方の電解質膜部材１５０Ｂのフレーム６００とがセパレータ２５０を挟んで向き合うように、かつ、一方の電解質膜部材１５０Ｂのフレーム５００に形成された溝５２８と他方の電解質膜部材１５０Ｂのフレーム６００に形成された溝６２８が直交するように重ね合わせる。なお、電解質膜部材１５０Ｂと電解質膜部材１５０Ｃとの重ね合わせの配置も電解質膜部材１５０Ｂ同士の重ね合わせの配置と同様である。こうして重ね合わせた電解質膜部材１５０Ｃに集電極５０および冷却部材３００を装着し、電解質膜部材１５０Ｂにセパレータ２００を装着して電池モジュール１０Ｂとする。

電池モジュール１０Ｂを組み付けた後、弾性接着剤４２０が硬化する前に、積層端のセパレータ２００と冷却部材３００とに所定電圧を加え、この間の電気抵抗値を所定値以下となるよう押圧加重を作用させて、弾性接着剤４２０を硬化させる。この様子については、第１実施例の電池モジュール１０の場合と同一なので、その説明は省略する。

電池モジュール１１Ｂは、電池モジュール１０Ｂと同一の部材により構成されており、冷却部材３００を、段差部３５４に形成されたリブ３５６と冷却部材３００と接触する集電極５０に形成されたリブ５６とが直交する配置として装着したものである。

第２実施例の固体高分子型燃料電池は、こうして形成された電池モジュール１０Ｂと電池モジュール１１Ｂとを交互に積層し、積層端の一方にセパレータ２００を、他方に冷却部材３００を装着して積層体を組み付け、この積層体に燃料ガス供給装置（図示せず）と冷却媒体供給装置（図示せず）とを取り付けて完成する。この第２実施例の固体高分子型燃料電池も燃料ガス供給装置から酸化ガスおよび燃料ガスが供給されることにより前述した反応式の電気化学反応が行なわれ、化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。

以上説明した第２実施例の固体高分子型燃料電池では、セパレータ２５０をフレーム５００の段差部５１５に嵌合する形状とし、装着したときにフレーム５００に内蔵される構成としたので、セパレータ２５０に燃料孔や冷却孔等の加工の必要がなく、製造を容易とすることができる。また、電極４０を電解質膜３０と共にフレーム５００とフレーム６００により挟持したので、電極４０が電解質膜３０からめくれるといった不都合を回避することができる。この他、第１実施例と同様な効果を奏する。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等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内において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

本発明の一実施例である固体高分子型燃料電池の電池モジュール１０の構成を示した説明図である。 電池モジュール１０等を積層した積層体７の外観を例示した斜視図である。 フレーム１００の外観を例示した斜視図である。 電解質膜３０と一体化した一対のフレーム１００の外観を例示する斜視図である。 電解質膜３０および多数のスペーサ６０を配置したフレーム１００の外観を例示した説明図である。 集電極５０およびセパレータ２００の外観を例示した斜視図である。 冷却部材３００の外観を例示した斜視図である。 セパレータ２００に弾性接着剤４２０を塗布する部分を例示した説明図である。 電解質膜部材１５０の組み付けの様子を例示した工程図である。 電池モジュール１０の組み付けの様子を例示した工程図である。 第１実施例の固体高分子型燃料電池の組み付けの様子を例示した工程図である。 単電池２０Ａの構成を例示した説明図である。 第２実施例である固体高分子型燃料電池の電池モジュール１０Ｂの構成を例示した説明図である。 フレーム５００の外観を例示した斜視図である。 図１４に示したフレーム５００を裏面から見た斜視図である。 フレーム６００の外観を例示した斜視図である。 図１６に示したフレーム６００を裏面から見た斜視図である。 集電極５０およびセパレータ２５０の外観を例示した斜視図である。 フレーム６００に弾性接着剤４２０を塗布する部分を示した説明図である。 セパレータ２５０に弾性接着剤４２０を塗布する部分を例示した説明図である。

符号の説明

７…積層体
１０，１０Ｂ…電池モジュール
１１，１１Ｂ…電池モジュール
１２Ａ…酸化ガス流路
１２Ｂ…燃料ガス流路
１４Ａ，１４Ｂ…冷却媒体流路
２０，２０Ａ，２０Ｂ…単電池
３０…電解質膜
４０…電極
５０…集電極
５６…リブ
５８…ガス通路
６０…スペーサ
１００…フレーム
１１０…発電孔
１２０，１３０…燃料孔
１２８…溝
１４０…冷却孔
１５０，１５０Ｂ，１５０Ｃ…電解質膜部材
２００…セパレータ
２２０…燃料孔
２４０…冷却孔
２５０…セパレータ
３００…冷却部材
３２０…燃料孔
３４０，３４２…冷却孔
３５２…溝
３５４…段差部
３５６…リブ
３５８…通路
４１０…接着剤
４２０…弾性接着剤
５００…フレーム
５１０…発電孔
５１５，５１８…段差部
５２０，５３０…燃料孔
５２８…溝
５４０…冷却孔
６００…フレーム
６１０…発電孔
６１８…段差部
６２０，６３０…燃料孔
６２８…溝
６４０…冷却孔

Claims (9)

1. 電解質膜を備えた燃料電池の単電池であって、
   前記電解質膜の両面に配置されている一対の電極と、
   前記電解質膜の外縁部を挟持する一対のフレーム部材と、
   前記一対のフレーム部材の積層方向の厚みを一定にするスペーサとを備え、
   前記スペーサと前記電解質膜の外縁部とは、前記一対のフレーム部材によって挟持された状態にて接着剤により一体化されてなる単電池。
2. 電解質膜を備えた燃料電池の単電池であって、
   前記電解質膜の両面に配置されている一対の電極と、
   前記電解質膜の外縁部を挟持する一対のフレーム部材と、
   前記一対のフレーム部材の少なくとも一方の挟持面に形成されていると共に、前記一対のフレーム部材の積層方向の厚みを一定にする突状部とを備え、前記一対のフレーム部材によって前記電解質膜の外縁部が挟持された状態にて接着剤により一体化されてなる単電池。
3. 請求項２に記載の単電池はさらに、
   前記一対のフレーム部材で前記電解質膜が挟持された状態にて接着剤により一体化されていると共に、絶縁性材料で形成されたフレームと、
   導電性材料で形成され、前記フレームの両側に配置される２つのセパレータと
   を備え、
   前記フレームと前記２つのセパレータとは、前記単電池の内部抵抗が所定の値となる状態にて弾性接着剤を硬化させることにより接合される単電池。
4. 請求項２または請求項３に記載の単電池において、
   前記フレーム部材の突状部は、前記フレーム部材の挟持面に形成された、前記電解質膜の厚さ寸法よりも大きな高さ寸法を有する複数の突起である単電池。
5. 電解質膜を備えた燃料電池の単電池の製造方法であって、
   前記電解質膜の両面に電極をそれぞれ接合する工程と、
   少なくともいずれか一方の挟持面に突状部を有する一対のフレーム部材によって前記電解質膜を挟持し、挟持状態にて前記電解質膜と前記一対のフレーム部材とを接着剤により一体化して、絶縁性材料で形成されているフレームを形成する支持工程と、
   導電性材料で形成された２つのセパレータと前記フレームとを前記単電池の内部抵抗が所定の値となる状態にて弾性接着剤を硬化させて接合する接着工程と
   からなる単電池の製造方法。
6. 請求項５記載の単電池の製造方法において、
   前記接着工程は、前記２つのセパレータに押圧荷重を加えて前記単電池の内部抵抗を所定の値として前記弾性接着剤を硬化させて接合する工程である単電池の製造方法。
7. 請求項５または６記載の単電池の製造方法において、
   前記接着工程は、前記弾性接着剤が硬化後にカソード側の酸化ガスまたはアノード側の燃料ガスの少なくとも一方をシールするシール部材として作用するよう前記フレームまたは前記セパレータの所定の位置に前記弾性接着剤を塗り付けて接合する工程である単電池の製造方法。
8. 電解質膜の外縁部を絶縁性材料で形成された一対のフレームで挟持してなる、燃料電池の単電池の電解質膜部材であって、
   前記一対のフレームの少なくとも一方に形成されていると共に前記一対のフレームの積層方向の厚みを一定にする突状部を備え、
   前記電解質膜の外縁部は、前記一対のフレームによって挟持された状態で接着剤により一体化されている電解質膜部材。
9. 単電池を複数積層した電池モジュールを、複数積層してなる燃料電池であって、
   前記単電池は、請求項２ないし４のいずれかに記載の単電池であり、
   前記電池モジュールは、前記単電池間を、前記電池モジュールの内部抵抗が所定の値となる状態にて弾性接着剤を硬化させて接合してなる燃料電池。

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