JP5334600B2 - 燃料電池及びその組み立て方法 - Google Patents

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される複数の単位セルを備え、前記単位セルは、電極対向面に前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路と、積層方向に貫通して前記反応ガスを流す反応ガス連通孔と、少なくとも一方のセパレータを貫通し、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通する貫通孔とを有する燃料電池及びその組み立て方法に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。また、燃料電池は、２枚の電解質膜・電極構造体と３枚のセパレータとを設け、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとが交互に積層された単位セルを備えている。

この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。特に、車載用燃料電池スタックでは、数百の単位セルが積層されている。

上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。また、セパレータ間には、必要に応じて冷却媒体を流すための冷却媒体流路が、前記セパレータの面方向に沿って設けられている。さらに、セパレータの積層方向に貫通して燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を流すために、それぞれの連通孔が内部に設けられた、所謂、内部マニホールド型燃料電池が知られている。

例えば、特許文献１に開示されている燃料電池は、図１５に示すように、イオン交換膜１ａと一対の電極１ｂとが接合されたＭＥＡ１を備え、前記ＭＥＡ１が一対のセパレータ２に挟持されている。セパレータ２間には、ＭＥＡ１の外周端部を周回してガスケット３が介装されるとともに、前記ガスケット３は、エラストマー層３ａが接着層３ｂを介して一方のセパレータ２の片面に接着されている。ＭＥＡ１が一対のセパレータ２に挟持されている燃料電池の積層方向には、ガス連通孔４が一体に貫通形成されている。

特開平１１−２１９７１４号公報

一般的に、燃料電池では、正常の発電機能を維持するために、一対のセパレータ２間の所定の位置にＭＥＡ１を配置する必要がある。その際、上記の特許文献１では、例えば、セパレータ２の角部やガスケット３を介して前記セパレータ２とＭＥＡ１とを相対的に位置決めしようとしても、燃料電池の積層時に前記セパレータ２間で前記ＭＥＡ１の位置がずれる場合がある。

しかしながら、積層された燃料電池では、セパレータ２間に収容されたＭＥＡ１の位置ずれを確認することができず、不良な前記燃料電池が積層されてスタックされるおそれがある。従って、スタックを発電させることにより不良な燃料電池が検知された後、前記スタックを分解して前記不良な燃料電池を抜き取り、再度、新たな燃料電池と交換してスタック化しなければならない。これにより、燃料電池の良否判断に多大な時間及び工数が必要になって、組み立て作業性が著しく低下するという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な工程及び構成で、単位セルの組み立て状態を容易且つ確実に検出することができ、組み立て作業性を向上させることが可能な燃料電池及びその組み立て方法を提供することを目的とする。

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される複数の単位セルを備え、前記単位セルは、電極対向面に前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記セパレータの平面内に設けられる貫通孔とを有する燃料電池及びその組み立て方法に関するものである。

この組み立て方法は、セパレータ間に電解質・電極構造体を積層する工程と、前記セパレータの貫通孔から前記電解質・電極構造体に設けられているマーカ部を視認することにより、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの相対位置を確認する工程とを有している。

また、この組み立て方法では、マーカ部は、セパレータの貫通孔から視認される範囲が、電解質・電極構造体と前記セパレータとの相対位置ずれ許容範囲に対応することが好ましい。

さらに、この組み立て方法では、マーカ部は、セパレータの貫通孔から視認される範囲が、電解質・電極構造体と前記セパレータとの相対位置ずれ許容範囲外に対応することが好ましい。

ここで、相対位置ずれ許容範囲内とは、電解質・電極構造体とセパレータとに、相対的な位置ずれが発生していても、良好に発電に使用される状態を維持し得る範囲をいう。

さらにまた、単位セルは、積層方向に貫通して反応ガスを流す反応ガス連通孔と、少なくとも一方のセパレータを貫通し、反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通する貫通孔とを有することが好ましい。

また、この燃料電池では、電解質・電極構造体は、セパレータ間に積層された状態で、前記セパレータの貫通孔から視認することにより、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの相対位置を確認するためのマーカ部を設けている。

さらに、この燃料電池では、マーカ部は、セパレータの貫通孔から視認される範囲が、電解質・電極構造体と前記セパレータとの相対位置ずれ許容範囲内に対応することが好ましい。

さらにまた、この燃料電池では、マーカ部は、セパレータの貫通孔から視認される範囲が、電解質・電極構造体と前記セパレータとの相対位置ずれ許容範囲外に対応することが好ましい。

また、この燃料電池では、単位セルは、積層方向に貫通して反応ガスを流す反応ガス連通孔と、少なくとも一方のセパレータを貫通し、反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通する貫通孔とを有することが好ましい。

本発明によれば、セパレータ間に電解質・電極構造体を積層した状態で、前記セパレータの貫通孔から前記電解質・電極構造体に設けられているマーカ部を視認するだけで、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの相対位置を確認することができる。

従って、複数の単位セルを積層した後、発電することにより不良の単位セルを確認する作業が不要になる。これにより、簡単な工程及び構成で、単位セルの組み立て状態を容易且つ確実に検出することができ、組み立て作業性を向上させることが可能になる。

しかも、マーカ部を視認するため、例えば、ライン上でのＣＣＤ等を使用した画像認識により不良の単位セルを自動的に検出することができる。このため、燃料電池の組み立て作業の無人化及び工数の大幅削減が容易に遂行可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を構成する単位セルの要部分解斜視説明図である。 前記単位セルを構成する第２金属セパレータの正面説明図である。 前記単位セルを構成する電解質膜・電極構造体の正面説明図である。 前記単位セルを組み立てる際の説明図である。 前記単位セルの組み立て不良の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の要部拡大説明図である。 前記電解質膜・電極構造体の位置ずれの説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の要部拡大説明図である。 前記電解質膜・電極構造体の位置ずれの説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成する単位セルの要部分解斜視説明図である。 前記単位セルを構成する電解質膜・電極構造体の位置ずれの説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の要部拡大説明図である。 本発明の第６の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の要部拡大説明図である。 前記単位セルを構成する電解質膜・電極構造体の位置ずれの説明図である。 特許文献１の燃料電池の説明図である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０を構成する単位セル１２の要部分解斜視説明図である。

単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１４が、第１及び第２金属セパレータ１６、１８に挟持されている。第１及び第２金属セパレータ１６、１８は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等により構成される。なお、第１及び第２金属セパレータ１６、１８に代えて、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。

単位セル１２の矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）２０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２２ｂ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）２４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。

単位セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）２４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２２ａ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）２０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

第１金属セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１４側の面１６ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）２６が設けられる。酸化剤ガス流路２６は、第１金属セパレータ１６を波形状に成形することにより設けられる複数の溝部を備えており、前記酸化剤ガス流路２６と酸化剤ガス入口連通孔２０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとは、連結流路２８ａ、２８ｂを介して連通する。

第１金属セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第１金属セパレータ１６の外周端部を周回して、第１シール部材３２が焼き付けや射出成形等により一体化される。第１シール部材３２は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。

第１シール部材３２は、第１金属セパレータ１６の面１６ａに一体化される第１平面部３４と、前記第１金属セパレータ１６の面１６ｂに一体化される第２平面部３６とを備える。

図１及び図２に示すように、第２金属セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１４側の面１８ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂとに連通し、矢印Ｂ方向に延在する燃料ガス流路（反応ガス流路）４０が形成される。燃料ガス流路４０は、複数の溝部を備えるとともに、前記燃料ガス流路４０と燃料ガス入口連通孔２４ａ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂとは、後述するように、複数の貫通孔４２ａ、４２ｂを介して連通する。

図１に示すように、第２金属セパレータ１８の面１８ａとは反対の面１８ｂには、冷却媒体入口連通孔２２ａと冷却媒体出口連通孔２２ｂとに連通する冷却媒体流路４６が形成される。

第２金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２金属セパレータ１８の外周端部を周回して、第２シール部材４８が一体化される。この第２シール部材４８は、上記の第１シール部材３２と同一の材料で構成される。

図２に示すように、第２シール部材４８は、第２金属セパレータ１８の外周端部に近接して面１８ａに設けられる外側凸状シール５０ａを備え、この外側凸状シール５０ａから内方に所定の距離だけ離間して内側凸状シール５０ｂが設けられる。この内側凸状シール５０ｂは、燃料ガス流路４０を閉塞している。外側凸状シール５０ａには、電解質膜・電極構造体１４の外周部を位置決めするための位置決め凸部５２が複数設けられる。

面１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２０ｂの近傍に位置して、それぞれゴムブリッジ５４ａ、５４ｂが形成される。ゴムブリッジ５４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａと酸化剤ガス流路２６とを連通する通路部５６ａが複数形成される。ゴムブリッジ５４ｂには、同様に酸化剤ガス出口連通孔２０ｂと酸化剤ガス流路２６とを連通する通路部５６ｂが複数形成される。

図１に示すように、第２金属セパレータ１８の面１８ｂには、第２シール部材４８を構成する外側凸状シール５８ａと、この外側凸状シール５８ａの内方に離間し冷却媒体流路４６を囲繞して設けられる内側凸状シール５８ｂとが形成される。

冷却媒体入口連通孔２２ａ及び冷却媒体出口連通孔２２ｂの近傍に位置して、それぞれゴムブリッジ６０ａ、６０ｂが形成される。ゴムブリッジ６０ａには、冷却媒体入口連通孔２２ａと冷却媒体流路４６とを連通する通路部６２ａが複数形成される。ゴムブリッジ６０ｂには、同様に冷却媒体出口連通孔２２ｂと冷却媒体流路４６とを連通する通路部６２ｂが複数形成される。

第２金属セパレータ１８の面１８ｂには、それぞれ燃料ガス入口連通孔２４ａ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂに連通する複数の通路６４ａ、６４ｂが形成される。各通路６４ａ、６４ｂは、複数の円形の貫通孔４２ａ、４２ｂに連通するとともに、前記貫通孔４２ａ、４２ｂは、面１８ａに設けられた燃料ガス流路４０に連通する（図２参照）。

図１に示すように、電解質膜・電極構造体１４は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜７０と、前記固体高分子電解質膜７０を挟持するアノード側電極７２及びカソード側電極７４とを備える。固体高分子電解質膜７０、アノード側電極７２及びカソード側電極７４は、同一の表面積に設定され、所謂、全面電極を構成する。

アノード側電極７２及びカソード側電極７４は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜７０を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜７０の両面に接合されている。

図３に示すように、電解質膜・電極構造体１４のアノード側電極７２は、第２金属セパレータ１８間に前記電解質膜・電極構造体１４が積層された状態で、前記第２金属セパレータ１８の複数の貫通孔４２ａ、４２ｂから視認することにより、前記電解質膜・電極構造体１４と前記第２金属セパレータ１８との相対位置を確認するためのマーカ部７６ａ、７６ｂを設ける。

マーカ部７６ａ、７６ｂは、第２金属セパレータ１８の複数の貫通孔４２ａ、４２ｂから視認される範囲が、電解質膜・電極構造体１４と前記第２金属セパレータ１８との相対位置ずれ許容範囲内に対応する寸法及び形状に設定される。

相対位置ずれ許容範囲とは、電解質膜・電極構造体１４と第２金属セパレータ１８とに、相対的な位置ずれが発生していても、良好に発電に使用される状態を維持し得る範囲をいう。相対位置ずれ許容範囲外となった際、単位セル１２の組み立て状態が不良であると判断される。

マーカ部７６ａ、７６ｂは、例えば、アノード側電極７２に塗布される色マーカ等で構成され、前記アノード側電極７２から容易に判別可能な色に設定される。マーカ部７６ａ、７６ｂは、それぞれ複数の貫通孔４２ａ、４２ｂを覆う長方形状に設定される。

このように構成される燃料電池１０を組み立てる方法について、以下に説明する。

先ず、図４に示すように、電解質膜・電極構造体１４を挟んで第１金属セパレータ１６及び第２金属セパレータ１８が配設される。そして、第１金属セパレータ１６及び第２金属セパレータ１８により電解質膜・電極構造体１４が挟持され、これらが図示しない締結部材により一体に保持され、単位セル１２が構成される。

次いで、作業者は、第２金属セパレータ１８に設けられている複数の貫通孔４２ａから電解質膜・電極構造体１４に設けられているマーカ部７６ａを視認する。作業者は、同様に、第２金属セパレータ１８に設けられている複数の貫通孔４２ｂから電解質膜・電極構造体１４に設けられているマーカ部７６ｂを視認する。

この場合、図３に示すように、全ての貫通孔４２ａから電解質膜・電極構造体１４のマーカ部７６ａが視認された際には、前記電解質膜・電極構造体１４と第２金属セパレータ１８とは、相対位置ずれ許容範囲内であると判断される。同様に、全ての貫通孔４２ｂから電解質膜・電極構造体１４のマーカ部７６ｂが視認された際には、前記電解質膜・電極構造体１４と第２金属セパレータ１８とは、相対位置ずれ許容範囲内であると判断される。

従って、上記の第１金属セパレータ１６及び第２金属セパレータ１８に電解質膜・電極構造体１４が挟持された単位セル１２では、前記電解質膜・電極構造体１４が、前記第２金属セパレータ１８の複数の位置決め凸部５２を介して確実に位置決め保持されていることが確認される。

一方、図５に示すように、貫通孔４２ａから電解質膜・電極構造体１４のマーカ部７６ａ以外の部分、すなわち、アノード側電極７２の面が視認された際には、前記電解質膜・電極構造体１４と第２金属セパレータ１８とは、相対位置ずれ許容範囲外であると判断される。このため、単位セル１２には、組み立て不良が惹起していることが確認され、前記単位セル１２は、分解されて再度、組み立て処理される。

このように、第１の実施形態では、単位セル１２が組み立てられた状態で、第２金属セパレータ１８の貫通孔４２ａ、４２ｂから電解質膜・電極構造体１４に設けられているマーカ部７６ａ、７６ｂを視認するだけで、前記電解質膜・電極構造体１４と前記第２金属セパレータ１８及び第１金属セパレータ１６との相対位置を確認することができる。

従って、複数の単位セル１２を積層した後、発電することにより不良の単位セル１２を確認する作業が不要になる。これにより、簡単な工程及び構成で、単位セル１２の組み立て状態を容易且つ確実に検出することができ、組み立て作業性を向上させることが可能になるという効果が得られる。

しかも、マーカ部７６ａ、７６ｂを視認するため、例えば、ライン上でのＣＣＤ等を使用した画像認識（図示せず）により不良の単位セル１２を自動的に検出することができる。このため、燃料電池１０全体の組み立て作業の無人化及び工数の大幅削減が容易に遂行可能になる。

次に、このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス入口連通孔２０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔２２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

このため、燃料ガスは、図２に示すように、第２金属セパレータ１８の燃料ガス入口連通孔２４ａから通路６４ａを通った後、複数の貫通孔４２ａから面１８ａ側に移動して燃料ガス流路４０に導入される。燃料ガス流路４０では、燃料ガスが矢印Ｂ方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体１４を構成するアノード側電極７２に供給される。

一方、酸化剤ガスは、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２０ａから第２金属セパレータ１８に設けられたゴムブリッジ５４ａの各通路部５６ａを通って第１金属セパレータ１６の酸化剤ガス流路２６に導入される。これにより、酸化剤ガスは、図１に示すように、酸化剤ガス流路２６を矢印Ｂ方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体１４を構成するカソード側電極７４に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体１４では、カソード側電極７４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極７２に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。

次いで、アノード側電極７２に供給されて消費された燃料ガスは、複数の貫通孔４２ｂから通路６４ｂに移動した後、燃料ガス出口連通孔２４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、カソード側電極７４に供給されて消費された酸化剤ガスは、ゴムブリッジ５４ｂの通路部５６ｂから酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体入口連通孔２２ａに供給された冷却媒体は、ゴムブリッジ６０ａの各通路部６２ａを通って第１及び第２金属セパレータ１６、１８間の冷却媒体流路４６に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１４を冷却した後、ゴムブリッジ６０ｂの各通路部６２ｂを通って冷却媒体出口連通孔２２ｂに排出される。

なお、第１の実施形態では、円形の貫通孔４２ａ、４２ｂを用いているが、これに限定されるものではない、例えば、四角形や三角形等の種々の形状の貫通孔を採用することができる。また、マーカ部７６ａ、７６ｂの形状は、電解質膜・電極構造体１４と第１及び第２金属セパレータ１６、１８との相対位置を視認できるものであればよく、種々の形状に変更可能である。以下に説明する第２の実施形態以降でも、同様である。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体８０の要部拡大説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。

電解質膜・電極構造体８０のアノード側電極７２は、第２金属セパレータ１８が積層された状態で、前記第２金属セパレータ１８の複数の貫通孔４２ａから視認することにより、前記電解質膜・電極構造体８０と前記第２金属セパレータ１８との相対位置を確認するためのマーカ部８２を設ける。

マーカ部８２は、クロスマーカで構成されるとともに、アノード側電極７２から容易に判別可能な色に設定される。マーカ部８２は、第２金属セパレータ１８の複数の貫通孔４２ａから視認される範囲が、電解質膜・電極構造体１４と前記第２金属セパレータ１８との相対位置ずれ許容範囲内に対応する寸法に設定される。なお、貫通孔４２ｂ側には、図示しないが、同様のマーカ部が設けられている。また、第３の実施形態以降においても、同様である。

このように構成される第２の実施形態では、単位セル１２が組み立てられた状態で、第２金属セパレータ１８の貫通孔４２ａから電解質膜・電極構造体８０に設けられているマーカ部８２を視認することにより、前記電解質膜・電極構造体８０と前記第２金属セパレータ１８（及び第１金属セパレータ１６）との相対位置を確認することがで可能になる。

しかも、マーカ部８２は、クロスマーカで構成されており、図７に示すように、電解質膜・電極構造体８０と第２金属セパレータ１８とが、矢印Ｂ方向両側に相対位置ずれを惹起していることを容易に検出することができる。さらに、電解質膜・電極構造体８０と第２金属セパレータ１８とが、矢印Ｃ方向両側に相対位置ずれを惹起していることも、確実に検出することが可能になる。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体９０の要部拡大説明図である。

電解質膜・電極構造体９０のアノード側電極７２は、第２金属セパレータ１８が積層された状態で、前記第２金属セパレータ１８の複数の貫通孔４２ａから視認することにより、前記電解質膜・電極構造体９０と前記第２金属セパレータ１８との相対位置を確認するためのマーカ部９２を設ける。

マーカ部９２は、矢印Ｃ方向に長尺な長円形状（又は楕円形状）に構成されるとともに、アノード側電極７２から容易に判別可能な色に設定される。マーカ部９２は、第２金属セパレータ１８の複数の貫通孔４２ａから視認される範囲が、電解質膜・電極構造体９０と前記第２金属セパレータ１８との相対位置ずれ許容範囲に対応する寸法に設定される。

このように構成される第３の実施形態では、単位セル１２が組み立てられた状態で、第２金属セパレータ１８の貫通孔４２ａから電解質膜・電極構造体９０に設けられているマーカ部９２を視認することにより、前記電解質膜・電極構造体９０と前記第２金属セパレータ１８（及び第１金属セパレータ１６）との相対位置を確認することができる。

しかも、マーカ部９２は、矢印Ｃ方向に長尺な長円形状（又は楕円形状）に構成されている。従って、図９に示すように、電解質膜・電極構造体９０と第２金属セパレータ１８とが、矢印Ｃ方向両側に相対位置ずれを惹起していること、及び矢印Ｂ方向両側に相対位置ずれを惹起していることも、確実に検出することが可能になる。

図１０は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１００を構成する単位セル１０２の要部分解斜視説明図である。

単位セル１０２は、電解質膜・電極構造体１０４を備えるとともに、前記電解質膜・電極構造体１０４は、アノード側電極７２の表面積が、カソード側電極７４及び固体高分子電解質膜７０の表面積よりも小さく設定され、所謂、段差ＭＥＡを構成する。

電解質膜・電極構造体１０４では、アノード側電極７２の外部に露呈する固体高分子電解質膜７０は、第２金属セパレータ１８が積層された状態で、前記第２金属セパレータ１８の複数の貫通孔４２ａから視認することにより、前記電解質膜・電極構造体１０４と前記第２金属セパレータ１８との相対位置を確認するためのマーカ部１０６を構成する。

マーカ部１０６は、第２金属セパレータ１８の複数の貫通孔４２ａから視認される範囲が、電解質膜・電極構造体１４と前記第２金属セパレータ１８との相対位置ずれ許容範囲内に対応している。マーカ部１０６は、実質的に固体高分子電解質膜７０であり、アノード側電極７２とは異なる彩色を有するために容易に判別可能である。

従って、第４の実施形態では、単位セル１０２が組み立てられた状態で、第２金属セパレータ１８の貫通孔４２ａから電解質膜・電極構造体１０４に設けられているマーカ部１０６を視認することにより、前記電解質膜・電極構造体１０４と前記第２金属セパレータ１８及び第１金属セパレータ１６との相対位置を確認することができる。

しかも、マーカ部１０６は、実質的に固体高分子電解質膜７０の一部分により構成されている。このため、図１１に示すように、電解質膜・電極構造体１０４と第２金属セパレータ１８とが、矢印Ｂ方向両側に相対位置ずれを惹起していることを、確実に検出することが可能になる。

図１２は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体１１０の要部拡大説明図である。

電解質膜・電極構造体１１０のアノード側電極７２は、第２金属セパレータ１８が積層された状態で、前記第２金属セパレータ１８の複数の貫通孔４２ａから視認することにより、前記電解質膜・電極構造体１１０と前記第２金属セパレータ１８との相対位置を確認するためのマーカ部７６のみを設けている。アノード側電極７２には、複数の貫通孔４２ｂに対応するマーカ部が設けられていない。

このため、第５の実施形態では、単位セル１２が組み立てられた状態で、第２金属セパレータ１８の貫通孔４２ａのみから電解質膜・電極構造体１１０に設けられているマーカ部７６を視認することにより、前記電解質膜・電極構造体１１０と前記第２金属セパレータ１８（及び第１金属セパレータ１６）との相対位置を確認することができる。

図１３は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体１２０の要部拡大説明図である。

電解質膜・電極構造体１２０のアノード側電極７２は、第２金属セパレータ１８が積層された状態で、前記第２金属セパレータ１８の複数の貫通孔４２ａ、４２ｂから視認することにより、前記電解質膜・電極構造体１２０と前記第２金属セパレータ１８との相対位置を確認するためのマーカ部１２２ａ、１２２ｂを設ける。マーカ部１２２ａ、１２２ｂは、長方形状に構成されるとともに、アノード側電極７２から容易に判別可能な色に設定される。

マーカ部１２２ａは、第２金属セパレータ１８の複数の貫通孔４２ａから視認される範囲が、電解質膜・電極構造体１２０と前記第２金属セパレータ１８との相対位置ずれ許容範囲内に対応する寸法及び形状に設定される。マーカ部１２２ｂは、第２金属セパレータ１８の複数の貫通孔４２ｂから視認される範囲が、電解質膜・電極構造体１２０と前記第２金属セパレータ１８との相対位置ずれ許容範囲外に対応する寸法及び形状に設定される。

このように構成される第５の実施形態では、図１３に示すように、単位セル１２が組み立てられた状態で、第２金属セパレータ１８の貫通孔４２ａから電解質膜・電極構造体１２０に設けられているマーカ部１２２ａを視認する一方、貫通孔４２ｂからマーカ部１２２ｂが視認されない。これにより、電解質膜・電極構造体１２０と第２金属セパレータ１８（及び第１金属セパレータ１６）とが、相対位置ずれ許容範囲内であることを確認することができる。

さらに、図１４に示すように、単位セル１２が組み立てられた状態で、第２金属セパレータ１８の貫通孔４２ａから電解質膜・電極構造体１２０のマーカ部１２２ａが視認されない一方、貫通孔４２ｂからマーカ部１２２ｂが視認される。従って、電解質膜・電極構造体１２０と第２金属セパレータ１８（及び第１金属セパレータ１６）とが、相対位置ずれ許容範囲外であることを確認することが可能になる。

１０、１００…燃料電池 １２、１０２…単位セル
１４、８０、９０、１０４、１１０、１２０…電解質膜・電極構造体
１６、１８…金属セパレータ ２０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
２０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ２２ａ…冷却媒体入口連通孔
２２ｂ…冷却媒体出口連通孔 ２４ａ…燃料ガス入口連通孔
２４ｂ…燃料ガス出口連通孔 ２６…酸化剤ガス流路
４０…燃料ガス流路 ４２ａ、４２ｂ…貫通孔
７０…固体高分子電解質膜 ７２…アノード側電極
７４…カソード側電極
７６、７６ａ、７６ｂ、８２、９２、１０６、１２２ａ、１２２ｂ…マーカ部

Claims (8)

1. 電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される複数の単位セルを備え、
   前記単位セルは、電極対向面に前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路と、
   前記セパレータの平面内に設けられる貫通孔と、
   を有する燃料電池の組み立て方法であって、
   前記セパレータ間に前記電解質・電極構造体を積層する工程と、
   前記セパレータの前記貫通孔から前記電解質・電極構造体に設けられているマーカ部を視認することにより、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの相対位置を確認する工程と、
   を有することを特徴とする燃料電池の組み立て方法。
2. 請求項１記載の組み立て方法において、前記マーカ部は、前記セパレータの前記貫通孔から視認される範囲が、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの相対位置ずれ許容範囲内に対応することを特徴とする燃料電池の組み立て方法。
3. 請求項１記載の組み立て方法において、前記マーカ部は、前記セパレータの前記貫通孔から視認される範囲が、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの相対位置ずれ許容範囲外に対応することを特徴とする燃料電池の組み立て方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の組み立て方法において、前記単位セルは、積層方向に貫通して前記反応ガスを流す反応ガス連通孔と、
   少なくとも一方のセパレータを貫通し、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通する前記貫通孔と、
   を有することを特徴とする燃料電池の組み立て方法。
5. 電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される複数の単位セルを備え、
   前記単位セルは、電極対向面に前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路と、
   を有する燃料電池であって、
   前記電解質・電極構造体は、前記セパレータ間に積層された状態で、前記セパレータの貫通孔から視認することにより、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの相対位置を確認するためのマーカ部を設けることを特徴とする燃料電池。
6. 請求項５記載の燃料電池において、前記マーカ部は、前記セパレータの前記貫通孔から視認される範囲が、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの相対位置ずれ許容範囲内に対応することを特徴とする燃料電池。
7. 請求項５記載の燃料電池において、前記マーカ部は、前記セパレータの前記貫通孔から視認される範囲が、前記電解質・電極構造体と前記セパレータとの相対位置ずれ許容範囲外に対応することを特徴とする燃料電池。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記単位セルは、積層方向に貫通して前記反応ガスを流す反応ガス連通孔と、
   少なくとも一方のセパレータを貫通し、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連通する前記貫通孔と、
   を有することを特徴とする燃料電池。

Images