JP6897199B2 - 燃料電池セルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池セルの製造方法に関する。

燃料電池セルには、電解質膜を有する膜電極接合体の両面にガス拡散層が配された膜電極ガス拡散層接合体と、膜電極ガス拡散層接合体の周囲に配置された枠状の樹脂枠と、膜電極ガス拡散層接合体および樹脂枠を挟む一対のセパレータとを備えるものがある（特許文献１）。このような燃料電池セルは、樹脂枠とセパレータとの積層方向に沿って形成された第１の流路と、第１の流路と接続し、第１の流路と膜電極ガス拡散層接合体との間において流体を流す第２の流路と、を有する。第１の流路および第２の流路は、燃料電池セルの発電に利用される反応ガス、燃料電池セルの発電に利用されなかったオフガスおよび冷却媒体等の流体が流通する。

特開２０１５−１３３２６９号公報

燃料電池セルを製造する方法として、膜電極ガス拡散層接合体と接合した樹脂枠が一対のセパレータに挟まれて積層された状態において、セパレータを加熱プレスする加熱工程を備える方法がある。しかし、このような方法では、第２の流路を形成している樹脂枠が、加熱プレスを受けて軟化することによって、第２の流路が閉塞される場合があった。このような課題を解決するために、加熱工程を備える燃料電池セルの製造方法において、第２の流路が閉塞されることを抑制できる技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
［形態１］燃料電池セルの製造方法であって、
電解質膜を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に積層されたガス拡散層と、を有する膜電極ガス拡散層接合体が嵌めこまれた枠状の樹脂枠を準備する準備工程と、
前記膜電極ガス拡散層接合体および前記樹脂枠を一対のセパレータで挟む挟持工程と、
前記膜電極ガス拡散層接合体および前記樹脂枠が前記一対のセパレータに挟まれて積層された状態において、前記一対のセパレータを加熱プレスして、前記樹脂枠と前記一対のセパレータとを一体化させる加熱工程と、を備え、
前記樹脂枠および前記一対のセパレータは、前記積層された状態において積層方向に沿った第１の流路を形成する貫通孔をそれぞれ有し、
前記挟持工程において、前記一対のセパレータのそれぞれと前記樹脂枠との境界には、前記第１の流路と前記膜電極ガス拡散層接合体との間において流体を流す第２の流路が形成され、
前記加熱工程は、前記一対のセパレータを加熱プレスするとき、前記積層された状態における前記一対のセパレータのうち前記第２の流路が形成された領域である流路形成領域に対応する位置は加熱プレスせず、
前記加熱工程は、
それぞれ窪みが設けられた面を有する一対のプレス用治具を、前記窪みが前記流路形成領域に対面するように配置することにより、前記流路形成領域において前記一対のセパレータと接しさせず、前記流路形成領域に隣接する領域において前記一対のセパレータと接しさせる工程と、
前記一対のプレス用治具により前記一対のセパレータを挟んで加熱プレスする工程と、
を有する、燃料電池セルの製造方法。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池セルの製造方法が提供される。この燃料電池セルの製造方法は、電解質膜を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に積層されたガス拡散層と、を有する膜電極ガス拡散層接合体が嵌めこまれた枠状の樹脂枠を準備する準備工程と、前記膜電極ガス拡散層接合体および前記樹脂枠を一対のセパレータで挟む挟持工程と、前記膜電極ガス拡散層接合体および前記樹脂枠が前記一対のセパレータに挟まれて積層された状態において、前記一対のセパレータを加熱プレスして、前記樹脂枠と前記一対のセパレータとを一体化させる加熱工程と、を備え、前記樹脂枠および前記一対のセパレータは、前記積層された状態において積層方向に沿った第１の流路を形成する貫通孔をそれぞれ有し、前記挟持工程において、前記一対のセパレータのそれぞれと前記樹脂枠との境界には、前記第１の流路と前記膜電極ガス拡散層接合体との間において流体を流す第２の流路が形成され、前記加熱工程は、前記一対のセパレータを加熱プレスするとき、前記積層された状態における前記一対のセパレータのうち前記第２の流路が形成された領域に対応する位置は加熱プレスしない。このような形態とすれば、加熱工程の際、セパレータのうち第２の流路が形成された領域に対応する位置は加熱プレスされないため、第２の流路を形成している樹脂枠の軟化を抑制できる。このため、第２の流路が閉塞されることを抑制できる。

本発明の形態は、燃料電池セルの製造方法に限るものではなく、例えば、燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。

第１実施形態の製造方法で製造される燃料電池セルの説明図である。 燃料電池セルの製造方法を示すフローチャートである。 図１に示す矢視ＩＩＩ−ＩＩＩから見た流路形成部の断面図である。 比較例の製造方法のうち加熱工程における流路形成部を示した図である。 比較例の製造方法で製造された燃料電池セルが、ガスケットと積層された状態を示した説明図である。 第１実施形態の製造方法で製造された燃料電池セルが、ガスケットと積層された状態を示した説明図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．装置構成：
図１は、第１実施形態の燃料電池セルの製造方法で製造される燃料電池セル１００を分解して示す説明図である。図１には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。Ｘ軸は、燃料電池セル１００を構成する各部品（後述するＭＥＧＡプレート２００、第１セパレータ３００、第２セパレータ４００）の積層方向に沿った座標軸である。Ｚ軸は、水平方向に沿った座標軸である。図１のＸＹＺ軸は、他の図のＸＹＺ軸に対応する。ＸＹＺ軸において、矢印の指す方向を＋側、矢印の指す方向と反対方向を−側とする。

燃料電池セル１００は、反応ガスを用いた電気化学反応によって発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池セル１００が用いる反応ガスは、水素および酸素である。燃料電池セル１００が複数積層された燃料電池スタックは、例えば、動力源として燃料電池車両に搭載される。燃料電池セル１００は、ＭＥＧＡプレート２００と、第１セパレータ３００と、第２セパレータ４００とを備える。

ＭＥＧＡプレート２００は、膜電極ガス拡散層接合体（以下、「ＭＥＧＡ」（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｇａｓ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−ｌａｙｅｒ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ぶ）２１０と、樹脂枠２２０と、から構成される板状部材である。ＭＥＧＡ２１０は、電解質膜を有する膜電極接合体の両面にガス拡散層が配された薄板状の接合体である。樹脂枠２２０は、中央部分にＭＥＧＡ２１０を嵌めこむことができる矩形状の枠部材である。樹脂枠２２０は、中央部分にＭＥＧＡ２１０を嵌めこむ事によってＭＥＧＡ２１０の周囲に配置される。樹脂枠２２０は、単一種類の熱可塑性樹脂で構成されている。単一種類の熱可塑性樹脂とは、例えば、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）や、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＳＰＳ（シンジオタクチックポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＣＯＣ（環状オレフィンコポリマー）等である。

ＭＥＧＡ２１０は、第１面２１０ａと、第２面２１０ｃとを有する。第１面２１０ａは、アノード電極におけるＸ軸方向の＋側の端面に相当する。第２面２１０ｃは、カソード電極におけるＸ軸方向の−側の端面に相当する。

樹脂枠２２０は、第１面２２０ａと、第２面２２０ｃとを有する。第１面２２０ａは、樹脂枠２２０にＭＥＧＡ２１０が嵌められた状態において、第１面２１０ａが向く側の面である。第２面２２０ｃは、樹脂枠２２０にＭＥＧＡ２１０が嵌められた状態において、第２面２１０ｃが向く側の面である。

燃料電池セル１００は、ＭＥＧＡプレート２００を、Ｘ軸方向の両側から、第１セパレータ３００および第２セパレータ４００で挟持した構成を有する。本実施形態では、第１セパレータ３００は、アノード側セパレータに相当し、第２セパレータ４００は、カソード側セパレータに相当する。

第１セパレータ３００は、第１面２２０ａと向かい合う位置に配される板状部材である。第１セパレータ３００について、Ｘ軸方向の＋側における面とＸ軸方向の−側における面とは、同様の構成を有する。第１セパレータ３００のうちＸ軸方向の−側を向いた面３００ａの中央部分には、Ｚ軸と平行な方向に沿って伸びた溝状のアノードガス流路３１０が形成されている。第１セパレータ３００のうちＸ軸方向の＋側を向いた面である冷却面３００ｃの中央部分（アノードガス流路３１０の裏側の位置）には、Ｚ軸と平行な方向に沿って伸びた溝状の冷却媒体流路３２０が形成されている。

第２セパレータ４００は、第２面２２０ｃと向かい合う位置に配される板状部材である。第２セパレータ４００は、第１セパレータ３００と同様な構成を有する。第２セパレータ４００のうちＸ軸方向の＋側を向いた面４００ｃの中央部分には、Ｚ軸と平行な方向に沿って伸びた溝状のカソードガス流路４１０が形成されている。

ＭＥＧＡプレート２００、第１セパレータ３００および第２セパレータ４００のＺ軸方向におけるそれぞれの端側には、ガスマニホールド孔５０２，５０４，５１２，５１４と、冷却媒体マニホールド孔５２２，５２４とが形成されている。

ＭＥＧＡプレート２００、第１セパレータ３００および第２セパレータ４００それぞれにおいて、Ｚ軸方向の−側における端側には、Ｙ軸方向の＋側から−側へと順番に、ガスマニホールド孔５０２、冷却媒体マニホールド孔５２２、ガスマニホールド孔５１２が形成されている。

ＭＥＧＡプレート２００、第１セパレータ３００および第２セパレータ４００において、Ｚ軸方向の＋側における端側には、Ｙ軸方向の＋側から−側へと順番に、ガスマニホールド孔５１４、冷却媒体マニホールド孔５２４、ガスマニホールド孔５０４が形成されている。

ガスマニホールド孔５０２，５０４，５１２，５１４および冷却媒体マニホールド孔５２２，５２４は、ＭＥＧＡプレート２００が第１セパレータ３００および第２セパレータ４００に挟まれて積層された状態（以降、積層状態と呼ぶ）において、Ｘ軸方向に沿った流路を形成する。ここでいうＸ軸方向に沿った流路とは、請求項における第１の流路の下位概念に相当する。

ガスマニホールド孔５０２は、燃料電池セル１００に供給されるアノードガスを流すアノードガス供給用マニホールドを構成する。ガスマニホールド孔５０４は、燃料電池セル１００の発電に利用されなかったアノードガス等からなるアノードオフガスを燃料電池セル１００の外部に排出するアノードガス排出用マニホールドを構成する。

ガスマニホールド孔５１２は、燃料電池セル１００に供給されるカソードガスを流すカソードガス供給用マニホールドを構成する。ガスマニホールド孔５１４は、燃料電池セル１００の発電に利用されなかったカソードガス等からなるカソードオフガスを燃料電池セル１００の外部に排出するカソードガス排出用マニホールドを構成する。

冷却媒体マニホールド孔５２４は、燃料電池セル１００に供給される冷却媒体を流す冷却媒体供給用マニホールドを構成する。冷却媒体マニホールド孔５２２は、燃料電池セル１００から排出される冷却媒体を集めて燃料電池セル１００の外部に排出する冷却媒体排出用マニホールドを構成する。

樹脂枠２２０の第１面２２０ａは、流路形成部５０３Ｓと流路形成部５０３Ｄを有する。流路形成部５０３Ｓは、樹脂枠２２０のうちＭＥＧＡ２１０が配置される位置とガスマニホールド孔５０２との間を接続する溝状の部分である。本実施形態では、流路形成部５０３Ｓは、４本の溝である。図１において、流路形成部５０３Ｓには、ハッチングが施されている。流路形成部５０３Ｓは、積層状態において、ＭＥＧＡ２１０における第１面２１０ａとガスマニホールド孔５０２との間においてアノードガスを流す流路を、第１セパレータ３００とともに形成する。この流路は、流路形成部５０３Ｓと第１セパレータ３００との境界に形成される。流路形成部５０３Ｄは、流路形成部５０３Ｓと同一の形状および寸法を有し、樹脂枠２２０のうちＭＥＧＡ２１０が配置される位置とガスマニホールド孔５０４との間を接続する溝状の部分である。流路形成部５０３Ｄは、積層状態において、ＭＥＧＡ２１０における第１面２１０ａとガスマニホールド孔５０４との間においてアノードオフガスを流す流路を、第１セパレータ３００とともに形成する。この流路は、流路形成部５０３Ｄと第１セパレータ３００との境界に形成される。

樹脂枠２２０の第２面２２０ｃは、流路形成部５１３Ｓと流路形成部５１３Ｄを有する。流路形成部５１３Ｓは、流路形成部５０３Ｓと同様の形状および寸法を有し、樹脂枠２２０のうちＭＥＧＡ２１０が配置される位置とガスマニホールド孔５１２との間を接続する溝状の部分である。流路形成部５１３Ｓは、積層状態において、ＭＥＧＡ２１０における第２面２２０ｃとガスマニホールド孔５１２との間においてカソードガスを流す流路を、第２セパレータ４００とともに形成する。この流路は、流路形成部５１３Ｓと第２セパレータ４００との境界に形成される。流路形成部５１３Ｄは、流路形成部５０３Ｓと同様の形状および寸法を有し、樹脂枠２２０のうちＭＥＧＡ２１０が配置される位置とガスマニホールド孔５１４との間を接続する溝状の部分である。流路形成部５１３Ｄは、積層状態において、ＭＥＧＡ２１０における第２面２２０ｃとガスマニホールド孔５１４との間においてカソードオフガスを流す流路を、第２セパレータ４００とともに形成する。この流路は、流路形成部５１３Ｄと第２セパレータ４００との境界に形成される。流路形成部５０３Ｓ（流路形成部５０３Ｄ）と第１セパレータ３００との境界に形成される流路および流路形成部５１３Ｓ（流路形成部５１３Ｄ）と第２セパレータ４００との境界に形成される流路は、請求項における第２の流路の下位概念に相当する。

樹脂枠２２０における第１面２２０ａの表面には、第１溶融接着部２３０が形成されている。第１溶融接着部２３０は、積層状態において第１セパレータ３００および第２セパレータ４００が加熱プレスされる際、樹脂枠２２０と第１セパレータ３００とを接着する。

第１溶融接着部２３０は、ガスマニホールド孔５１２および５１４の周囲を取り囲むよう配されていることによって、積層状態において、第１面２１０ａとガスマニホールド孔５１２および５１４との間の流体の流通を遮断する。また、第１溶融接着部２３０は、冷却媒体マニホールド孔５２２および５２４の周囲を取り囲むよう配されていることによって、積層状態において、第１面２１０ａと冷却媒体マニホールド孔５２２および５２４との間の流体の流通を遮断する。また、第１溶融接着部２３０は、ガスマニホールド孔５０２および５０４と樹脂枠２２０のうちＭＥＧＡ２１０が配置された中央部分とを包含する領域を取り囲むよう配されていることによって、積層状態において、ガスマニホールド孔５０２から第１面２２０ａを介してガスマニホールド孔５０４にアノードガスを流す流路領域を形成する。

樹脂枠２２０における第２面２２０ｃは、第２溶融接着部２４０を有する。第２溶融接着部２４０は、第２面２２０ｃの表面に形成されている。第２溶融接着部２４０は、ＭＥＧＡプレート２００をＸ軸方向の＋側から見て、第１溶融接着部２３０を左右反転させた形状と同一の形状および寸法を有している。第２溶融接着部２４０は、積層状態において第１セパレータ３００および第２セパレータ４００が加熱プレスされる際、樹脂枠２２０と第２セパレータ４００とを接着する。

第２溶融接着部２４０は、ガスマニホールド孔５０２および５０４の周囲を取り囲むとともに冷却媒体マニホールド孔５２２および５２４の周囲を取り囲むよう配されている。また、第２溶融接着部２４０は、ガスマニホールド孔５１２および５１４と樹脂枠２２０のうちＭＥＧＡ２１０が配置された中央部分とを包含する領域を取り囲むよう配されていることによって、積層状態において、ガスマニホールド孔５１２から第２面２２０ｃを介してガスマニホールド孔５１４にカソードガスを流す流路領域を形成する。

Ａ２．燃料電池セルの製造方法：
図２は、燃料電池セル１００の製造方法を示すフローチャートである。まず、燃料電池セル１００の製造者は、ＭＥＧＡ２１０が嵌めこまれた樹脂枠２２０を準備する準備工程を行う（工程Ｐ１１０）。樹脂枠２２０は、樹脂枠２２０の中央部分にＭＥＧＡ２１０が嵌められる事によって、ＭＥＧＡ２１０の周囲に配置される。準備工程（工程Ｐ１１０）によって、ＭＥＧＡ２１０と樹脂枠２２０とは組み合わされて、ＭＥＧＡプレート２００となる。

準備工程（工程Ｐ１１０）後、燃料電池セル１００の製造者は、ＭＥＧＡプレート２００を第１セパレータ３００および第２セパレータ４００で挟む挟持工程を行う（工程Ｐ１２０）。

挟持工程（工程Ｐ１２０）後、燃料電池セル１００の製造者は、積層状態のＭＥＧＡプレート２００、第１セパレータ３００および第２セパレータ４００を、第１セパレータ３００および第２セパレータ４００の外側から挟み込むように加熱プレスして、ＭＥＧＡプレート２００と、第１セパレータ３００と、第２セパレータ４００とを一体化させる加熱工程を行う（工程Ｐ１３０）。加熱工程（工程Ｐ１３０）を経て、燃料電池セル１００は完成する。

図３は、図１に示す矢視ＩＩＩ−ＩＩＩの断面を表す断面図である。図３では、加熱工程（工程Ｐ１３０）における流路形成部５０３Ｓおよびその周辺の断面が表されている。また、図３では、加熱工程（工程Ｐ１３０）で用いられるプレス用治具６３０およびプレス用治具６４０も表されている。プレス用治具６３０は、Ｘ軸方向の＋側から第１セパレータ３００を加熱プレスする治具である。プレス用治具６４０は、Ｘ軸方向の−側から第２セパレータ４００を加熱プレスする治具である。

流路形成部５０３Ｓは、第１セパレータ３００とともに流路Ｆを形成している。流路Ｆは、ＭＥＧＡ２１０における第１面２１０ａとガスマニホールド孔５０２との間においてアノードガスを流す流路である（図１を参照）。

プレス用治具６３０は、積層状態における第１セパレータ３００のうち流路Ｆが形成されている領域Ｒ１に対応する位置は加熱プレスしないよう設計されている。具体的には、プレス用治具６３０は、積層状態における第１セパレータ３００のうち、領域Ｒ１とは接触しないとともに、領域Ｒ１にＹ軸方向の＋側および−側において隣接した領域Ｒ２とは接触する形状に設計されている。より具体的には、プレス用治具６３０のうち、領域Ｒ２と接触する面に対して、領域Ｒ１と向き合う面はＸ軸方向の＋側に窪んで形成されている。プレス用治具６４０は、図３における紙面に向かう方向に見たプレス用治具６３０を上下反転させた形状と同一の形状および寸法を有している。このように、プレス用治具６３０およびプレス用治具６４０が設計されていることによって、加熱工程（工程Ｐ１３０）では、第１セパレータ３００のうち領域Ｒ２に対応する位置はＸ軸方向に沿って圧縮するように加熱プレスされ、他方、領域Ｒ１に対応する位置は加熱プレスされない。領域Ｒ２に対応する位置では、加熱プレスされることによりＭＥＧＡプレート２００が圧縮され、ＭＥＧＡプレート２００と第１セパレータ３００とが軟化して溶着する。これに対して、領域Ｒ１に対応する位置では、加熱プレスされないためにＭＥＧＡプレート２００は軟化せず、図３に示す形状がほぼ維持される。このため、加熱工程（工程Ｐ１３０）後の樹脂枠２２０のうち、流路形成部５０３Ｓ間に位置する部分ＰのＸ軸方向における長さは、領域Ｒ２のＸ軸方向における長さと比べて、長い。

上記説明では、流路形成部５０３Ｓについて説明したが、他の流路形成部である流路形成部５０３Ｄ、５１３Ｓおよび５１３Ｄについても同様である。すなわち、流路形成部５０３Ｄ、５１３Ｓおよび５１３Ｄについても、プレス用治具６３０およびプレス用治具６４０と同一の形状を有するプレス用治具を用いて加熱工程（工程Ｐ１３０）が実施されることによって、それぞれの流路が閉塞されることを抑制できる。

Ｂ．比較例：
図４は、比較例の燃料電池セルの製造方法のうち加熱工程における流路形成部５０３Ｓおよびその周辺の断面が表された断面図である。比較例の燃料電池セル１００の製造方法では、加熱工程の際、プレス用治具６３０およびプレス用治具６４０とは異なるプレス用治具６３０ａおよびプレス用治具６４０ａが用いられる。比較例の燃料電池セルの製造方法で製造される燃料電池セルの構成は、第１実施形態の構成と同様であるので、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

プレス用治具６３０ａは、Ｘ軸方向の＋側から第１セパレータ３００の面全体と接触して第１セパレータ３００を加熱プレスする治具である。プレス用治具６４０ａは、Ｘ軸方向の−側から第２セパレータ４００の面全体と接触して第２セパレータ４００を加熱プレスする治具である。

比較例の加熱工程では、プレス用治具６３０ａおよびプレス用治具６４０ａによって、第１セパレータ３００の面全体および第２セパレータ４００の面全体が加熱プレスされる。このため、流路Ｆを形成している流路形成部５０３Ｓ（樹脂枠２２０の一部）が、第１セパレータ３００および第２セパレータ４００を介して加熱プレスを受ける。加熱プレスを受けて軟化した流路形成部５０３Ｓのうち第１セパレータ３００と接触している部分（流路形成部５０３ＳのＸ軸方向の＋側における端面部分）から流路Ｆに向けて樹脂が溶出することによって、流路Ｆにおける容積の減少が起こる。また、場合によっては、流路Ｆが閉塞される。また、流路Ｆの一部を形成している第１セパレータ３００の部分が、流路形成部５０３Ｓのうち第１セパレータ３００と接触している部分（流路形成部５０３ＳのＸ軸方向の＋側における端面部分）から樹脂が溶出した分だけプレス用治具６３０ａに押されることにより、樹脂枠２２０のＸ軸方向における寸法が減少する。

図５は、比較例の製造方法で製造された燃料電池セルが、ガスケット７００と積層された状態を示した説明図である。燃料電池セルは、ガスケット７００と交互に積層されることにより燃料電池スタックを形成する。図５におけるガスケット７００は、図５に示す第１セパレータ３００と、第１セパレータ３００に対してＸ軸方向の＋側に位置する図示しない隣の燃料電池セルの第２セパレータ４００と、の間に挟まれている。ガスケット７００は、燃料電池セル同士の間を密閉することによって、燃料電池セル同士の間を流れる冷却媒体を密閉する。比較例の製造方法で製造された燃料電池セルでは、流路Ｆの容積が減少しているため、アノードガスの運搬効率が低下する。

図６は、第１実施形態の製造方法で製造された燃料電池セル１００が、ガスケット７００と積層された状態を示した説明図である。第１実施形態の製造方法で製造された燃料電池セル１００では、流路Ｆの閉塞が抑制されている。

以上説明した実施形態によれば、加熱工程（工程Ｐ１３０）の際、領域Ｒ１に対応する位置は加熱プレスされないため、流路Ｆを形成している流路形成部５０３Ｓ（樹脂枠２２０の一部）の軟化を抑制できる。このため、流路Ｆが閉塞されることを抑制できる。

領域Ｒ１に対応する位置が加熱プレスされないことによって、流路Ｆ同士の間における気密性が確保されなかった場合でも、ガスマニホールド孔５０２から第１面２２０ａを介してガスマニホールド孔５０４にアノードガスを流す流路領域における気密性は確保されることから、本実施形態における燃料電池セル１００の製造方法は、アノードガスを流す流路領域における気密性と流路Ｆにおける閉塞の抑制とを両立できる。

第１実施形態の製造方法で製造された燃料電池セル１００とガスケット７００とを交互に積層した燃料電池スタックにおいて、燃料電池セル１００とガスケット７００とが積層される際、流路Ｆの一部を形成している第１セパレータ３００の部分が、流路Ｆが形成されている側であるＸ軸方向の−側に撓むことができるため、ガスケット７００に対する過圧縮は抑制される。

Ｃ．変形例：
Ｃ１．変形例１：
第１実施形態では、樹脂枠２２０は、単一種類の熱可塑性樹脂で構成されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、樹脂枠２２０は、２種類以上の熱可塑性樹脂から構成されていてもよい。２種類の熱可塑性樹脂から構成される樹脂枠２２０としては、樹脂枠２２０の内部を比較的融点の高い熱可塑性樹脂で構成するとともに、第１セパレータ３００および第２セパレータ４００と接触する外側の部分を比較的融点の低い熱可塑性樹脂で構成する形態が考えられる。このような形態では、加熱プレスによって樹脂枠２２０の内部が軟化しにくいことから、流路Ｆにおける容積の減少を防止できる。また、樹脂枠２２０のうち領域Ｒ２を比較的融点の低い熱可塑性樹脂で構成するとともに、領域Ｒ１を比較的融点の高い熱可塑性樹脂で構成する形態も考えられる。このような形態でも、加熱プレスによって樹脂枠２２０の内部が軟化しにくいことから、流路Ｆにおける容積の減少を防止できる。

Ｃ２．変形例２：
第１実施形態では、樹脂枠２２０が流路形成部５０３Ｓ（流路形成部５０３Ｄ、流路形成部５１３Ｓおよび流路形成部５１３Ｄ）を有し、第１セパレータ３００および第２セパレータ４００は流路形成部を有していなかったが、本発明はこれに限られない。例えば、樹脂枠２２０が流路形成部を有さず、第１セパレータ３００および第２セパレータ４００がいずれも流路形成部を有していてもよい。また、樹脂枠２２０、第１セパレータ３００および第２セパレータ４００がそれぞれ流路形成部を有していてもよい。すなわち、積層状態において、互いの境界に流路を形成する任意の態様の樹脂枠２２０、第１セパレータ３００および第２セパレータ４００を、本発明の燃料電池セルの製造方法に適用してもよい。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１００…燃料電池セル
２００…ＭＥＧＡプレート
２１０ａ…第１面
２１０ｃ…第２面
２２０…樹脂枠
２２０ａ…第１面
２２０ｃ…第２面
２３０…第１溶融接着部
２４０…第２溶融接着部
３００…第１セパレータ
３００ａ…面
３００ｃ…冷却面
３１０…アノードガス流路
３２０…冷却媒体流路
４００…第２セパレータ
４００ｃ…面
４１０…カソードガス流路
５０２…ガスマニホールド孔
５０３Ｄ…流路形成部
５０３Ｓ…流路形成部
５０４…ガスマニホールド孔
５１２…ガスマニホールド孔
５１３Ｄ…流路形成部
５１３Ｓ…流路形成部
５１４…ガスマニホールド孔
５２２…冷却媒体マニホールド孔
５２４…冷却媒体マニホールド孔
６３０…プレス用治具
６３０ａ…プレス用治具
６４０…プレス用治具
６４０ａ…プレス用治具
７００…ガスケット
Ｄ…窪み部
Ｆ…流路
Ｐ…部分
Ｒ１…領域
Ｒ２…領域

Claims (1)

1. 燃料電池セルの製造方法であって、
   電解質膜を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に積層されたガス拡散層と、を有する膜電極ガス拡散層接合体が嵌めこまれた枠状の樹脂枠を準備する準備工程と、
   前記膜電極ガス拡散層接合体および前記樹脂枠を一対のセパレータで挟む挟持工程と、
   前記膜電極ガス拡散層接合体および前記樹脂枠が前記一対のセパレータに挟まれて積層された状態において、前記一対のセパレータを加熱プレスして、前記樹脂枠と前記一対のセパレータとを一体化させる加熱工程と、を備え、
   前記樹脂枠および前記一対のセパレータは、前記積層された状態において積層方向に沿った第１の流路を形成する貫通孔をそれぞれ有し、
   前記挟持工程において、前記一対のセパレータのそれぞれと前記樹脂枠との境界には、前記第１の流路と前記膜電極ガス拡散層接合体との間において流体を流す第２の流路が形成され、
   前記加熱工程は、前記一対のセパレータを加熱プレスするとき、前記積層された状態における前記一対のセパレータのうち前記第２の流路が形成された領域である流路形成領域に対応する位置は加熱プレスせず、
   前記加熱工程は、
   それぞれ窪みが設けられた面を有する一対のプレス用治具を、前記窪みが前記流路形成領域に対面するように配置することにより、前記流路形成領域において前記一対のセパレータと接しさせず、前記流路形成領域に隣接する領域において前記一対のセパレータと接しさせる工程と、
   前記一対のプレス用治具により前記一対のセパレータを挟んで加熱プレスする工程と、
   を有する、燃料電池セルの製造方法。

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