JPH07249417A - 燃料電池の単電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 電解質膜３０の厚みと同等か大きな直径のス
ペーサ６０と電解質膜３０とを一対のフレーム１００で
挟持した電解質膜部材１５０と、集電極５０が融着され
燃料ガスをシールするよう弾性接着剤４２０を塗布した
セパレータ２００とを積層して電池モジュール１０を組
み付ける。電池モジュール１０の両端に所定電圧を加
え、その内部抵抗が所定値となるよう押圧加重を調節し
て弾性接着剤４２０を硬化させ、電池モジュール１０を
完成させる。弾性接着剤４２０は、燃料電池に発生する
応力を吸収して部材の変形を抑制し、燃料ガスの混合や
漏れを防止する。スペーサ６０は、電解質膜部材１５０
の厚みを一定とし、電解質膜部材１５０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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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。

【０００２】

【従来の技術】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、特開昭６１−２４８３６８号公
報）。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。

【０００３】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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池の単電
池は、電解質膜を備えた燃料電池の単電池であって、絶
縁性材料で形成され、前記電解質膜の外縁部を支持する
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つのセパレータとを該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してなることを要
旨とする。

【０００８】ここで、前記単電池において、前記フレー
ムは、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、前記電解質膜と共に前記一対のフレーム部材に
挟持され、該挟持方向に該電解質膜の厚さを規定するス
ペーサとを備え、前記一対のフレーム部材で前記電解質
膜と前記スペーサとを挟持した状態で接着剤により一体
化してなる構成とすることもできる。

【０００９】本発明の燃料電池の単電池の製造方法は、
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、絶縁性材料で形成されたフレームで前記電解質膜の
外縁部を支持する支持工程と、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該単電池の内部抵
抗が所定の値となるよう弾性接着剤により接着する接着
工程とからなることを要旨とする。

【００１０】ここで、前記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
えて該単電池の内部抵抗を所定の値として接着する工程
である構成とすることもできる。また、前記単電池の製
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該弾性
接着剤を塗り付けて接着する工程である構成とすること
もできる。あるいは、前記単電池の製造方法において、
前記支持工程は、前記フレームが一対のフレーム部材か
らなり、該一対のフレーム部材に挟持されたときに該挟
持方向に前記電解質膜の厚みを規定するスペーサを該電
解質膜と共に該一対のフレーム部材で挟持し、該挟持状
態で該スペーサと該電解質膜と該一対のフレームとを接
着剤により一体化する工程である構成とすることもでき
る。

【００１１】本発明の単電池の電解質膜部材は、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であっ
て、前記電解質膜と共に前記一対のフレームに挟持さ
れ、該挟持方向に該電解質膜の厚さを規定するスペーサ
を備え、前記一対のフレームで前記電解質膜と前記スペ
ーサとを挟持した状態で接着剤により一体化してなるこ
とを要旨とする。

【００１２】本発明の燃料電池は、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であっ
て、前記単電池は、請求項１または２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、該電池モ
ジュールの内部抵抗が所定の値となるよう弾性接着剤に
より接着してなることを要旨とする。

【００１３】

【作用】以上のように構成された本発明の燃料電池の単
電池は、弾性接着剤が、燃料電池が発生する熱や振動に
基づく応力を吸収し、単電池の耐久性を向上させる。ま
た、弾性接着剤により単電池が一体化されるので、単電
池を積層する際の取り扱いが容易となる。さらに、単電
池の内部抵抗を所定の値とするので、この単電池を積層
してなる燃料電池の性能を標準化する。

【００１４】ここで、スペーサを備えた単電池では、ス
ペーサが、電解質膜と共に一体化したフレームの積層方
向の厚みを一定として、積層方向の剛性を高める。

【００１５】本発明の燃料電池の単電池の製造方法は、
支持工程で、絶縁性材料で形成されたフレームで電解質
膜の外縁部を支持し、接着工程で、導電性材料で形成さ
れた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。こう
して製造された単電池は、弾性接着剤が硬化後に燃料電
池に生じる熱や振動に基づく応力を吸収し、単電池の耐
久性を向上させる。また、単電池の内部抵抗を所定の値
とするので、この単電池を積層してなる燃料電池の性能
を標準化する。

【００１６】ここで、セパレータに押圧荷重を加えて単
電池の内部抵抗を所定の値とする単電池の製造方法で
は、加える押圧荷重を調整して単電池の内部抵抗を所定
の値とする。弾性接着剤が硬化後に燃料ガスのシール部
材となるようフレームまたはセパレータの所定の位置に
弾性接着剤を塗り付けて接着する単電池の製造方法で
は、燃料ガスのシールをも同時に行なうことができ、単
電池を構成する部材数を少なくする。スペーサと電解質
膜とを一対のフレーム部材で挟持して接着する単電池の
製造方法では、スペーサがフレームの積層方向の厚みを
一定とし、積層方向の剛性を高くする。

【００１７】本発明の燃料電池の単電池の電解質膜部材
では、スペーサが、電解質膜と共に一対のフレームに挟
持されて、一対のフレームの挟持方向の厚みを一定と
し、挟持方向の剛性を高くする。

【００１８】本発明の燃料電池では、単電池を複数積層
してなる電池モジュールとしたことにより、燃料電池の
組み付けが極めて容易となる。また、電池モジュールの
内部抵抗を所定の値としたので、電池モジュールを積層
してなる燃料電池の性能を標準化する。

【００１９】

【実施例】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。

【００２０】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。

【００２１】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３
００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４
２０により接着されている。

【００２２】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。

【００２３】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２００
μｍ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。

【００２４】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２００μ
ｍ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。

【００２５】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（ＰＰ
Ｓ），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１１
０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。

【００２６】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４
１０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１２
８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１３５
Ｂ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ＲＴ
ＶゴムやウレタンＲＴＶゴム等でも差し支えない。

【００２７】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３
０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２０
０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。

【００２８】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｛２Kg
f／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。

【００２９】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。

【００３０】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５
０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。

【００３１】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。

【００３２】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１０
０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。

【００３３】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３
５４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３
５４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３５
６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。

【００３４】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 Ｂ
ｏｎｄ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１００００
ｋＰａ｛１０２Kgf／cm²｝，伸びが１５０％ないし３０
０％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。

【００３５】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３０
０の弾性接着剤４２０を塗布する位置も、セパレータ２
００の塗布する位置と同様である。

【００３６】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１
５０とを交互に積層し、その積層端の電解質膜部材１５
０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。

【００３７】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２０
０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４
２０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７００ｋＰ
ａ｛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。

【００３８】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。

【００３９】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１５
０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３５
６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３４
２は、電池モジュール１０の冷却孔３４０と連絡する。

【００４０】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１
０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１
１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１
０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。

【００４１】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３
０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４
０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。

【００４２】 カソード反応：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ アノード反応：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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｛１０
２kgf／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１
１０に嵌合するように配置する（工程１３）。

【００４６】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１
００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４
１０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。

【００４７】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
にテフロンディスパージョン等により融着する（工程２
１）。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２２
０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５
６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）。

【００４８】この積層直後に、積層端のセパレータ２０
０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３
００との間では、３ｍΩである。積層端のセパレータ２
００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。

【００４９】固体高分子型燃料電池の組み付けは、図１
１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。

【００５０】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１５
０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４
２０により吸収することができる。したがって、電極４
０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。

【００５１】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。

【００５２】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３
０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３
０の損傷を防止することができる。さらに、電解質膜３
０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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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１
０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１
０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１
０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２０
０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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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５１
０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５０
０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。

【００５９】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６
００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６
３０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。

【００６０】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４
０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。

【００６１】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１
５０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６
０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。

【００６２】図１８は、集電極５０およびセパレータ２
５０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５１
５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ディスパージョン等により融着さ
れている。

【００６３】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６４
０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。

【００６４】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２５
０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１５
０Ｃ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。

【００６５】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２
００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。

【００６６】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３
００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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃料電池の
単電池では、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、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。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。

【００７１】請求項２記載の単電池では、電解質膜と共
にスペーサを一対のフレーム部で挟持して一体化したの
で、フレームの挟持部における積層方向の厚みを一定に
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、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。

【００７２】本発明の燃料電池の単電池の製造方法で
は、接着工程で、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。ま
た、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。もとより、支持工程で、電解質
膜の外縁部をフレームで支持するので、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。

【００７３】請求項４記載の単電池の製造方法では、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。

【００７４】請求項５記載の単電池の製造方法では、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。

【００７５】請求項６記載の単電池に製造方法では、ス
ペーサを電解質膜と共に一対のフレーム部材で挟持して
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。

【００７６】本発明の燃料電池の単電池の電解質膜部材
では、スペーサを電解質膜と共に一対のフレームで挟持
して一体化するので、フレームの挟持方向の厚みを均等
にすることができ、挟持方向の剛性を高めることができ
る。したがって、単電池を積層して燃料電池を構成した
際、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。

【００７７】本発明の燃料電池では、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】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。

【図３】フレーム１００の外観を例示した斜視図であ
る。

【図４】電解質膜３０と一体化した一対のフレーム１０
０の外観を例示する斜視図である。

【図５】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。

【図６】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７】冷却部材３００の外観を例示した斜視図であ
る。

【図８】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。

【図９】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。

【図１０】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。

【図１１】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。

【図１２】単電池２０Ａの構成を例示した説明図であ
る。

【図１３】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。

【図１４】フレーム５００の外観を例示した斜視図であ
る。

【図１５】図１４に示したフレーム５００を裏面から見
た斜視図である。

【図１６】フレーム６００の外観を例示した斜視図であ
る。

【図１７】図１６に示したフレーム６００を裏面から見
た斜視図である。

【図１８】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。

【図１９】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。

【図２０】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 (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質膜を備えた燃料電池の単電池であ
   って、 絶縁性材料で形成され、前記電解質膜の外縁部を支持す
   るフレームと、 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つのセパレータとを該単電池の内
   部抵抗が所定の値となるよう弾性接着剤により接着して
   なる単電池。
2. 【請求項２】 前記フレームは、 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、 前記電解質膜と共に前記一対のフレーム部材に挟持さ
   れ、該挟持方向に該電解質膜の厚さを規定するスペーサ
   とを備え、 前記一対のフレーム部材で前記電解質膜と前記スペーサ
   とを挟持した状態で接着剤により一体化してなる請求項
   １記載の単電池
3. 【請求項３】 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、 絶縁性材料で形成されたフレームで前記電解質膜の外縁
   部を支持する支持工程と、 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
   ムとを該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接着工程とからなる単電池の製造方
   法。
4. 【請求項４】 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該単電池の内部抵抗を所定の値とし
   て接着する工程である請求項３記載の単電池の製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記接着工程は、前記弾性接着剤が硬化
   後にカソード側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該弾性接
   着剤を塗り付けて接着する工程である請求項３または４
   記載の単電池の製造方法。
6. 【請求項６】 前記支持工程は、前記フレームが一対の
   フレーム部材からなり、該一対のフレーム部材に挟持さ
   れたときに該挟持方向に前記電解質膜の厚みを規定する
   スペーサを該電解質膜と共に該一対のフレーム部材で挟
   持し、該挟持状態で該スペーサと該電解質膜と該一対の
   フレームとを接着剤により一体化する工程である請求項
   ３ないし５記載の単電池の製造方法。
7. 【請求項７】 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、 前記電解質膜と共に前記一対のフレームに挟持され、該
   挟持方向に該電解質膜の厚さを規定するスペーサを備
   え、 前記一対のフレームで前記電解質膜と前記スペーサとを
   挟持した状態で接着剤により一体化してなる電解質膜部
   材。
8. 【請求項８】 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１または２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、該電池モジュ
   ールの内部抵抗が所定の値となるよう弾性接着剤により
   接着してなる燃料電池。