WO2015011989A1

WO2015011989A1 - 燃料電池の製造方法および燃料電池

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Publication number: WO2015011989A1
Application number: PCT/JP2014/064628
Authority: WO
Inventors: 陽介福山; 岳史塩見; 雄亮寺田; 典拓田島
Original assignee: 日産自動車株式会社; 日本発條株式会社
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2015-01-29
Also published as: CN105393391A; JPWO2015011989A1; US20160133948A1; CA2919060C; US9960435B2; JP6143868B2; CA2919060A1; EP3026743A4; EP3026743A1; EP3026743B1; CN105393391B

Abstract

【課題】変形吸収部材の起立片がセパレータユニットから受けることが可能な荷重を増加させる燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】燃料電池１の製造方法で用いる変形吸収部材２０は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との間に配設し、薄板状の基材２１と、基材の一面２１ａから格子状に起立して設けた複数の起立片２２と、を備える。配設工程では、基材の一面に設けた起立片の基端（固定端部２２ａ）から延在させた延在部（自由端部２２ｂ）を、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータに対して当接させて配設する。設定工程では、アノード側セパレータとカソード側セパレータとの積層方向Ｘに沿った間隔を、起立片の変形が、弾性変形領域を超えて塑性変形領域に入りつつ、変形に伴い移動した基端をカソード側セパレータまたはアノード側セパレータに接触させない領域で設定する。

Description

燃料電池の製造方法および燃料電池

　本発明は、燃料電池の製造方法および燃料電池に関する。

　従来から、燃料電池は、セパレータと膜電極接合体とを交互に複数積層して構成している。燃料電池は、セパレータと膜電極接合体との積層数に応じて高出力を得られることから、その積層数を増加させることが望ましい。複数積層したセパレータと膜電極接合体とを互いに十分に密着させることによって、通電抵抗を低下させることができ、所期の電池性能が達成される。

　ところで、アノード側セパレータおよびカソード側セパレータからなるセパレータユニットにおいて、アノード側セパレータの燃料ガス（水素）や冷却水の流路の部分、およびカソード側セパレータの酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）や冷却水の流路の部分は、微細な凹凸形状から形成しており、寸法公差も大きい。

　このため、セパレータユニットのアノード側セパレータの流路の部分と、カソード側セパレータの流路の部分との間に、バネ機能を備えた変形吸収部材に相当する与圧プレートを配設する構成がある。このような変形吸収部材を用いれば、セパレータユニットに高い押圧力を掛けても、流路となる凹凸形状の部分を破損させることなく、均一に押圧することが可能である（たとえば、特許文献１参照。）。

特許第４４３２５１８号公報

　ここで、セパレータユニットの内部に配設した変形吸収部材の起立片を変形させることによってセパレータユニットから掛る荷重を吸収しているが、その起立片の変形量を最適化し、起立片が受けることが可能な荷重を増加させることができる技術が要請されていた。

　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、変形吸収部材の起立片がセパレータユニットから受けることが可能な荷重を増加させることができる燃料電池の製造方法および燃料電池の提供を目的とする。

　上記目的を達成する本発明に係る燃料電池の製造方法では、セパレータユニット、変形吸収部材、および膜電極接合体を用いる。セパレータユニットは、アノード側セパレータとカソード側セパレータとを備えている。変形吸収部材は、アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間に配設し、薄板状の基材と、基材の一面から格子状にそれぞれ起立して設けた複数の起立片とを備えている。膜電極接合体は、セパレータユニットに隣接し、アノードとカソードとを電解質膜に対向するように接合して形成している。燃料電池の製造方法は、配設工程および設定工程を有している。配設工程は、基材の一面に設けた起立片の基端から延在させた延在部を、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータにユニットして当接させて配設する。設定工程は、アノード側セパレータとカソード側セパレータとの積層方向に沿った間隔を、起立片の変形が、弾性変形領域を超えて塑性変形領域に入りつつ、変形に伴い移動した基端をカソード側セパレータまたはアノード側セパレータに接触させない領域で設定する。

　上記目的を達成する本発明に係る燃料電池は、セパレータユニット、変形吸収部材、および膜電極接合体を有している。セパレータユニットは、アノード側セパレータとカソード側セパレータとを備えている。変形吸収部材は、アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間に配設し、薄板状の基材と、基材の一面から格子状にそれぞれ起立して設けた複数の起立片とを備えている。変形吸収部材は、起立片の基端から延在させた延在部を、カソード側セパレータまたはアノード側セパレータに対して当接させている。膜電極接合体は、セパレータユニットに隣接し、アノードとカソードとを電解質膜に対向するように接合して形成している。ここで、起立片の変形が、弾性変形領域を超えて塑性変形領域に入りつつ、変形に伴い移動した基端をカソード側セパレータまたはアノード側セパレータに接触させない領域となるように荷重を付加してアノード側セパレータとカソード側セパレータとを配設している。

実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。実施形態に係る燃料電池の一部を構成部材毎に分解して示す分解斜視図である。実施形態に係る燃料電池のセパレータユニットと変形吸収部材および膜電極接合体の一部を示す断面図である。実施形態に係る燃料電池の変形吸収部材を示す斜視図である。実施形態に係る燃料電池の変形吸収部材の要部を模式的に示す断面図である。実施形態に係る燃料電池の組み付け時における変形吸収部材の形状の変化を示す模式図である。実施形態に係る燃料電池の変形吸収部材の耐荷重と対比例に係る変形吸収部材の耐荷重とを比較して示す図である。実施形態に係る燃料電池の変形吸収部材の起立片の高さを他の積層部材の膨張を考慮して設定する状態を示す図である。実施形態に係る燃料電池の変形吸収部材の起立片の高さを他の積層部材の製造誤差および運転時（発電時）のずれ量を考慮して設定する状態を示す図である。実施形態に係る燃料電池の性能試験を行う状態を模式的に示す斜視図である。実施形態に係る燃料電池の性能試験に伴う膜電極接合体の層厚の変化を示す図である。

　以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。

　（実施形態）
　実施形態に係る燃料電池１の製造方法および燃料電池１について、図１～図１１を参照しながら説明する。

　まず、燃料電池１の構成について、図１～図５を参照しながら説明する。

　図１は、実施形態に係る燃料電池１を示す斜視図である。図２は、燃料電池１の一部を構成部材毎に分解して示す分解斜視図である。図３は、燃料電池１のセパレータユニット１０と変形吸収部材２０および膜電極接合体３０の一部を示す断面図である。図３は、図２の３－３線に沿って示している。図４は、燃料電池１の変形吸収部材２０を示す斜視図である。図５は、燃料電池１の変形吸収部材２０の要部を模式的に示す断面図である。図５は、図４の５－５線に沿って示している。

　実施形態に係る燃料電池１は、電力を生成する燃料電池セル１００、燃料電池セル１００で生成された電力を外部に取り出す一対の集電板２１１および２１２、および複数積層した燃料電池セル１００および一対の集電板２１１および２１２を保持する筺体３００を含んでいる。以下、燃料電池１の各構成について、順に説明する。

　燃料電池セル１００は、図１～図３に示し、複数積層された状態において、供給された燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）から電力を生成する。

　燃料電池セル１００は、セパレータユニット１０、変形吸収部材２０、および膜電極接合体３０を含んでいる。以下、燃料電池セル１００に含まれた各部材について説明する。

　セパレータユニット１０は、図２および図３に示し、隣り合う膜電極接合体３０を隔離しつつ、膜電極接合体３０で発生した電力を通電させ、かつ、燃料ガス（水素）または酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）と冷却水との流路を備えている。セパレータユニット１０は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２とを備えている。アノード側セパレータ１１は、膜電極接合体３０のアノード３２に当接させている。アノード側セパレータ１１は、導電性材料を有する金属からなり、アノード３２よりも大きい薄板状に形成している。

　アノード側セパレータ１１の中央には、図３に示すように、燃料ガス（水素）と冷却水とを隔てて流す流路部１１ｇを構成するように凹凸形状を一定の間隔で複数形成している。アノード側セパレータ１１は、凹凸形状のうち、アノード３２と接触して形成された閉空間を、アノード３２に対して水素を供給するアノードガス流路１３として用いている。一方、アノード側セパレータ１１は、凹凸状の形状のうち、変形吸収部材２０を介してカソード側セパレータ１２との間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却水流路１４として用いている。

　アノード側セパレータ１１は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１１ａ、冷却流体供給口１１ｂ、およびアノードガス供給口１１ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、アノード側セパレータ１１は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１１ｄ、冷却流体排出口１１ｅ、およびカソードガス排出口１１ｆに相当する貫通孔を開口している。

　カソード側セパレータ１２は、膜電極接合体３０のカソード３３に当接させている。カソード側セパレータ１２は、導電性材料を有する金属からなり、カソード３３よりも大きい薄板状に形成している。

　カソード側セパレータ１２の中央には、図３に示すように、酸化剤ガス（酸素を含有した空気または純酸素）と冷却水とを隔てて流す流路部１２ｇを構成するように凹凸形状を一定の間隔で複数形成している。凹凸形状の形状は、Ｕ字状を交互に組み合わせたり、半円形状を交互に組み合わせてなる。カソード側セパレータ１２は、凹凸状の形状のうち、カソード３３と接触して形成された閉空間を、カソード３３に対して酸化剤ガスを供給するカソードガス流路１５として用いている。一方、カソード側セパレータ１２は、凹凸状の形状のうち、変形吸収部材２０を介してカソード側セパレータ１２との間に形成された閉空間を、冷却水を供給する冷却水流路１４として用いている。すなわち、隣接する燃料電池セル１００において、一の燃料電池セル１００のアノード側セパレータ１１の冷却水流路１４と、他の燃料電池セル１００のカソード側セパレータ１２に設けられた冷却水流路１４は、１つの冷却水用の流路を形成する。

　カソード側セパレータ１２は、長方形状からなり、その長手方向の一端に、カソードガス供給口１２ａ、冷却流体供給口１２ｂ、およびアノードガス供給口１２ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、カソード側セパレータ１２は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口１２ｄ、冷却流体排出口１２ｅ、およびカソードガス排出口１２ｆに相当する貫通孔を開口している。

　変形吸収部材２０は、図２～図５に示し、燃料電池１の組み付け時において、アノード側セパレータ１１およびカソード側セパレータ１２の燃料ガスと冷却水の流路をなす凹凸形状の製造誤差を、自ら変形して吸収する。また、変形吸収部材２０は、膜電極接合体３０が供給された媒体を吸収して膨張することに起因した積層方向Ｘの変位を、自ら変形して吸収する。さらに、変形吸収部材２０は、燃料電池セル１００の運転中において、隣接する膜電極接合体３０によって加熱されたセパレータユニット１０が熱膨張することに起因した積層方向Ｘの変位を、自ら変形して吸収する。したがって、複数積層した燃料電池セル１００に高い圧力を掛けて互いに密着できる。複数積層した燃料電池セル１００が互いに密着する程、燃料電池セル１００間の通電抵抗が低下して、発電効率を向上させることができる。

　変形吸収部材２０は、図４に示すように、通電性を備えた金属からなり、薄板状に形成している。変形吸収部材２０は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との間に配設し、薄板状の基材２１と、基材２１の一面２１ａから格子状にそれぞれ起立して設けた複数の起立片２２と、を備えている。すなわち、変形吸収部材２０は、一枚の薄板に相当する基材２１からコの字形状に打ち抜いた後に片持ち梁となるように起ち上げた起立片２２を、格子状に形成している。起立片２２は、基材２１に対して片持ち梁の構造を有していることから、弾性変形可能なバネの機能を備えている。

　起立片２２は、図４に示すように、たとえば、基材２１の一面２１ａに設けた起立片２２の基端側の固定端部２２ａの幅と、固定端部２２ａから一の方向Ｙに沿って延在させた延在部側の自由端部２２ｂの幅とが等しい矩形状に形成している。複数の起立片２２は、たとえば、一の方向Ｙと交差する他の方向Ｚに沿った複数の行において、自由端部２２ｂの向きを揃えて形成している。起立片２２は、図３に示すように、基材２１の一面２１ａに設けた起立片２２の基端側の固定端部２２ａから延在させた延在部側の自由端部２２ｂを、カソード側セパレータ１２に対して当接させている。

　起立片２２は、図５に示すように、カソード側セパレータ１２から離間する方向に向かって凸状に突出して湾曲した湾曲部２２ｃを、固定端部２２ａと自由端部２２ｂとの間の領域に備えている。起立片２２は、湾曲部２２ｃのアノード側セパレータ１１と対向する側に、アノード側セパレータ１１から受けた荷重を支持する荷重支点２２ｄを設けている。荷重支点２２ｄは、起立片２２の変形と共に自由端部２２ｂの側に移動する。

　膜電極接合体３０は、図２および図３に示し、供給された酸素と水素を化学反応させて電力を生成する。膜電極接合体３０は、電解質膜３１を介して対向するようにアノード３２とカソード３３とを接合して形成している。膜電極接合体３０は、一般的にＭＥＡ（ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ａｓｓｅｍｂｌｙ）と称している。電解質膜３１は、たとえば、固体の高分子材料からなり、薄板状に形成している。固体高分子材料には、たとえば、水素イオンを伝導し、湿潤状態で良好な電気伝導性を有するフッ素系樹脂を用いている。アノード３２は、電極触媒層、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、電解質膜３１よりも若干小さい薄板状に形成している。カソード３３は、電極触媒層、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、アノード３２と同様の大きさで薄板状に形成している。アノード３２およびカソード３３の電極触媒層は、導電性の担体に触媒成分が担持された電極触媒と高分子電解質を含んでいる。アノード３２およびカソード３３のガス拡散層は、たとえば、充分なガス拡散性および導電性を有する炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパ、またはカーボンフェルトから形成している。

　膜電極接合体３０は、枠体３４を備えている。枠体３４は、積層した電解質膜３１、アノード３２、およびカソード３３の外周を一体に保持している。枠体３４は、たとえば、電気絶縁性を有する樹脂からなり、セパレータユニット１０の外周部分の外形形状と同様の外形形状で形成している。枠体３４は、その長手方向の一端に、カソードガス供給口３４ａ、冷却流体供給口３４ｂ、およびアノードガス供給口３４ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、枠体３４は、その長手方向の他端に、アノードガス排出口３４ｄ、冷却流体排出口３４ｅ、およびカソードガス排出口３４ｆに相当する貫通孔を開口している。

　上記の燃料電池セル１００は、互いに密封した状態で複数積層する必要がある。このため、隣り合う燃料電池セル１００の外周を封止部材によって封止する。封止部材は、たとえば、熱硬化性樹脂を用いる。熱硬化性樹脂は、たとえば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル等から選択する。

　一対の集電板２１１および２１２は、図２に示し、燃料電池セル１００で生成された電力を外部に取り出す。

　一対の集電板２１１および２１２は、複数積層された燃料電池セル１００の両端に、それぞれ配設している。一対の集電板２１１および２１２の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を少し厚くした膜電極接合体３０の外形形状と同様である。一対の集電板２１１および２１２のうち、集電板２１１のみ、その長手方向の一端に、カソードガス供給口２１１ａ、冷却流体供給口２１１ｂ、およびアノードガス供給口２１１ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、集電板２１１のみ、その長手方向の他端に、アノードガス排出口２１１ｄ、冷却流体排出口２１１ｅ、およびカソードガス排出口２１１ｆに相当する貫通孔を開口している。一対の集電板２１１および２１２は、その中央に集電部２１１ｈ等を備えている。

　一対の集電板２１１および２１２の集電部２１１ｈ等は、たとえば、ガスを透過させない緻密質カーボンのような導電性部材からなり、アノード３２およびカソード３３の外形よりも若干小さい薄板状に形成している。一対の集電部２１１ｈ等は、複数積層した最外層の燃料電池セル１００に設けた膜電極接合体３０のアノード３２またはカソード３３に当接している。集電部２１１ｈ等は、その一面から導電性を備えた円柱形状の突起部２１１ｉ等を突出して設けている。突起部２１１ｉ等は、後述する筺体３００の一対のエンドプレート３１１および３１２の貫通孔３１１ｊ等を挿通して、外部に臨んでいる。

　筺体３００は、図１および図２に示し、複数積層した燃料電池セル１００および一対の集電板２１１および２１２を互いに密着させた状態で保持している。

　筺体３００は、一対のエンドプレート３１１および３１２、一対の締結板３２０、一対の補強板３３０、およびネジ３４０を含んでいる。以下、筺体３００に含まれた各部材について説明する。一対のエンドプレート３１１および３１２は、複数積層された燃料電池セル１００の両端に配設した一対の集電板２１１および２１２を挟持して付勢している。一対のエンドプレート３１１および３１２の外形形状は、一部の形状を除いて、層厚を増した膜電極接合体３０の外形形状と同様である。一対のエンドプレート３１１および３１２は、たとえば、金属からなり、一対の集電板２１１および２１２と当接する部分に絶縁体を設けている。一対のエンドプレート３１１および３１２のうち、エンドプレート３１１のみ、その長手方向の一端に、カソードガス供給口３１１ａ、冷却流体供給口３１１ｂ、およびアノードガス供給口３１１ｃに相当する貫通孔を開口している。同様に、エンドプレート３１１のみ、その長手方向の他端に、アノードガス排出口３１１ｄ、冷却流体排出口３１１ｅ、およびカソードガス排出口３１１ｆに相当する貫通孔を開口している。一対のエンドプレート３１１および３１２は、前述した一対の集電板２１１および２１２の突起部２１１ｉ等を挿通させる貫通孔３１１ｊ等を開口している。

　一対の締結板３２０は、たとえば、金属からなり、板状に形成している。一対の締結板３２０は、一対のエンドプレート３１１および３１２を、その長手方向の両側から対向するように保持している。一対の補強板３３０は、たとえば、金属からなり、一対の締結板３２０よりも細長い板状に形成している。一対の補強板３３０は、一対のエンドプレート３１１および３１２を、その短手方向の両側から対向するように保持している。一対の締結板３２０および一対の補強板３３０は、複数のネジ３４０によって、一対のエンドプレート３１１および３１２に固定している。

　つぎに、燃料電池１の製造方法について、図６～図９を参照しながら説明する。

　図６は、燃料電池１の組み付け時における変形吸収部材２０の形状の変化を示す模式図である。図７は、燃料電池１の変形吸収部材２０の耐荷重と対比例に係る変形吸収部材の耐荷重とを比較して示す図である。図８は、燃料電池１の変形吸収部材２０の起立片２２の高さを他の積層部材の膨張を考慮して設定する状態を示す図である。図９は、燃料電池１の変形吸収部材２０の起立片２２の高さを他の積層部材の製造誤差および運転時（発電時）のずれ量を考慮して設定する状態を示す図である。

　図６に、燃料電池１の組み付け時における変形吸収部材２０の形状の変化を示している。

　図６（ａ）に示すように、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との間に配設した変形吸収部材２０において、起立片２２の自由端部２２ｂをカソード側セパレータ１２に当接させ、かつ、基材２１をアノード側セパレータ１１に当接させている。図６（ｂ）～図６（ｅ）に示すように、セパレータユニット１０を外方から徐々に押圧する。具体的には、交互に複数積層したセパレータユニット１０と膜電極接合体３０を両端から押圧する。この過程で、起立片２２は、弾性変形を経て塑性変形し、その固定端部２２ａが基材２１と共にアノード側セパレータ１１から離間してカソード側セパレータ１２に接近する。起立片２２の荷重支点２２ｄは、湾曲部２２ｃの変形に伴い、図６（ａ）～図６（ｅ）に示すように自由端部２２ｂの側に移動する。図６（ｆ）に示すように、セパレータユニット１０の押圧を解除する。このとき、変形吸収部材２０は、図６（ｅ）に示す状態から図６（ｆ）に変位する。すなわち、起立片２２は、固定端部２２ａから自由端部２２ｂに沿って大きく湾曲していたものが緩和されて、一定の範囲で伸長する。同時に、起立片２２の固定端部２２ａが、基材２１と共に、カソード側セパレータ１２の側からアノード側セパレータ１１の側に戻る。

　図７に、実施形態の燃料電池１の変形吸収部材２０の耐荷重と、対比例に係る変形吸収部材の耐荷重と、を比較して示している。

　実施形態の燃料電池１によれば、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との間に配設した変形吸収部材２０の起立片２２が、荷重を受けて変形した場合、その湾曲部２２ｃがアノード側セパレータ１１に当接するように製造する。このような製造方法を用いれば、起立片２２は、アノード側セパレータ１１から受けた荷重を湾曲部２２ｃで緩やかに受け止めて、弾性変形を経て塑性変形することができる。ここで、起立片２２が荷重を受けて徐々に変形しても、その湾曲部２２ｃがアノード側セパレータ１１に対して当接する部分を荷重支点２２ｄとして、アノード側セパレータ１１から受ける荷重を徐々に増加させながら受け止めることができる。起立片２２は、その変形と共に湾曲部２２ｃの荷重支点２２ｄが自由端部２２ｂの側に移動することから、アノード側セパレータ１１と互いに押圧する状態に大きな変化が発生しない。したがって、起立片２２が、荷重を受けて変形する過程で、ある位置を超えるとセパレータユニット１０から受ける荷重が急激に増加するようなことを防止できる。すなわち、変形吸収部材２０は、起立片２２をねばらせることができる。

　一方、対比例に係る変形吸収部材の起立片は、前述した変形吸収部材２０の起立片２２と異なり、自由端部を除いた領域を直線状に形成している。すなわち、対比例に係る起立片は、固定端部と自由端部との間の領域に、湾曲した部分を備えていない。このような対比例の構成の場合、起立片は、固定端部を基準として屈折するように変形することから、その変形と共にアノード側セパレータ１１と互いに押圧する状態に大きな変化が発生する。したがって、対比例に係る起立片が、荷重を受けて変形する過程で、所定の位置を超えるとセパレータユニット１０から受ける荷重が急激に増加する。すなわち、比例に係る起立片は、所定の位置を超えると、固定端部側が浮き上がり、自由端部と共に、カソード側セパレータ１２を支持する両端支持梁の状態になって、起立片の長さが実質的に短縮される。この様な構成の場合、対比例に係る起立片がセパレータユニット１０から受けることができる荷重が大幅に低下する。

　図８に、燃料電池１の変形吸収部材２０の起立片２２の高さを他の積層部材の膨張を考慮して設定する状態を示している。

　セパレータユニット１０は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との積層方向Ｘに沿った隙間の距離を、弾性変形領域、塑性変形領域、固定端部側接触変形領域のうち、塑性変形領域の範囲内に設定している。弾性変形領域は、弾性変形の範囲で起立片２２を変形させた場合における変形吸収部材２０の積層方向Ｘに沿った距離である。塑性変形領域は、弾性変形領域よりも短く塑性変形の範囲で起立片２２を変形させた場合における変形吸収部材２０の積層方向Ｘに沿った距離である。固定端部側接触変形領域は、塑性変形領域よりも短く起立片２２の固定端部２２ａが移動してカソード側セパレータ１２またはアノード側セパレータ１１に接触する範囲で起立片２２を変形させた場合における変形吸収部材２０の積層方向Ｘに沿った距離である。

　また、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との積層方向Ｘに沿った隙間の距離は、セパレータユニット１０が膜電極接合体３０の発熱に伴い膨張し、かつ、膜電極接合体３０が外部から供給された媒体を吸収して膨張しても、塑性変形領域の範囲に収まる構成として製造する。図８において、セパレータユニット１０が膜電極接合体３０の発熱に伴い膨張する部分を、「加熱による膨張分」と記載している。同様に、図８において、膜電極接合体３０が外部から供給された媒体を吸収して膨張する部分を、「湿潤による膨張分」と記載している。このような製造方法は、燃料電池１を運転させた実使用状態におけるセパレータユニット１０および膜電極接合体３０の膨張を想定し、起立片２２の塑性変形量に余裕を持たせるものである。燃料電池１の使用中に、起立片２２が、膨張したセパレータユニット１０および膜電極接合体３０から付勢されても、起立片２２の固定端部２２ａの側がカソード側セパレータ１２に接触して両端支持梁の状態になることを防止できる。このため、燃料電池１は、組み付け後であって使用中に、荷重が過度に上昇することを防止することができる。この結果、部材の破損等を防止できるため、接触抵抗が上昇することを抑制することができる。

　ここで、セパレータユニット１０が膜電極接合体３０の発熱に伴い膨張する部分に相当する「加熱による膨張分」は、燃料電池１の組み付け時の温度と燃料電池１の運転時との温度差、各積層部材に固有の線膨張係数、および層厚から算出することができる。膜電極接合体３０が外部から供給された媒体を吸収して膨張する部分に相当する「湿潤による膨張分」は、燃料電池１を運転して発電させ膜電極接合体３０の層厚の変位を変位センサ等で計測することができる。また、電解質膜３１単体や、膜電極接合体３０に形成した状態においても、それらを燃料電池１の運転状態と同等の湿度雰囲気化に晒して、層厚の変位を変位センサ等で計測することができる。

　図９に、燃料電池１の変形吸収部材２０の起立片２２の高さを他の積層部材の製造誤差および運転時（発電時）のずれ量を考慮して設定する状態を示している。

　アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との積層方向Ｘに沿った隙間の寸法公差は、セパレータユニット１０が膜電極接合体３０の発熱に伴い膨張し、かつ、膜電極接合体３０が外部から供給された媒体を吸収して膨張した場合の積層方向Ｘに沿った変位（ずれ量）の和よりも大きい構成として製造する。このような製造方法を用いれば、燃料電池１の各部材を積層して組み付けるときに生じる複数の寸法公差を一度に吸収することができる。たとえば、膜電極接合体３０とセパレータユニット１０とを複数積層した状態において、その積層位置によって異なる寸法公差を吸収することができる。

　つぎに、燃料電池１の製造時の検査について、図１０および図１１を参照しながら説明する。

　図１０は、燃料電池１の性能試験を行う状態を模式的に示す斜視図である。図１１は、燃料電池１の性能試験に伴う膜電極接合体３０の層厚の変化を示す図である。

　燃料電池１の製造時の検査において、燃料電池１を組み付けた後に実施する加温または加湿に伴う圧力上昇を用いて、起立片２２をさらに塑性変形させる。具体的には、図１０に示すように、セパレータユニット１０に加熱した媒体を供給し、セパレータユニット１０を膨張させる。セパレータユニット１０を膨張させることによって、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との積層方向Ｘに沿った隙間の距離を塑性変形領域の範囲内で縮小させつつ、起立片２２をさらに塑性変形させる。具体的には、加熱器４０１によって加熱した温水を、エンドプレート３１１の冷却流体供給口３１１ｂから給水し、集電板２１１を介して、交互に複数積層されたセパレータユニット１０と膜電極接合体３０とに循環させた後、冷却流体排出口３１１ｅから排水する。

　さらに、図１０に示すように、膜電極接合体３０に媒体を供給し、膜電極接合体３０を加湿させて膨張させる。膜電極接合体３０を膨張させることによって、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との積層方向Ｘに沿った隙間の距離を塑性変形領域の範囲内で縮小させつつ、起立片２２をさらに塑性変形させる。具体的には、加湿器４０２によって加湿した媒体を、エンドプレート３１１のアノードガス供給口３１１ｃから注入し、集電板２１１を介して、交互に複数積層されたセパレータユニット１０と膜電極接合体３０とに循環させた後、アノードガス排出口３１１ｄから排気する。同様に、加湿器４０２によって加湿した媒体を、エンドプレート３１１のカソードガス供給口３１１ａから注入し、集電板２１１を介して、交互に複数積層されたセパレータユニット１０と膜電極接合体３０とに循環させた後、カソードガス排出口３１１ｆから排気する。

　ここで、図１１に示すように、膜電極接合体３０は、燃料電池１の運転時（発電時）に媒体が供給されることから、組み付け時と比較して相対湿度が上昇する。したがって、膜電極接合体３０は、燃料ガスによって加湿されて膨張する。すなわち、膜電極接合体３０は、組み付け時に、発電中の厚さを模擬するために、加熱、加湿ガスが供給される。

　上述した実施形態に係る燃料電池１の製造方法および燃料電池１によれば、以下の作用効果を奏する。

　実施形態に係る燃料電池１の製造方法では、セパレータユニット１０、変形吸収部材２０、および膜電極接合体３０を用いる。セパレータユニット１０は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２とを備えている。変形吸収部材２０は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との間に配設し、薄板状の基材２１と、基材２１の一面２１ａから格子状にそれぞれ起立して設けた複数の起立片２２と、を備えている。膜電極接合体３０は、セパレータユニット１０に隣接し、アノード３２とカソード３３とを電解質膜３１に対向するように接合して形成している。燃料電池１の製造方法は、配設工程および設定工程を有している。配設工程は、基材２１の一面２１ａに設けた起立片２２の基端（固定端部２２ａ）から延在させた延在部（自由端部２２ｂ）を、カソード側セパレータ１２またはアノード側セパレータ１１に対して当接させて配設する。設定工程は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との積層方向Ｘに沿った間隔を、起立片２２の変形が、弾性変形領域を超えて塑性変形領域に入りつつ、変形に伴い移動した基端（固定端部２２ａ）をカソード側セパレータ１２またはアノード側セパレータ１１に接触させない領域で設定する。

　実施形態に係る燃料電池１は、セパレータユニット１０、変形吸収部材２０、および膜電極接合体３０を有している。セパレータユニット１０は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２とを備えている。変形吸収部材２０は、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との間に配設し、薄板状の基材２１と、基材２１の一面２１ａから格子状にそれぞれ起立して設けた複数の起立片２２と、を備えている。変形吸収部材２０は、基材２１の一面２１ａに設けた起立片２２の基端（固定端部２２ａ）から延在させた延在部（自由端部２２ｂ）を、カソード側セパレータ１２またはアノード側セパレータ１１に対して当接させている。膜電極接合体３０は、セパレータユニット１０に隣接し、アノード３２とカソード３３とを電解質膜３１に対向するように接合して形成している。ここで、起立片２２の変形が、弾性変形領域を超えて塑性変形領域に入りつつ、変形に伴い移動した基端（固定端部２２ａ）をカソード側セパレータ１２またはアノード側セパレータ１１に接触させない領域となるように荷重を付加してアノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２とを配設している。

　このように構成した燃料電池１の製造方法および燃料電池１によれば、起立片２２の変形を、弾性変形領域を超えて塑性変形領域に入りつつ、変形に伴い移動した基端（固定端部２２ａ）をカソード側セパレータ１２またはアノード側セパレータ１１に接触させない領域で設定しているこのような構成によれば、起立片２２を塑性変形させてセパレータユニット１０から受けることが可能な荷重を増加させつつ、起立片２２の固定端部２２ａの側が変形してカソード側セパレータ１２に接触することによって起立片２２に掛る荷重が急峻に上昇して過負荷となることを防止できる。このため、変形吸収部材２０の起立片２２がセパレータユニット１０から受けることが可能な荷重を増加させることができる。

　さらに、燃料電池１の製造方法において、設定工程は、挟持するカソード側セパレータ１２およびアノード側セパレータ１１を介して、起立片２２を変形させる構成とすることができる。

　このような構成によれば、燃料電池１の内部に実際に組み付けて積層する部材を用い、その積層部材に実際に生じている製造誤差に合わせて起立片２２を変形させることから、製造誤差を起立片２２によって効果的に吸収することができる。仮に、治具を用いて起立片２２を一律に変形させた場合には、積層部材に実際に生じている様々な製造誤差を十分に吸収することができない。

　さらに、燃料電池１の製造方法において、設定工程は、組み付けと同時に起立片２２を塑性変形させる構成とすることができる。

　このような構成によれば、燃料電池１を組み付ける工程と、起立片２２を塑性変形させる工程とを、別個にすることなく同時に行うことができる。すなわち、燃料電池１の製造に要するコストや工数が増大することを防止できる。

　さらに、燃料電池１の製造方法において、設定工程は、組み付けた後に実施する加温または加湿に伴う圧力上昇によって、起立片２２をさらに塑性変形させる構成とすることができる。

　このような構成によれば、燃料電池１を実際に運転させている環境を再現し、その環境化において、起立片２２を予め塑性変形させておくことができる。すなわち、燃料電池１の組み付け時の状態ではなく、燃料電池１の実使用状態を想定して、起立片２２を予め塑性変形させておくことができる。したがって、燃料電池１の組み付け後であって使用中に、起立片２２がさらに付勢されても、起立片２２の固定端部２２ａの側がカソード側セパレータ１２に接触して両端支持梁の状態になることを防止できる。すなわち、燃料電池１は、組み付け後であって使用中に、過度な荷重上昇を抑制し、部材の破損等を防止できるため、接触抵抗が上昇することを防止できる。

　さらに、燃料電池１の製造方法において、セパレータユニット１０に加熱した媒体を供給し、セパレータユニット１０を膨張させることによって、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との積層方向Ｘに沿った隙間の距離を塑性変形領域の範囲内で縮小させつつ、起立片２２をさらに塑性変形させる構成とすることができる。

　このような構成によれば、燃料電池１の実使用状態において、膜電極接合体３０の発熱等に伴いセパレータユニット１０が熱膨張することを想定し、起立片２２を予め塑性変形させておくことができる。したがって、燃料電池１の使用中に、起立片２２が、熱膨張したセパレータユニット１０から付勢されても、その固定端部２２ａの側がカソード側セパレータ１２に接触して両端支持梁の状態となることを防止し、接触抵抗が上昇することを防止できる。

　さらに、燃料電池１の製造方法において、膜電極接合体３０に媒体を供給し、膜電極接合体３０を加湿させて膨張させることによって、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との積層方向Ｘに沿った隙間の距離を塑性変形領域の範囲内で縮小させつつ、起立片２２をさらに塑性変形させる構成とすることができる。

　このような構成によれば、燃料電池１の実使用状態において、膜電極接合体３０が供給された媒体によって加湿されて膨張することを想定し、起立片２２を予め塑性変形させておくことができる。したがって、燃料電池１の使用中に、起立片２２が、膨張した膜電極接合体３０から付勢されも、その固定端部２２ａの側がカソード側セパレータ１２に接触して両端支持梁の状態になることを防止し、接触抵抗が上昇することを防止できる。

　さらに、燃料電池１の製造方法において、膜電極接合体３０を加湿させて膨張させる媒体は、使用状態の温度よりも高い露点まで加湿させて供給する構成とすることができる。

　このような構成によれば、仮に膜電極接合体３０が過飽和の状態で膨張した場合でも、起立片２２の固定端部２２ａの側がカソード側セパレータ１２に接触して両端支持梁の状態になることを防止できる。

　さらに、燃料電池１の製造方法において、少なくともセパレータユニット１０と膜電極接合体３０との外周縁を密閉して封止する熱可塑性または熱硬化性の封止部材を用いる構成とすることができる。封止部材を硬化させるときの加熱に伴い少なくともセパレータユニット１０を膨張させることによって、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との積層方向Ｘに沿った隙間の距離を塑性変形領域の範囲内で縮小させつつ、起立片２２をさらに塑性変形させる。

　このような構成によれば、燃料電池１の各部材を積層した後に行う封止部材を用いた封止の際に、封止部材を硬化させるときの加熱に伴いセパレータユニット１０等が熱膨張することを想定し、起立片２２を予め塑性変形させておくことができる。したがって、燃料電池１の組み付け時において各部材を積層した後に、起立片２２が、封止部材と共に加熱されて熱膨張したセパレータユニット１０から付勢され、その固定端部２２ａの側がカソード側セパレータ１２に接触して、接触抵抗が上昇することを防止できる。

　さらに、燃料電池１の製造方法において、アノード側セパレータ１１と一の膜電極接合体３０との隙間に掛る圧力、およびカソード側セパレータ１２と他の膜電極接合体３０との隙間に掛る圧力は、変形吸収部材２０を配設したアノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との隙間に掛る圧力よりも高くする構成とすることができる。

　このような構成によれば、燃料電池１の内部で積層された部材に差圧が生じた場合でも、変形吸収部材２０によってセパレータユニット１０から印加される荷重を十分に受けることができる。

　さらに、燃料電池１において、起立片２２は、カソード側セパレータ１２またはアノード側セパレータ１１から離間する方向に向かって凸状に突出して湾曲した湾曲部２２ｃを、基端（固定端部２２ａ）と延在部（自由端部２２ｂ）との間の領域に備えた構成とすることができる。

　このような構成によれば、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との間に配設した変形吸収部材２０の起立片２２が、荷重を受けて変形した場合、その湾曲部２２ｃがアノード側セパレータ１１に当接する。したがって、起立片２２は、アノード側セパレータ１１から受けた荷重を湾曲部２２ｃで緩やかに受け止めて、弾性変形を経て塑性変形することができる。

　さらに、燃料電池１において、湾曲部２２ｃは、アノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２と対向する側に、アノード側セパレータ１１またはカソード側セパレータ１２から受けた荷重を支持する荷重支点２２ｄを設けた構成とすることができる。荷重支点２２ｄは、起立片２２の変形と共に延在部（自由端部２２ｂ）の側に移動する。

　このような構成によれば、起立片２２が荷重を受けて徐々に変形しても、その湾曲部２２ｃがアノード側セパレータ１１に対して当接する部分を荷重支点２２ｄとして、アノード側セパレータ１１から受ける荷重を徐々に増加させながら受け止めることができる。すなわち、起立片２２は、その変形と共に湾曲部２２ｃの荷重支点２２ｄが自由端部２２ｂの側に移動することから、アノード側セパレータ１１と互いに押圧する状態に大きな変化が発生しない。したがって、起立片２２が、荷重を受けて変形する過程で、ある位置を超えるとセパレータユニット１０から受ける荷重が急激に増加するようなことを防止できる。

　さらに、燃料電池１において、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との積層方向Ｘに沿った隙間の距離は、セパレータユニット１０が膜電極接合体３０の発熱に伴い膨張し、かつ、膜電極接合体３０が外部から供給された媒体を吸収して膨張しても、塑性変形領域の範囲に収まる構成とすることができる。

　このような構成によれば、燃料電池１を運転させた実使用状態におけるセパレータユニット１０および膜電極接合体３０の膨張を想定し、起立片２２の塑性変形量に余裕を持たせておくことができる。したがって、燃料電池１の使用中に、起立片２２が、膨張したセパレータユニット１０および膜電極接合体３０から付勢されても、起立片２２の固定端部２２ａの側がカソード側セパレータ１２に接触して両端支持梁の状態になることを防止できる。すなわち、燃料電池１は、組み付け後であって使用中に、接触抵抗が上昇することを防止できる。

　さらに、燃料電池１において、アノード側セパレータ１１とカソード側セパレータ１２との積層方向Ｘに沿った隙間の寸法公差は、少なくとも、セパレータユニット１０が膜電極接合体３０の発熱に伴い膨張し、かつ、膜電極接合体３０が外部から供給された媒体を吸収して膨張した場合の積層方向Ｘに沿った寸法公差の和よりも大きい構成とすることができる。

　このような構成によれば、燃料電池１の各部材を積層して組み付けるときに生じる複数の寸法公差を一度に吸収することができる。たとえば、膜電極接合体３０とセパレータユニット１０とを複数積層した状態において、その積層位置によって異なる寸法公差を吸収することができる。

　そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。

　たとえば、起立片２２の形状は、延在部（自由端部２２ｂ）と基端（固定端部２２ａ）の幅が同等の矩形状として説明した。しかしながら、起立片２２は、このような形状に限定されることはなく、台形、三角形、半円形、多角形、およびそれらを組み合わせた形状とすることができる。

　また、複数の起立片２２は、一の方向Ｙと交差する他の方向Ｚに沿った複数の行において、自由端部２２ｂの向きを揃えて形成した構成で説明した。しかしながら、複数の起立片２２は、このような形状に限定されることはなく、一の方向Ｙと交差する他の方向Ｚに沿った複数の行において、自由端部２２ｂの向きを一行毎に互い違いに形成する構成とすることができる。

　本出願は、２０１３年７月２２日に出願された日本特許出願番号２０１３－１５２０１２号に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。

１　燃料電池、
１０　セパレータユニット、
１１　アノード側セパレータ、
１２　カソード側セパレータ、
１１ｇ，１２ｇ　流路部、
１３　アノードガス流路、
１４　冷却水流路、
１５　カソードガス流路、
２０　変形吸収部材、
２１　基材、
２１ａ　一面、
２２　起立片、
２２ａ　固定端部、
２２ｂ　自由端部、
２２ｃ　湾曲部、
２２ｄ　荷重支点、
３０　膜電極接合体、
３１　電解質膜、
３２　アノード、
３３　カソード、
３４　枠体、
１００　燃料電池セル、
２１１，２１２　集電板、
２１１ｈ　集電部、
２１１ｉ　突起部、
３００　筺体、
３１１，３１２　エンドプレート、
３１１ｊ　貫通孔、
３２０　締結板、
３３０　補強板、
３４０　ネジ、
１１ａ，１２ａ，３４ａ，２１１ａ，３１１ａ　カソードガス供給口、
１１ｂ，１２ｂ，３４ｂ，２１１ｂ，３１１ｂ　冷却流体供給口、
１１ｃ，１２ｃ，３４ｃ，２１１ｃ，３１１ｃ　アノードガス供給口、
１１ｄ，１２ｄ，３４ｄ，２１１ｄ，３１１ｄ　アノードガス排出口、
１１ｅ，１２ｅ，３４ｅ，２１１ｅ，３１１ｅ　冷却流体排出口、
１１ｆ，１２ｆ，３４ｆ，２１１ｆ，３１１ｆ　カソードガス排出口、
４０１　加熱器、
４０２　加湿器、
Ｘ　積層方向、
Ｙ　一の方向、
Ｚ　他の方向。

Claims

　アノード側セパレータとカソード側セパレータとを備えたセパレータユニットと、
　前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとの間に配設し、薄板状の基材と、前記基材の一面から格子状にそれぞれ起立して設けた複数の起立片と、を備えた変形吸収部材と、
　前記セパレータユニットに隣接し、アノードとカソードとを電解質膜に対向するように接合して形成した膜電極接合体と、を用いる燃料電池の製造方法であって、
　前記基材の前記一面に設けた前記起立片の基端から延在させた延在部を、前記カソード側セパレータまたは前記アノード側セパレータに対して当接させて配設する配設工程と、
　前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとの積層方向に沿った間隔を、前記起立片の変形が、弾性変形領域を超えて塑性変形領域に入りつつ、変形に伴い移動した前記基端を前記カソード側セパレータまたは前記アノード側セパレータに接触させない領域で設定する設定工程と、を有する燃料電池の製造方法。
　前記設定工程は、挟持する前記カソード側セパレータおよび前記アノード側セパレータを介して、前記起立片を変形させる請求項１に記載の燃料電池の製造方法。
　前記設定工程は、組み付けと同時に前記起立片を塑性変形させる請求項２に記載の燃料電池の製造方法。
　前記設定工程は、組み付けた後に実施する加温または加湿に伴う圧力上昇によって、前記起立片をさらに塑性変形させる請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
　前記セパレータユニットに加熱した媒体を供給し、前記セパレータユニットを膨張させることによって、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとの積層方向に沿った隙間の距離を前記塑性変形領域の範囲内で縮小させつつ、前記起立片をさらに塑性変形させる請求項４に記載の燃料電池の製造方法。
　前記膜電極接合体に媒体を供給し、前記膜電極接合体を加湿させて膨張させることによって、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとの積層方向に沿った隙間の距離を前記塑性変形領域の範囲内で縮小させつつ、前記起立片をさらに塑性変形させる請求項４または５に記載の燃料電池の製造方法。
　前記媒体は、使用状態の温度よりも高い露点まで加湿させて供給する請求項６に記載の燃料電池の製造方法。
　少なくとも前記セパレータユニットと前記膜電極接合体との外周縁を密閉して封止する熱可塑性または熱硬化性の封止部材を用い、
　前記封止部材を硬化させるときの加熱に伴い少なくとも前記セパレータユニットを膨張させることによって、前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとの積層方向に沿った隙間の距離を前記塑性変形領域の範囲内で縮小させつつ、前記起立片をさらに塑性変形させる請求項４～７のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
　前記アノード側セパレータと一の前記膜電極接合体との隙間に掛る圧力、および前記カソード側セパレータと他の前記膜電極接合体との隙間に掛る圧力は、前記変形吸収部材を配設した前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとの隙間に掛る圧力よりも高くする請求項４～８のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
　アノード側セパレータとカソード側セパレータとを備えたセパレータユニットと、
　前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとの間に配設し、薄板状の基材と、前記基材の一面から格子状にそれぞれ起立して設けた複数の起立片と、を備え、前記起立片の基端から延在させた延在部を、前記カソード側セパレータまたは前記アノード側セパレータに対して当接させた変形吸収部材と、
　前記セパレータユニットに隣接し、アノードとカソードとを電解質膜に対向するように接合して形成した膜電極接合体と、を有し、
　前記起立片の変形が、弾性変形領域を超えて塑性変形領域に入りつつ、変形に伴い移動した前記基端を前記カソード側セパレータまたは前記アノード側セパレータに接触させない領域となるように荷重を付加して前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとを配設した燃料電池。
　前記起立片は、前記カソード側セパレータまたは前記アノード側セパレータから離間する方向に向かって凸状に突出して湾曲した湾曲部を、前記基端と前記延在部との間の領域に備えている請求項１０に記載の燃料電池。
　前記湾曲部は、前記アノード側セパレータまたは前記カソード側セパレータと対向する側に、前記アノード側セパレータまたは前記カソード側セパレータから受けた荷重を支持する荷重支点を設け、
　前記荷重支点は、前記起立片の変形と共に前記延在部側に移動する請求項１１に記載の燃料電池。
　前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとの積層方向に沿った隙間の距離は、前記セパレータユニットが前記膜電極接合体の発熱に伴い膨張し、かつ、前記膜電極接合体が外部から供給された媒体を吸収して膨張しても、前記塑性変形領域の範囲に収まる請求項１０～１２のいずれか１項に記載の燃料電池。
　前記アノード側セパレータと前記カソード側セパレータとの積層方向に沿った隙間の寸法公差は、少なくとも、前記セパレータユニットが前記膜電極接合体の発熱に伴い膨張し、かつ、前記膜電極接合体が外部から供給された媒体を吸収して膨張した場合の積層方向に沿った寸法公差の和よりも大きい請求項１０～１３のいずれか１項に記載の燃料電池。