(57)【要約】【課題】燃料電池を形成するそれぞれの燃料電池セル内の電解質膜に異種材料が付着等することを効果的に防止でき、燃料電池スタックの中から性能が低下した燃料電池セルを抜き出して交換するといったメンテナンスに際してその効率性に優れた燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】それぞれの燃料電池セル１０のガスケット８成形に際し、隣接する燃料電池セル１０と接触するガスケット部分の少なくとも一部に未加硫成分（領域）８１を残留させるようにして燃料電池セル１０を製造し、未加硫成分８１が加硫を開始する温度未満の温度で、燃料電池セル１０の発電検査を実施して、該発電検査に合格した燃料電池セル１０のみを抽出する工程と、抽出された燃料電池セル１０を積層し、未加硫成分を加硫させることにより、少なくとも該加硫したガスケット部位が隣接する燃料電池セル１０と接着してモジュール２０が製造される工程と、からなる製造方法である。【選択図】図１
2010211964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と、その両側に配されたガス透過層と、いずれか一方のガス透過層側に配されたセパレータと、からなる燃料電池セルが複数積層され、積層されたそれぞれの膜電極接合体およびガス透過層の周縁に一体成形されたガスケットが形成されて複数の燃料電池セルからなる一つのモジュールが形成され、複数の該モジュールが積層されて、もしくは一つの該モジュールのみから燃料電池スタックが形成されてなる、燃料電池の製造方法であって、
前記燃料電池セルのそれぞれに対してガスケットを成形し、かつ、このガスケット成形において、成形されるガスケットのうち、隣接する燃料電池セルと接触する部分の少なくとも一部に未加硫成分を残留させるようにして燃料電池セルを製造し、前記未加硫成分が加硫を開始する温度未満の温度で、燃料電池セルの発電検査を実施して、該発電検査に合格した燃料電池セルのみを抽出する第１の工程と、
抽出された燃料電池セルを積層し、前記未加硫成分を加硫させることにより、少なくとも該加硫したガスケット部位が隣接する燃料電池セルと接着して前記モジュールが製造される第２の工程と、からなる、燃料電池の製造方法。
【請求項２】
膜電極接合体と、その両側に配されたガス透過層と、いずれか一方のガス透過層側に配されたセパレータと、からなる燃料電池セルが複数積層され、積層されたそれぞれの膜電極接合体およびガス透過層の周縁に一体成形されたガスケットが形成されて複数の燃料電池セルからなる一つのモジュールが形成され、複数の該モジュールが積層されて、もしくは一つの該モジュールのみから燃料電池スタックが形成されてなる、燃料電池の製造方法であって、
前記燃料電池セルのそれぞれに対してガスケットを成形し、かつ、このガスケット成形において、成形されるガスケットのうち、隣接する燃料電池セルと接触する部分の少なくとも一部に未加硫成分を残留させるようにして燃料電池セルを製造し、製造された燃料電池セルを積層する第１の工程と、
前記未加硫成分が加硫を開始する温度以上の温度で、かつ、該未加硫成分が加硫するまでの間で、積層されたそれぞれの燃料電池セルの発電検査を実施して、該発電検査に合格しない燃料電池セルが存在する場合は別途の燃料電池セルと交換するものとし、該発電検査終了後に前記未加硫成分が加硫することにより、少なくとも該加硫したガスケット部位が隣接する燃料電池セルと接着して前記モジュールが製造される第２の工程と、からなる、燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記ガス透過層が、ガス拡散層、もしくは、金属多孔体からなるガス流路層、もしくはそれらの積層体のいずれか一方からなる、請求項１または２に記載の燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池セルにガスケットが一体成形されて一つのモジュールを成し、このモジュールが複数積層されて、もしくは一つの該モジュールから燃料電池スタックを形成している燃料電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池の燃料電池セルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側およびカソード側の触媒層とから膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が形成され、たとえば、このＭＥＡとこれを挟持するアノード側およびカソード側のガス拡散層（ＧＤＬ）とから電極体（ＭＥＧＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ＆  Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が形成され、電極体に燃料ガスもしくは酸化剤ガスを提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するための金属多孔体からなるガス流路層とセパレータが電極体の両側に配されて構成されている。なお、セパレータにガス流路溝が形成された燃料電池セルも従来一般のものであり、この形態の場合にはガス流路層となる金属多孔体は不要である。実際の燃料電池スタックは、所要電力に応じた基数の燃料電池セルが積層され、スタッキングされることによって形成されている。
【０００３】
上記構成の燃料電池セルにおいては、膜電極接合体に供給される燃料ガスや酸化剤ガス、さらにはセルの昇温を抑止するための冷却水などの流体をシールするためのガスケットが電極体の周縁に形成されている。このガスケットは燃料電池セルごとに形成されており、電極体の周縁にガスケットを有した燃料電池セルを所定の基数だけ積層した後にスタッキングがおこなわれている。なお、このガスケット成形は一般に、射出成形や圧縮成形にておこなわれている。たとえば圧縮成形の場合を取り上げると、成形型のキャビティ内にセパレータを収容し、次いでガス流路となるアノード側もしくはカソード側の一方の金属多孔体を収容し、次いで電極体もしくは膜電極接合体を収容し、次いでアノード側もしくはカソード側の他方の金属多孔体を収容した姿勢で、成形型内に比較的硬質な樹脂を注入し、成形型内を高温雰囲気としながら圧縮することにより、電極体の周縁に樹脂製のガスケットが成形される。
【０００４】
上記するセパレータは、たとえばチタンやステンレスからなる２枚のプレートの間に流路が形成されたプレートが介層された３層構造のものや、中間層を樹脂製の枠材とし、２枚のプレートの一方から多数のディンプルや流路を画成するリブを突出させて冷却水流路を形成するものなどがある。この３層構造のセパレータは、当該セル自体のアノード側もしくはカソード側のいずれか一方のセパレータであると同時に、積層姿勢において隣接するセルのアノード側もしくはカソード側の他方のセパレータとなるものである。すなわち、この３層構造セパレータを有する燃料電池セルのセル構成部材は、一つの３層構造セパレータと、アノード側およびカソード側の金属多孔体（ガス流路層）と、膜電極接合体もしくは電極体と、からなり、複数の燃料電池セルが積層された姿勢において、任意の燃料電池セルは、その両端にアノード側およびカソード側のセパレータを有することとなる。
【０００５】
従来の燃料電池スタックは、上記のごとく、ガスケットが成形された燃料電池セルを積層してスタッキングされるものである。たとえば２００〜４００基程度の燃料電池セルが積層されて燃料電池スタックが形成されるものにおいて、各燃料電池セルには固有の電圧センサが設けてあり、セル電圧が所定値以下に落ち込んだ燃料電池セルが特定されると、その燃料電池セルがスタック内から抜き取られて別途の燃料電池セルと交換されるようになっている。
【０００６】
しかし、多数の燃料電池セルがスタッキングされてなる燃料電池スタックからそのスタッキングを解除し、要交換の燃料電池セルのみを抜き取って別途のセルと交換する作業が極めて煩雑であることは理解に易く、当該分野ではその改善が叫ばれている。
【０００７】
ところで、膜電極接合体を構成する電解質膜は、気孔を有するガス拡散層や金属多孔体などのガス透過層を介して外部に流体連通した状態となっている。この電解質膜は、異種材料のコンタミネーションによってその特性を大きく劣化させるものである。したがって、すべての燃料電池セルがそれぞれ単独で射出成形され、次いでそれらを単に積層させている現状においては、この積層の際にすべての燃料電池セルの電解質膜が異種材料によってコンタミネートされる危険性を有している。このような観点からも、燃料電池セルごとに射出成形等にてガスケットを形成し、これを積層させて燃料電池スタックを形成するという製造方法の見直しや改善、この製造方法によってできる燃料電池スタックの構造の改良は必至であり、そのための開発が急務の課題である。特に、家屋等の定置型として、あるいはハイブリッド車や電気自動車等の移動型として、燃料電池の普及が拡大の一途を辿っている昨今、その性能向上と生産性向上の双方を満足させる必要があることに鑑みれば、上記する急務の課題を効果的に解決できる燃料電池の開発は極めて重要である。
【０００８】
なお、従来の公開技術に目を転じれば、燃料電池の組み付け性や分解性を向上させることを目的とした燃料電池の製造方法に関する技術が特許文献１に開示されている。しかし、この技術も、ガスケットを燃料電池セルごとに形成してセルを積層し、スタッキングするものであることから、上記する課題を効果的に解消するまでには至らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１２３８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、燃料電池スタックを形成するそれぞれの燃料電池セル内の電解質膜に異種材料がコンタミネート（付着等）することを効果的に防止でき、燃料電池スタックの中から性能が低下した燃料電池セルを抜き出して交換するといったメンテナンス手間を解消することのできる、燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成すべく、本発明による燃料電池の製造方法は、膜電極接合体と、その両側に配されたガス透過層と、いずれか一方のガス透過層側に配されたセパレータと、からなる燃料電池セルが複数積層され、積層されたそれぞれの膜電極接合体およびガス透過層の周縁に一体成形されたガスケットが形成されて複数の燃料電池セルからなる一つのモジュールが形成され、複数の該モジュールが積層されて、もしくは一つの該モジュールのみから燃料電池スタックが形成されてなる、燃料電池の製造方法であって、前記燃料電池セルのそれぞれに対してガスケットを成形し、かつ、このガスケット成形において、成形されるガスケットのうち、隣接する燃料電池セルと接触する部分の少なくとも一部に未加硫成分を残留させるようにして燃料電池セルを製造し、前記未加硫成分が加硫を開始する温度未満の温度で、燃料電池セルの発電検査を実施して、該発電検査に合格した燃料電池セルのみを抽出する第１の工程と、抽出された燃料電池セルを積層し、前記未加硫成分を加硫させることにより、少なくとも該加硫したガスケット部位が隣接する燃料電池セルと接着して前記モジュールが製造される第２の工程と、からなるものである。
【００１２】
本発明の製造方法によって製造される燃料電池は、複数の燃料電池セルを一つのモジュールとして形成し、このモジュールを複数積層して、もしくは一つのモジュールのみを燃料電池スタックとしたものであり、一つのモジュールにおいては、たとえばそれぞれの燃料電池セルがそのガスケットの一部を未加硫成分を残留させた状態で成形され、最終的には、それらの燃料電池セルが積層され、上記未加硫成分が加硫されることで、該加硫された部分と積層姿勢で隣接する燃料電池セルとが接着され、所定数の燃料電池セルがガスケットにて一体とされたモジュールを成すものである。
【００１３】
したがって、たとえば一つのモジュールが３０基の燃料電池セルから構成される場合においては、射出成形や圧縮成形に際して、その両端以外の内部の２８基の燃料電池セルの膜電極接合体は外部から完全に遮断されることとなり、異種材料が膜電極接合体を構成する電解質膜にコンタミネートすることを抑止できる。
【００１４】
本発明の燃料電池の製造方法は、上記するモジュールを形成する前段階で、各燃料電池セルのガスケットに未加硫部分を残した姿勢でガスケット成形をおこない、次いで、製造された各燃料電池セルの発電性能の良否を検査し、この検査に合格した燃料電池セルのみを抽出して所定の基数だけ積層し、未加硫部位を加硫させて隣接する燃料電池セルのたとえばセパレータと接着させることでモジュールを製造するものである。したがって、モジュール製造後に発電不良な燃料電池セルが発見され、したがって、モジュール単位で交換されるという危険性は生じ得ない。
【００１５】
ここで、各燃料電池セルの発電検査は、比較的短時間でかつ簡易におこなうものであり、明らかに発電不可の燃料電池セルや発電性能が著しく低い燃料電池セルを排除することをその目的としている。たとえば、各燃料電池セルに対して、セパレータに冷却水を流してセルの昇温を抑止した姿勢で、カソード側に酸素（もしくは空気）を、アノード側に水素を提供して発電させ、所定の発電量が得られるか否かを検査する。
【００１６】
上記する燃料電池（燃料電池スタック）を構成するモジュールの規模は多様に存在し、たとえば３００基の燃料電池セルが積層されて一つの燃料電池が構成されるものにおいて、２基〜５０基程度の範囲のセル基数で一つのモジュールを構成することができる。なお、複数の燃料電池セルで一つのモジュールを形成し、このモジュールを複数積層して一つの燃料電池スタックが形成されるものにおいて、このモジュールを多セル１モジュールの燃料電池などと称することもできる。
【００１７】
上記する本発明の燃料電池の製造方法によれば、複数の燃料電池セルがガスケットにて一体とされたモジュールを製造する前段階で、性能不良な燃料電池セルを排除することができ、性能が良好な燃料電池セルのみからなるモジュールを製造することが可能となる。
さらに、本発明による燃料電池の製造方法の他の実施の形態は、膜電極接合体と、その両側に配されたガス透過層と、いずれか一方のガス透過層側に配されたセパレータと、からなる燃料電池セルが複数積層され、積層されたそれぞれの膜電極接合体およびガス透過層の周縁に一体成形されたガスケットが形成されて複数の燃料電池セルからなる一つのモジュールが形成され、複数の該モジュールが積層されて、もしくは一つの該モジュールのみから燃料電池スタックが形成されてなる、燃料電池の製造方法であって、前記燃料電池セルのそれぞれに対してガスケットを成形し、かつ、このガスケット成形において、成形されるガスケットのうち、隣接する燃料電池セルと接触する部分の少なくとも一部に未加硫成分を残留させるようにして燃料電池セルを製造し、製造された燃料電池セルを積層する第１の工程と、前記未加硫成分が加硫を開始する温度以上の温度で、かつ、該未加硫成分が加硫するまでの間で、積層されたそれぞれの燃料電池セルの発電検査を実施して、該発電検査に合格しない燃料電池セルが存在する場合は別途の燃料電池セルと交換するものとし、該発電検査終了後に前記未加硫成分が加硫することにより、少なくとも該加硫したガスケット部位が隣接する燃料電池セルと接着して前記モジュールが製造される第２の工程と、からなるものである。
【００１８】
本実施の形態は、未加硫成分を残留させるようにして燃料電池セルを製造した後に、所定数の燃料電池セルを積層させ、この積層姿勢の複数の燃料電池セルを未加硫成分が加硫を開始する温度以上の温度雰囲気下に置きながら、未加硫成分が加硫する前に、すべての燃料電池セルの発電検査をおこなうものである。
【００１９】
たとえば、積層された燃料電池セルのそれぞれに検査器具を設置しておくことで、すべての燃料電池セルの発電検査はほぼ同時に実施することができる。一方、本発明者等の知見によれば、加硫温度以上の温度雰囲気下であっても、未加硫成分が加硫するまでは少なくとも数分かかることが分かっている。そこで、積層された燃料電池セルのすべてをほぼ同時に検査し、検査で不合格な燃料電池セルは未加硫成分が加硫するまでの間であれば容易に抜き取ることができ、別途の燃料電池セルと交換することが可能となる。
【００２０】
通常は、上記するように各燃料電池セルの発電検査を実施した後に、モジュール化された燃料電池セルの積層体に対しても最終出荷時の発電検査が実行される。それに対して、本実施の形態によれば、各燃料電池セルの発電検査に連続して燃料電池セルのモジュール化を効率的に実行することができ、もしくは、各燃料電池セルの発電検査後に多セルモジュールの発電検査における熱を利用して各燃料電池セルを接着し、モジュール化させることができるため、最終出荷時の再度の発電検査を省略することが可能となり、製造効率性の極めて高い燃料電池の製造方法となり得る。
【００２１】
ここで、モジュールを形成する燃料電池セルの構造は、膜電極接合体（ＭＥＡ）のアノード側とカソード側の双方に拡散層基材と集電層からなるガス拡散層を具備する形態、アノード側とカソード側のいずれか一方は集電層のみを具備する（拡散層基材が廃された）形態の双方を含んでいる。また、本明細書では、これらのいずれの形態も電極体（ＭＥＧＡ）と称呼している。また、この構成部材ユニットからなる燃料電池セルにおいては、いわゆるフラットタイプのセパレータと電極体の間に、ガス流路層（エキスパンドメタル等の金属多孔体）が配された構造の他にも、電極体の両側にガス流路溝が形成されたセパレータが直接配された従来一般のセル構造を含むものである。さらに、「ガス透過層」とは、ガス拡散層とガス流路層の双方を含む意味である。したがって、ガス流路層を具備しないセル形態においては「ガス透過層」は「ガス拡散層」を意味するものであり、ガス拡散層とガス流路層の双方を具備するセル形態においては「ガス透過層」は「ガス拡散層」と「ガス流路層」の双方もしくはいずれか一方を意味するものである。また、ガス透過層がガス拡散層と金属多孔体からなるガス流路層の積層体からなる形態においては、該金属多孔体のみが電解質膜よりも側方に張り出している形態などもある。
【発明の効果】
【００２２】
以上の説明から理解できるように、本発明の燃料電池の製造方法によれば、複数の燃料電池セルをガスケットにて一体としてモジュールを形成し、複数のモジュールが積層されて燃料電池スタックが形成されていることにより、燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの電解質膜のほとんどを、燃料電池の製造過程で異種材料とコンタミネートされることから効果的に防護することができる。また、モジュールを形成する前に、発電性能の良否が確認され、性能検査に合格した燃料電池セルのみを抽出してモジュールが製造されることから、モジュール製造後に発電不良の燃料電池セルが発見され、そのために該発電不良の燃料電池セルを包含するモジュールの全体を他のモジュールと交換するといった問題も生じ得ない。さらに、各燃料電池セルの一部にガスケットの未加硫成分を残した姿勢で積層させ、この状態で各燃料電池セルの発電検査を実行しながら未加硫成分を加硫させる方法では、製造効率をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の燃料電池の製造方法の一実施の形態のフロー図である。
【図２】本発明の燃料電池の製造方法の他の実施の形態のフロー図である。
【図３】図１で示す燃料電池の製造方法の第１の工程を説明した縦断面図である。
【図４】図１で示す燃料電池の製造方法の第２の工程を説明した縦断面図である。
【図５】複数の燃料電池セルからなるモジュールが複数積層されてなる燃料電池を示した縦断面図である。
【図６】図５で示す燃料電池から積層姿勢の２つの燃料電池セルを取り出して拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の燃料電池の製造方法の一実施の形態のフロー図であり、図２は、本発明の燃料電池の製造方法の他の実施の形態のフロー図である。まず、図１，２を参照して本発明の燃料電池の製造方法を概説し、次いで、図１で示す燃料電池の製造方法を図３〜６を用いて詳細に説明する。
【００２５】
本発明の燃料電池の製造方法は大きく２つの実施の形態からなる。まず、図１で示す燃料電池の製造方法は、ガスケットの一部に未加硫成分領域を残留させて燃料電池セルを製造し（ステップＳ１０）、次いで、製造された燃料電池セルのそれぞれに簡易的な発電検査を実施して、発電検査に合格した燃料電池セルのみを抽出する（ステップＳ２０）。ここで、簡易的な発電検査とは、比較的短時間でかつ簡易におこなう検査であり、明らかに発電不可の燃料電池セルや発電性能が著しく低い燃料電池セルを排除することをその目的としており、各燃料電池セルに対して、セパレータに冷却水を流してセルの昇温を抑止した姿勢で、カソード側に空気を、アノード側に水素を提供して発電させ、所定の発電量が得られるか否かを検査するものである。次いで、抽出された燃料電池セルを所定数積層した姿勢で、成形型もしくは加熱炉内に載置し、未加硫成分領域を加硫させることにより、この加硫した領域と積層姿勢で隣接する燃料電池セルのセパレータとを接着させ、モジュールが製造される。
【００２６】
ここで、ステップＳ１０においては、たとえば、セル積層体を成形型内に載置し、比較的硬質の樹脂ゴムを成形型内に注入し、形成するべき未加硫成分領域のみ相対的に低温（該ゴムの加硫温度未満の温度とする）に保持した姿勢で、その他のガスケット領域はゴムの加硫温度以上として圧縮成形する。また、発電検査の際に未加硫成分領域が加硫しないように、この発電検査はゴムの加硫温度未満の温度条件で実施される。
【００２７】
製造されたモジュールは、それのみで燃料電池スタックとなり得るし（ステップＳ４０）、モジュールを複数製造し、これらを積層させてスタッキングすることで燃料電池スタックとなり得る（ステップＳ５０）。
【００２８】
一方、図２で示す燃料電池の製造方法において、まず、ガスケットの一部に未加硫成分領域を残留させて燃料電池セルを製造し（ステップＳ１０）、次いで、製造された燃料電池セルを所定数積層した姿勢で、各燃料電池セルの発電検査を実施しながら、未加硫成分領域を加硫させてモジュールを製造する。ここで、この発電検査においては、ゴムの加硫温度以上の温度とするが、実際には、ゴムの加硫温度程度の温度雰囲気下においては、未加硫ゴムが加硫するまで少なくとも数分要することが本発明者等の知見によって判明している。そこで、燃料電池セルの積層体は加硫温度以上の温度雰囲気下に載置するものの、短時間で一気に各燃料電池セルの発電検査を実施する。そして、この発電検査で不合格となる燃料電池セルが存在する場合には、迅速に他の燃料電池セルと交換したり、未加硫成分の加硫を一旦ストップした後に他の燃料電池セルと交換する等の方法により、すべての燃料電池セルの性能良好性が担保される。
【００２９】
この製造方法によれば、モジュールの製造と各燃料電池セルの発電検査を同時に実行することができ、製造効率が格段に向上する。
【００３０】
次に、図１で示す燃料電池の製造方法を、図３〜６を参照して詳細に説明する。ここで、図３は、図１で示す燃料電池の製造方法の第１の工程（ステップＳ１０、Ｓ２０）を説明した縦断面図であり、図４は、その第２の工程（ステップＳ３０，４０，５０）を説明した縦断面図である。さらに、図５は、複数の燃料電池セルからなるモジュールが複数積層されてなる燃料電池を示した縦断面図であり、図６は、図５で示す燃料電池から積層姿勢の２つの燃料電池セルを取り出して拡大した図である。
【００３１】
図３で示す燃料電池セルは、電解質膜１と、カソード側およびアノード側の触媒層２，２’と、から膜電極接合体３が形成され、これをカソード側およびアノード側のガス拡散層４，４’（ガス透過層）が挟持して電極体５が形成され、これをカソード側およびアノード側のガス流路層６，６’（ガス透過層、金属多孔体）が挟持し、さらに、アノード側のガス流路層６’側に３層構造のセパレータ７が配されて構成される。
【００３２】
触媒層２，２’は電解質膜１に比してそれらの面積が狭小であり、したがって、電解質膜１の両側の触媒層２，２’の周縁には該触媒層２，２’が存在しない露出領域が形成され、この露出領域には、カソード側およびアノード側の不図示の保護フィルムが配されて、ガス拡散層４，４’から突出する毛羽が電解質膜１の露出領域に突き刺さるのを防護している。
【００３３】
ここで、膜電極接合体３を構成する電解質膜１は、たとえば、スルホン酸基やカルボニル基を持つフッ素系イオン交換膜、置換フェニレンオキサイドやスルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリアリールエーテルスルホン、スルホン化フェニレンスルファイドなどの非フッ素系のポリマーなどから形成される。
【００３４】
また、触媒層２，２’は、触媒が担持された導電性担体（粒子状のカーボン担体など）と、電解質と、分散溶媒（有機溶媒）と、を混合して触媒溶液（触媒インク）を生成し、これを電解質膜１やガス拡散層４，４’等の基材にたとえば塗工ブレードにて層状に引き伸ばして塗膜を形成し、温風乾燥炉等で乾燥することで触媒層が形成される。ここで、触媒溶液を形成する電解質は、プロトン伝導性ポリマーである、有機系の含フッ素高分子を骨格とするイオン交換樹脂、例えばパーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等のスルホン化プラスチック系電解質、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルケトン、スルホアルキル化ポリエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリスルホン、スルホアルキル化ポリスルフィド、スルホアルキル化ポリフェニレンなどのスルホアルキル化プラスチック系電解質などを挙げることができる。なお、市販素材としては、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標、デュポン社製）やフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ）（登録商標、旭硝子株式会社製）などを挙げることができる。また、分散溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、酢酸エチルや酢酸ブチルなどのエステル類、芳香族系あるいはハロゲン系の種々の溶媒を挙げることができ、さらには、これらを単独で、もしくは混合液として使用することができる。さらに、触媒が担持された導電性担体に関し、この導電性担体としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のほか、炭化ケイ素などに代表される炭素化合物などを挙げることができ、この触媒（金属触媒）としては、たとえば、白金や白金合金、パラジウム、ロジウム、金、銀、オスミウム、イリジウムなどのうちのいずれか一種を使用することができ、好ましくは白金または白金合金を使用するのがよい。さらに、この白金合金としては、たとえば、白金と、アルミニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ガリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、バナジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、チタンおよび鉛のうちの少なくとも一種との合金を挙げることができる。
【００３５】
また、ガス拡散層４，４’は、拡散層基材と集電層（ＭＰＬ）からなるものであり、拡散層基材としては、電気抵抗が低く、集電を行えるものであれば特に限定されるものではないが、たとえば、導電性無機物質を主とするものを挙げることができ、この導電性無機物質としては、ポリアクリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒鉛及び膨張黒鉛等の炭素材やこれらのナノカーボン材料、ステンレススチール、モリブデン、チタン等を挙げることができる。また、拡散層基材の導電性無機物質の形態は特に限定されるものではなく、たとえば繊維状あるいは粒子状で用いられるが、ガス透過性の点から無機導電性繊維であって、特に炭素繊維が好ましい。無機導電性繊維を用いた拡散層基材としては、織布あるいは不織布いずれの構造のものも使用することができ、カーボンペーパーやカーボンクロスなどを挙げることができる。織布としては、紋織、平織など、特に限定されるものではなく、不織布としては、抄紙法、ウォータージェットパンチ法によるものなどが挙げられる。さらに、この炭素繊維としては、フェノール系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などを挙げることができる。さらに、集電層はアノード側、カソード側の触媒層２，２’から電子を集める電極の役割を果たすとともに、触媒層にて生成された生成水を排水するための撥水作用を有するものであり、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、金、銀、銅及びこれらの化合物または合金、導電性炭素材料などから形成できる。
【００３６】
また、金属多孔体６，６’は、エキスパンドメタルや金属発泡焼結体などから形成でき、たとえば、チタンやステンレス、銅、ニッケル等の耐食性に優れた金属素材の発泡焼結体からガス流路層が形成されるものである。
【００３７】
また、３層構造のセパレータ７は、ステンレスやチタンからなる金属プレート７１，７２と、その間に、金属素材で冷却水流路やガス流路が形成された中間層７３が介層されたものである。なお、樹脂素材の枠材を中間層とし、２枚の金属プレートの一方のプレートから多数のディンプル、もしくは流路画成用のリブが突出された形態であってもよい。なお、図示するセパレータ７では、自身が構成要素となる燃料電池セルのアノード側の多孔体６'に燃料ガスを供給するためのガス流路７３ａと、セルの積層姿勢において隣接するセルのカソード側の多孔体６に酸化剤ガスを供給するためのガス流路７３ｂが形成されており、さらには、不図示の冷却水流路が中間層７３に形成されている。
【００３８】
さらに、図示を省略しているが、触媒層の周縁であって電解質膜が該触媒層と密着していない露出領域には、ガス拡散層から突出する毛羽が電解質膜に突き刺さるのを防止し、さらには、射出成形されるガスケットに対して電解質膜を補強する効果を奏する保護ポリマーフィルムが接着されている。この保護ポリマーフィルムは、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＶＤＦ（二フッ化ポリビニル）、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、コポリアミド、ポリアミドエラストマ、ポリイミド、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマ、シリコーン、シリコンゴム、シリコンベースのエラストマなどから形成されるものである。
【００３９】
まず、図３で示すように、固定型Ｓ１と可動型Ｓ２を型閉めした際に形成されるガスケット成形用キャビティＣ内に樹脂ゴムを注入し、固定型Ｓ１と可動型Ｓ２を型閉めしてガスケットを圧縮成形する。ここで、固定型Ｓ１は、その電極体５に対応する箇所に冷却盤Ｓ１ａを有し、さらに、その外側（図では上側）に熱盤Ｓ１ｂを有しており、ガスケットを圧縮成形する際に、冷却盤Ｓ１ａが作動することで、電極体５に隣接する一部の領域をゴムの加硫温度未満の温度雰囲気に調整し、この領域にガスケット用ゴムの未加硫成分領域を成形するようになっている。なお、可動型Ｓ２の外側（図では下側）にも熱盤Ｓ２ｂが備えてある。
【００４０】
ここで、注入される樹脂としては、ブチル系ゴムやウレタン系ゴム、シリコーンＲＴＶゴム、耐メタノール性を有するエポキシ系樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、炭化水素樹脂などを挙げることができる。
【００４１】
図３で樹脂ゴムを圧縮成形する際には、熱盤Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂによって固定型Ｓ１，可動型Ｓ２が加熱され、冷却盤Ｓ１ａの近傍以外のガスケット領域は成分ゴムが加硫する。たとえば、未加硫成分領域以外のキャビティは１００℃程度かそれ以上の高温雰囲気となる一方で、未加硫成分領域のキャビティは８０℃かそれ以下の温度雰囲気に調整できる。
【００４２】
図４は、製造された燃料電池セル１０を取り出し、それぞれの燃料電池セル１０，１０で発電検査を実施し、発電検査で合格した燃料電池セル１０，１０を積層している状況を示している。なお、加硫温度が上記する１００℃程度の場合において、発電検査時の温度は６０〜７０℃程度に調整するのがよい。同図において、圧縮成形されてできたガスケット８にマニホールドＭが形成され、無端のシールリブ８ａがマニホールドＭを囲繞するようにガスケット８の上面（セパレータ７の存在しない面）に形成されており、さらに、その電極体５の近傍領域はゴムの未加硫成分領域８１が形成されている。
【００４３】
発電検査に合格し、そのガスケット上面の一部にゴムの未加硫成分領域８１を有する燃料電池セル１０を所定数積層し、これをたとえばゴムの加硫温度以上（たとえば１００℃程度かそれ以上）の温度雰囲気下に載置することにより、未加硫成分領域が加硫し、この加硫した領域が積層姿勢で隣接する燃料電池セル１０のセパレータ７と接着することでモジュールが製造される。
【００４４】
図５は、上記するモジュールを複数積層し、スタッキングしてなる燃料電池を示したものである。
同図において、所定数の燃料電池セル１０，…からなるモジュール２０が所定数積層され、その両側にターミナルプレート９１，９１が配され、該ターミナルプレート９１，９１の両側に絶縁プレート９２，９２が配され、さらに該絶縁プレート９２，９２の両側にエンドプレート９３，９３が配され、エンドプレート９３，９３間にテンションプレート９４，９４が配された姿勢で全体がスタッキングされることにより、燃料電池１００（燃料電池スタック）が製造される。なお、モジュール２０を構成する隣接した燃料電池セル１０と燃料電池セル１０は、一方の燃料電池セル１０のガスケット８の未加硫成分が加硫した領域８１Ａと、他方の燃料電池セル１０のセパレータ７とが接着することでモジュール２０が形成されている。
【００４５】
図６は、図５で示す燃料電池１００から隣接する２つの燃料電池セルを取り出して拡大したものである。ここで、図示するマニホールドＭは燃料ガスが流入するマニホールドであり、供給された燃料ガスは３層構造セパレータ７の中間層７３からプレート７１に亘って形成された供給ガス流路７３ａを介してアノード側の多孔体６’に供給される（Ｚ１方向）。一方、ガスケット８の他の断面には酸化剤ガスが流入する別途のマニホールドが形成されており、この別途のマニホールドを介して酸化剤ガスが流入し、セパレータ７の中間層７３からプレート７２に亘って形成された供給ガス流路７３ｂを介して隣接セルのカソード側の多孔体６に供給される（Ｚ２方向）。
【００４６】
実際に電気自動車等に車載される燃料電池システムは、図示する燃料電池１００（燃料電池スタック）と、水素ガスや空気を収容する各種タンク、これらのガスを燃料電池に提供するためのブロア、燃料電池を冷却するためのラジエータ、燃料電池で生成された電力を蓄電するバッテリ、この電力で駆動する駆動モータ等から大略構成されるものである。
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に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における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４７】
１…電解質膜、２…カソード側の触媒層、２’…アノード側の触媒層、３…膜電極接合体、４…カソード側のガス拡散層（ガス透過層）、４’…アノード側のガス拡散層（ガス透過層）、５…電極体、６…カソード側の金属多孔体（ガス透過層、ガス流路層）、６’…アノード側の金属多孔体（ガス透過層、ガス流路層）、７…セパレータ、７１、７２…プレート、７３…中間層、８…ガスケット、８１…未加硫成分領域、８１Ａ…未加硫成分が加硫した領域、１０…燃料電池セル、２０…モジュール、９１…ターミナルプレート、９２…絶縁プレート、９３…エンドプレート、９４…テンションプレート、１００…燃料電池、Ｍ…マニホールド、Ｓ１…固定型、Ｓ２…可動型、Ｃ…キャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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