(57)【要約】【課題】ＭＥＡを含むセル構成部材とその両側の多孔質体とをその周縁において弾性シール部材にて一体化するに当たり、多孔質体周縁の剥がれ防止の実効性を高める。【解決手段】電池セル２０は、弾性シール部材６０によりその周縁においてセル構成部材３０と第１多孔質体４０を一体化するに当たり、第１多孔質体４０の段差部位４２を弾性シール部材６０の内部に位置させる。このため、弾性シール部材６０は、その成型時において、第１多孔質体４０の段差部位４２の上面側に段差部位上面部６１を形成し、段差部位４２とセル構成部材３０周縁の保護フィルム３７との間に段差部位下面部６２を形成して備える。よって、弾性シール部材６０は、第１多孔質体４０の周縁部位である段差部位４２を多孔質体厚み方向の上下で挟むことになる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の発電単位となる電池セルであって、
電解質膜に触媒電極を接合した膜電極接合体を含むセル構成部材と、
ガスの拡散供給路を連続気孔で形成する多孔質体と、
前記セル構成部材とその両側に重ね合わせた前記多孔質体とを、その周縁に亘って取り囲んで一体化する弾性シール部材とを備え、
前記多孔質体は、多孔質体周縁において該多孔質体周縁の内側の部位より薄肉の周縁部位を備え、該周縁部位を前記弾性シール部材の内部に位置させている
電池セル。
【請求項２】
前記多孔質体は、前記弾性シール部材の形成用材料の前記多孔質体への含浸を回避するよう前記連続気孔を埋めてなる目止め部位を前記多孔質体周縁の側に備え、該目止め部位よりも周縁側に前記周縁部位を有する請求項１に記載の電池セル。
【請求項３】
前記周縁部位は、前記多孔質体周縁を押し潰して段差状とされた段差部位を有する請求項１または請求項２に記載の電池セル。
【請求項４】
前記目止め部位よりも周縁側の前記周縁部位は、前記段差部位と前記目止め部位との間に、前記連続気孔に前記弾性シール部材の形成用材料が含浸した含浸部位を有する請求項３に記載の電池セル。
【請求項５】
前記周縁部位は、前記多孔質体周縁においてくびれた有底部位を有する請求項１または請求項２に記載の電池セル。
【請求項６】
前記周縁部位は、前記有底部位から前記多孔質体周縁まで延びた周縁部を、該周縁部の前記連続気孔に前記弾性シール部材の形成用材料を含浸した状態で有する請求項５に記載の電池セル。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電池セルであって、
更に、前記セル構成部材に重なった前記多孔質体の一方の側にセパレーターを接合して備え、
該セパレーターの側の前記多孔質体と他方の前記多孔質体の少なくとも一方が前記周縁部位を有する
電池セル。
【請求項８】
請求項７に記載の電池セルを複数積層して備える燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の発電単位となる電池セルと当該セルを積層して備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、アノードに供給された燃料ガス中の燃料、例えば水素と、カソードに供給された酸素含有ガス中の酸素との電気化学反応を進行させて発電する。この電気化学反応は、電解質膜に触媒電極を接合した膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）にて進行するので、発電起電力を確保する上で、ＭＥＡを含むセル構成部材とセパレーターとを交互に積層して積層方向に締結する、いわゆるスタック構造の燃料電池が知られている。
【０００３】
ところで、セル構成部材は、電極面へのガス供給の均一化を図るため、ＭＥＡの両面に通常はガス拡散層を備えた上で、金属メッシュ等からなる連続気孔を有する多孔質体で挟持されて電池セルを構成する。その一方、積層されたそれぞれの電池セルでは、ＭＥＡ両側のアノード電極・カソード電極の気密・液密性を確保するため、ＭＥＡを含むセル構成部材とその両側の多孔質体とを、その周縁において弾性シール部材にて一体化しつつシール確保を行う手法が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
上記特許文献で提案された手法によれば、弾性シール部材と接合する多孔質体の周縁における連続気孔に弾性シール部材の形成用材料を含浸させることで、多孔質体周縁端部と弾性シール部材との間にいわゆるアンカー効果を発現させ、多孔質体周縁での剥がれを防止している。ところで、弾性シール部材による一体化は、成形型内へのセル構成部材や多孔質体のセット、弾性シール部材の形成用材料の射出、脱型を経て行われ、成形型の型面への多孔質体の密着力が大きいと、脱型の際に多孔質体周縁の剥がれを招きかねない。このため、成形型の型面への多孔質体の密着力の低減のための作業や、剥がれが起きた場合の手直しが必要となり、その煩雑さが指摘されるに至った。
【０００６】
本発明は、上記した課題を踏まえ、ＭＥＡを含むセル構成部材とその両側の多孔質体とをその周縁において弾性シール部材にて一体化するに当たり、多孔質体周縁の剥がれ防止の実効性を高めることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
【０００８】
[適用：電池セル]
燃料電池の発電単位となる電池セルであって、
電解質膜に触媒電極を接合した膜電極接合体を含むセル構成部材と、
ガスの拡散供給路を連続気孔で形成する多孔質体と、
前記セル構成部材とその両側に重ね合わせた前記多孔質体とを、その周縁に亘って取り囲んで一体化する弾性シール部材とを備え、
前記多孔質体は、多孔質体周縁において該多孔質体周縁の内側の部位より薄肉の周縁部位を備え、該周縁部位を前記弾性シール部材の内部に位置させている
を備えることを要旨とする。
【０００９】
上記構成の電池セルでは、弾性シール部材により一体化された多孔質体周縁では、多孔質体は該多孔質体周縁の内側の部位より薄肉の周縁部位を備えて、該周縁部位は前記弾性シール部材の内部に位置する。このため、弾性シール部材は、多孔質体の周縁部位を多孔質体の厚み方向の上下で挟むことになる。よって、仮に、多孔質体にその周縁が剥がれるような力が作用しても、例えば脱型の際の成形型の型面と多孔質体との密着力が多孔質体に作用しても、多孔質体周縁において、弾性シール部材は、その外表面の側から多孔質体の周縁部位を上記の力に抗して押さえるように機能する。脱型の際の密着力に限らず、他の力が多孔質体周縁を剥がすように作用しても同様である。この結果、上記構成の電池セルによれば、多孔質体周縁の剥がれを高い実効性で防止できる。
【００１０】
上記した電池セルは、次のような態様とすることができる。例えば、前記多孔質体を、前記弾性シール部材の形成用材料の前記多孔質体への含浸を回避するよう前記連続気孔を埋めてなる目止め部位を前記多孔質体周縁の側に備えるものとした上で、該目止め部位よりも周縁側に前記周縁部位を位置させる。こうすれば、弾性シール部材にて多孔質体の周縁部位を押さえるようにして多孔質体周縁の剥がれを防止した上で、目止め部位より内側には弾性シール部材を含浸させないようにして多孔質体でのガス拡散供給を確保することができる。
【００１１】
また、前記周縁部位を、前記多孔質体周縁を押し潰して段差状とされた段差部位を有するものとできる。こうすれば、段差部位は押し潰しにより強度が高まるので、弾性シール部材による多孔質体の周縁部位（段差部位）の押さえ効果が増して、多孔質体周縁の剥がれ防止の実効性がより高まる。
【００１２】
この場合、前記目止め部位よりも周縁側の前記周縁部位において、前記段差部位と前記目止め部位との間に、前記連続気孔に前記弾性シール部材の形成用材料が含浸した含浸部位を有するようにすることもできる。こうすれば、弾性シール部材による多孔質体の周縁部位（段差部位）の押さえ効果と、含浸部位での弾性シール部材の形成用材料含浸によるアンカー効果とで、多孔質体周縁の剥がれ防止の実効性をより高めることができる。
【００１３】
また、前記周縁部位を、前記多孔質体周縁においてくびれた有底部位を有するものとできる。こうすれば、弾性シール部材は、多孔質体の有底部位を埋めるように存在した上でその有底部位を押さえて、多孔質体周縁の剥がれを防止する。
【００１４】
この場合、前記周縁部位を、前記有底部位から前記多孔質体周縁まで延びた周縁部を有するものとし、該周縁部の前記連続気孔に前記弾性シール部材の形成用材料を含浸した状態とすることができる。こうすれば、弾性シール部材による多孔質体の有底部位の押さえ効果と、この有底部位よりも周縁側の周縁部での弾性シール部材の形成用材料含浸によるアンカー効果とで、多孔質体周縁の剥がれ防止の実効性をより高めることができる。しかも、有底部位を埋める弾性シール部材は、当該部位の形成用材料が周縁部に含浸した形成用材料と繋がることから、弾性シール部材の押さえ効果はより高まり、多孔質体周縁の剥がれ防止の実効性はより一層高まる。
【００１５】
また、上記の電池セルは、更に、前記セル構成部材に重なった前記多孔質体の一方の側にセパレーターを接合して備えた上で、該セパレーターの側の前記多孔質体と他方の前記多孔質体の少なくとも一方を前記周縁部位を有する多孔質体とすることもできる。こうすれば、セパレーターを接合して備える電池セルにおいて、上記した効果を奏することができる。
【００１６】
本発明は、電池セルとしての形態の他、上記したいずれかの電池セルを複数積層して備える燃料電池としても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例としての燃料電池１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】この燃料電池１０の構成単位の電池セル２０を側面視して示す説明図である。
【図３】燃料電池１０の製造手順を示すフローチャートである。
【図４】電池セル２０の要部を断面視して示す説明図である。
【図５】電池セル２０を構成する第１多孔質体４０の作製の様子を示す説明図である。
【図６】実施例の電池セル２０の製造手順を示すフローチャートである。
【図７】電池セル２０の型成型の様子を用いる成形型を併記して説明するための説明図である。
【図８】電池セル２０の利点を説明するための説明図である。
【図９】図５相当図であり第２実施例の第１多孔質体４０Ａをその作製の様子と弾性シール部材６０による一体化の様子と共に示す説明図である。
【図１０】図４相当図であり第３実施例の電池セル２０Ａの要部を断面視しつつその一部を拡大して示す説明図である。
【図１１】図１０相当図であり第４実施例の電池セル２０Ｂの要部を断面視しつつその一部を拡大して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は本発明の実施例としての燃料電池１０の概略構成を示す説明図、図２はこの燃料電池１０の構成単位の電池セル２０を側面視して示す説明図、図３は燃料電池１０の製造手順を示すフローチャートである。
【００１９】
図１および図２に示すように、燃料電池１０は、電池セル２０が複数個積層された構造（いわゆるスタック構造）を有している。この燃料電池１０の製造に当たっては、図３に示すように、まず、電池セル２０を所定枚数積層し（ステップＳ１０２）、積層された電池セル２０を積層方向に所定の締結力を負荷するように締結する（ステップＳ１０４）。電池セル２０は、燃料電池１０における発電単位であることから、その積層数によって燃料電池１０の発電能力が定まる。よって、ステップＳ１００では、燃料電池１０に求められる発電能力に応じて定まる数の電池セル２０が積層され、ステップＳ１０４では、各セル間のシール維持等の要請から定まる締結力で締結される。
【００２０】
図１に示すように、燃料電池１０のそれぞれの電池セル２０には、酸化ガス（酸素含有ガス）が供給される酸化ガス供給マニホールド１１と、酸化ガスを排出する酸化ガス排出マニホールド１２と、燃料ガスが供給される燃料ガス供給マニホールド１３と、燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニホールド１４と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給マニホールド１５と、冷却媒体を排出する冷却媒体排出マニホールド１６と、が設けられている。なお、酸化ガスとしては空気が一般的に用いられ、燃料ガスとしては水素が一般的に用いられる。また、酸化ガス、燃料ガスは共に反応ガスとも呼ばれる。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。
【００２１】
次に、電池セル２０の特徴的な構成について説明する。図４は電池セル２０の要部を断面視して示す説明図、図５は電池セル２０を構成する第１多孔質体４０の作製の様子を示す説明図である。図４に示すように、電池セル２０は、セル構成部材３０と、その両面の第１多孔質体４０と第２多孔質体５０と、弾性シール部材６０と、セパレーター７０とを備える。セル構成部材３０は、電解質膜の膜両面に触媒電極を接合した膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly：以下、ＭＥＡと称する）３２と、その両面のアノード側ガス拡散層３４とカソード側ガス拡散層３６とを、ホットプレス等の手法にて一体にして備える。ＭＥＡ３２は、例えばフッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料で形成され湿潤状態において良好なイオン導電性を有するイオン交換膜を電解質膜とし、その両側の表面に、白金または白金と他の金属からなる合金を触媒として含有する触媒電極を触媒インクの塗布等の手法にて形成して構成される。アノード・カソードの両ガス拡散層は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成され、供給された酸化ガス・燃料ガスをＭＥＡ３２に拡散供給する。本実施例では、ＭＥＡ３２の周縁側上下面を保護フィルム３７で被覆し、これにより、上記の両ガス拡散層の表面の毛羽からＭＥＡ３２を保護している。保護フィルム３７は、耐熱性と耐酸性を備える材料、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等の合成樹脂やクロロブレンゴム等のゴムを用いて、ＭＥＡ３２の端部周縁の上下面に形成される。
【００２２】
第１多孔質体４０と第２多孔質体５０の両多孔質体は、金属多孔体などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。この両多孔質体は、上述したアノード側ガス拡散層３４およびカソード側ガス拡散層３６より空孔率が高く、内部におけるガスの流動抵抗が両ガス拡散層より低いものが用いられ、内部の連続気孔をガスの拡散供給路とする。第１多孔質体４０は、図４における右端側の多孔質体周縁に、目止め部位４１と段差部位４２とを並べて備え、段差部位４２については多孔質体表面から段差４３をもって形成されている。図５に示すように、第１多孔質体４０の作製に当たっては、まず、板状のままの第１多孔質体４０を準備し（図５（Ａ））、次いで、周縁側の第１多孔質体４０にプレス体Ｐを押し当てて多孔質体周縁を押し潰して、段差部位４２を段差４３をもって形成する（図５（Ｂ））。段差部位４２は、プレス体Ｐによる押し潰しにより連続気孔がほぼ潰れた状態となるので、第１多孔質体４０の中央側部位、即ちガス拡散供給部位よりも強度が高まる。
【００２３】
段差部位４２の形成に続き、当該部位に続く多孔質体部位を目止め部位４１の形成箇所とし、当該箇所に対向する樹脂噴出ノズルＳから樹脂をスプレーする（図５（Ｃ））。スプレーされた樹脂は、ノズルとの対向箇所における多孔質体の連続気孔内に入り込み、乾燥後に連続気孔を埋めて、目止め部位４１を形成する。このため、目止め部位４１は、後述する電池セル２０の製造過程において、弾性シール部材６０の形成用材料の第１多孔質体４０への含浸を回避する。目止め部位４１形成のための樹脂としては、多孔質体気孔への入り込みができる低粘度のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂等が好適である。樹脂に代わり低粘度で乾燥硬化するゴム、例えば、フッ素ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム等を用いることもできる。
【００２４】
上記した目止め部位４１とこれに続く段差部位４２は、図４においては第１多孔質体４０の端部側に位置する。ところで、電池セル２０は図１に示すように矩形形状であることから、目止め部位４１と段差部位４２は、第１多孔質体４０の中央側部位（ガス拡散供給部位）を取り囲むように存在し、段差部位４２は、第１多孔質体４０の周縁においてガス拡散供給部位より段差４３だけ薄肉となる。そして、後述の弾性シール部材６０の形成を経ると、目止め部位４１は、アノード側ガス拡散層３４の周縁に合わせて弾性シール部材６０の側に延び、段差部位４２は、弾性シール部材６０の内部に位置することになる。そして、段差部位４２は、目止め部位４１よりも多孔質体周縁側に位置することになる。
【００２５】
第２多孔質体５０は、後述のセパレーター７０に接合した状態で電池セル製造過程において弾性シール部材６０に取り囲まれ、セパレーター７０の側の面では弾性シール部材６０に接しない。このため、第２多孔質体５０にあっては、その中央側部位（ガス拡散供給部位）への弾性シール部材材料の入り込みを防止できればよく、図４における右端側の多孔質体周縁に目止め部位５１を備える。この目止め部位５１にあっても、第２多孔質体５０の中央側部位（ガス拡散供給部位）を取り囲むように存在し、カソード側ガス拡散層３６の周縁に合わせて弾性シール部材６０の側に延びている。
【００２６】
弾性シール部材６０は、ＭＥＡ３２を有するセル構成部材３０と、その両側の第１多孔質体４０と第２多孔質体５０とを、これらが図４に示すように重ね合った状態でその周縁に亘って取り囲んで一体化する。これら部材の周縁の一体化は、その周縁に亘って行われることから、ＭＥＡ３２のカソード側からアノード側への、あるいは、アノード側からカソード側への反応ガスの漏洩が抑制される。この弾性シール部材６０は、こうした一体化と共に、図１で示した酸化ガス排出マニホールド１２等のマニホールドをも形成し、ガス不透性と弾力性と燃料電池の運転温度域における耐熱性とを有する材料、例えば、ゴムやエラストマーなどの弾性材料により形成される。具体的には、シリコーン系ゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、フッ素系ゴム、エチレン・プロピレン系ゴム、スチレン系エラストマー、フッ素系エラストマーなどが用いられ得る。なお、弾性シール部材６０は、電池セル２０の後述の型成型に当たり、セパレーター７０の表面上に形成される。
【００２７】
上記材料で形成される弾性シール部材６０は、セパレーター７０と反対側にリブ突起６４を備え、突起基部に凹所６５を備える。このリブ突起６４と凹所６５は、図１に示す酸化ガス排出マニホールド１２等のマニホールドを取り囲むようにマニホールドごとに形成されている。電池セル２０の積層・締結を経て燃料電池１０とする際、ある電池セル２０のリブ突起６４は、積層方向の締結力を受けて、隣の電池セル２０のセパレーター７０に接合して潰され、取り囲むマニホールドを気密にシールする。この場合、リブ突起６４の潰れ代は、凹所６５で吸収される。
【００２８】
セパレーター７０は、耐食性を有する金属鋼板、例えばステンレス鋼板製の第１プレート７１と第２プレート７２とで中間プレート７３を挟持して構成され、これらプレートにて、セル内の冷却流路と燃料ガス流路と参加ガス流路とを形成する。図４では、セパレーター７０は、カソード側ガス拡散層３６の側に位置して電池セル２０に含まれることから、そのセパレーター７０が含まれる電池セル２０の第２多孔質体５０に酸化ガスを供給する酸化ガス流路と、図４における下方側に積層された電池セル２０の第１多孔質体４０に燃料ガスを供給する燃料ガス流路を形成する。
【００２９】
次に、上記構成を備える電池セル２０の製造方法について説明する。図６は実施例の電池セル２０の製造手順を示すフローチャートである。図７は電池セル２０の型成型の様子を用いる成形型を併記して説明するための説明図である。
【００３０】
電池セル２０の製造に際しては、図６に示すように、先ず、一体成型用の成形型を準備する（ステップＳ２０２）。成形型は、図７（Ａ）に示すように、対向する上型１００と下型１１０とで構成され、上型１００は、電池セル２０における第１多孔質体４０と接する平型面部１０２と、これに続くシール部形成凹所１０４とを有する。シール部形成凹所１０４には、弾性シール部材６０のリブ突起６４と凹所６５の外形形状が反転した二つのリブ凹所１０６と射出口１０７が形成されている。下型１１０は、セパレーター７０の外形に合致したセパレーター凹所１１２を備える。この場合、セパレーター７０は、弾性シール部材６０と共に酸化ガス排出マニホールド１２等のマニホールドを形成することから、上型１００のシール部形成凹所１０４と下型１１０には、マニホールド形状より若干大きくされた凸部１１４が形成されている。この凸部１１４は、後述の型締めにおいて、セパレーター７０に当接してセパレーター７０のマニホールドをシールする。
【００３１】
次いで、下型１１０のセパレーター凹所１１２へのセパレーター７０の配置（ステップＳ２０４）と、配置済みセパレーター７０への第２多孔質体５０の配置（ステップＳ２０６）と、配置済み第２多孔質体５０へのＭＥＡ３０の配置（ステップＳ２０８）と、配置済みＭＥＡ３０への第１多孔質体４０の配置（ステップＳ２１０）とを順次行う。こうして、下型１１０に対して、セパレーター７０と、セル構成部材３０の構成材が全て配置されると、下型１１０に対して上型１００を所定の型圧で型締めし、射出口１０７から弾性シール部材６０の形成用材料（例えば、上記したシリコン系ゴム等）を射出して弾性シール部材６０を射出成形する（ステップＳ２１２）。上下の型の型締め後には、図７（Ｂ）に示すように、上型１００における平型面部１０２の端部型面とリブ凹所１０６の型面と、下型１１０に配置済みのセパレーター７０の上面と、上下の型間の凸部１１４の側面とでキャビティ１２０が形成され、このキャビティ１２０に弾性シール部材６０の形成用材料が射出される。射出された材料は、例えばシリコーン系ゴム等の液状ゴムは、加硫を経て弾性シール部材６０を形成する。
【００３２】
この射出成形において、弾性シール部材６０の形成用材料は、キャビティ１２０に行き渡り、セパレーター７０に積層されたセル構成部材３０とその上下の多孔質体の周縁を取り囲んでこれらを一体化する弾性シール部材６０を形成する。こうして形成された弾性シール部材６０は、第１多孔質体４０の段差部位４２と平型面部１０２の型面の間に行き渡った材料で形成された段差部位上面部６１と、第１多孔質体４０とセル構成部材３０（詳しくは、保護フィルム３７）との間に行き渡った材料で形成された段差部位下面部６２と、第２多孔質体５０とセル構成部材３０（詳しくは、保護フィルム３７）との間に行き渡った材料で形成された多孔質体上面部６３とを備えることになる。この場合、第１多孔質体４０は目止め部位４１を備え、第２多孔質体５０は目止め部位５１を備えることから、弾性シール部材６０の形成用材料は、第１多孔質体４０と第２多孔質体５０の中央側部位に含浸することはない。
【００３３】
射出成形後には、上型１００と下型１１０の型開きと、射出成型品である電池セル２０を脱型して（ステップＳ２１４）、電池セル２０を得る。得られた電池セル２０は、既述したように所定枚数が積層されて燃料電池１０を構成する。
【００３４】
以上説明した本実施例の電池セル２０では、弾性シール部材６０によりその周縁においてセル構成部材３０と一体化された第１多孔質体４０は、その中央側部位より薄肉に備える段差部位４２を弾性シール部材６０の内部に位置させる。このため、弾性シール部材６０は、その成型時において、第１多孔質体４０の段差部位４２の上面側に段差部位上面部６１を形成し、段差部位４２とセル構成部材３０周縁の保護フィルム３７との間に段差部位下面部６２を形成して備える。よって、弾性シール部材６０は、第１多孔質体４０の周縁部位である段差部位４２を多孔質体厚み方向の上下で挟むことになる。この結果、仮に、第１多孔質体４０にその周縁が剥がれるような力が作用しても、例えば脱型の際の上型１００の平型面部１０２の型面と第１多孔質体４０との密着力が第１多孔質体４０の周縁を引き剥がすように第１多孔質体４０に作用しても、弾性シール部材６０は、多孔質体周縁の段差部位４２において、その外表面の側から段差部位４２を上記の力に抗して段差部位上面部６１で押さえるように機能する。脱型の際の密着力に限らず、他の力が第１多孔質体４０の周縁を剥がすように作用しても同様である。例えば、電池セル２０は、締結力を受けているので、セル構成部材３０のアノード側ガス拡散層３４は圧縮を受けたバネ様の作用をなし、締結力解放の際に、アノード側ガス拡散層３４は第１多孔質体４０を持ち上げるよう力を及ぼし、この力は、第１多孔質体４０の周縁を剥がすように作用する。この力に対しても、弾性シール部材６０は、その段差部位上面部６１により段差部位４２を押さえるように機能する。以上より、本実施例の電池セル２０によれば、第１多孔質体４０の周縁の剥がれを高い実効性で防止できる。
【００３５】
また、本実施例の電池セル２０では、段差部位４２をプレス体Ｐにて押し潰して段差４３を有する段差状としたので、段差部位４２の強度を押し潰しにより高めることができる。このため、弾性シール部材６０の段差部位上面部６１による段差部位４２の押さえ効果が増して、第１多孔質体４０の周縁の剥がれ防止の実効性がより高まる。
【００３６】
また、本実施例の電池セル２０は、その第１多孔質体４０において、段差部位４２より内側に目止め部位４１を備え、この目止め部位４１により、弾性シール部材６０の形成用材料の含浸を回避するようにした。このため、弾性シール部材６０にて第１多孔質体４０の周縁の剥がれを防止した上で、第１多孔質体４０の中央側部位でのガス拡散供給を確保できる。
【００３７】
そして、本実施例の電池セル製造方法によれば、第１多孔質体４０の周縁の剥がれ防止の実効性を備えた電池セル２０を容易に製造できる。しかも、製造された電池セル２０は、弾性シール部材６０にて周縁を一体化したセル構成部材３０と第１多孔質体４０と第２多孔質体５０とをセパレーター７０に積層済みであるので、本実施例の電池セル２０を積層・締結するだけで燃料電池１０を製造でき、燃料電池１０の組み付け性の向上や製造工程の削減の上から有益である。
【００３８】
また、本実施例の電池セル２０では、第１多孔質体４０の周縁に段差状の段差部位４２を形成したことから、次のような利点がある。図８は電池セル２０の利点を説明するための説明図である。
【００３９】
第１多孔質体４０は、金属多孔体である都合上、矩形形状へのカッティングに際して、通常は周縁にバリを有する。図８（Ａ）に示すように、仮に、第１多孔質体１４０がバリ１４１を有するままそのバリを外側に向けていると、図における上側に積層された電池セルのセパレーター７０にバリ１４１が当たる。バリ１４１は、電池セル締結により押し潰されるが、隣り合う電池セル間の接触状況が変わったり、バリ押し潰し箇所に不用意な空洞を残すことが有り得る。また、図８（Ｂ）に示すように、仮に、第１多孔質体１４０がバリ１４１をセル構成部材３０のＭＥＡ３２の側に向けていると、電池セル締結に際して、バリ１４１がＭＥＡ３２の損傷を招くことが危惧される。第２多孔質体１５０にあってもそのバリ１５１をＭＥＡ３２の側に向けていると、電池セル締結に際して、バリ１４１とバリ１５１の接触を招くことが危惧される。或いは、図８（Ｃ）に示すように、仮に、第２多孔質体１５０がバリ１５１をセパレーター７０の側に向けていると、セパレーター７０の上面側に、ガスパスカットを招く空洞を残すことが有り得る。このため、金属多孔体のカッティングと共に、バリ除去が必要となる。しかしながら、本実施例の電池セル２０では、第１多孔質体４０の周縁での段差部位４２の形成に際して、自ずからバリを除去できるので、バリ除去のための作業や工程が不要となり好ましい。
【００４０】
次に、他の実施例について説明する。図９は図５相当図であり第２実施例の第１多孔質体４０Ａをその作製の様子と弾性シール部材６０による一体化の様子と共に示す説明図である。
【００４１】
図示するように、この第１多孔質体４０Ａは、目止め部位４１より周縁側でくびれた有底部位４２Ａを備え、この有底部位４２Ａは、多孔質体表面からＶ字状に陥没した陥没部４３Ａを有する。その上で、この有底部位４２Ａを、弾性シール部材６０の射出成形前の状態では連続気孔を有するものとし、射出成形を経て、有底部位４２Ａに弾性シール部材６０の形成用材料を含浸させるようにした。つまり、有底部位４２Ａについては、図９（Ａ）に示すように回転切削工具ＳＣにて切削形成することで、連続気孔を潰さないようにする。そして、連続気孔が残った状態の有底部位４２Ａを有する第１多孔質体４０Ａを、図７に示した第１多孔質体４０に代えて型内にセットし、弾性シール部材６０を射出成形する。こうすれば、有底部位４２Ａの連続気孔には、射出成形の際に、弾性シール部材６０の形成用材料が含浸し、弾性シール部材６０は、図９（Ｂ）に示すように、陥没部４３Ａを埋めるようにして段差部位上面部６１を形成し、多孔質体下面には段差部位下面部６２を形成して備えることになる。
【００４２】
上記した第１多孔質体４０Ａを用いた第２実施例によっても、既述した効果を奏することがきるほか、次の利点がある。まず第１に、この第２実施例では、弾性シール部材６０は、陥没部４３Ａを段差部位上面部６１で埋めているので、弾性シール部材６０に図９における右方方向の力が加わっても、当該力に抗して弾性シール部材６０を保持できる。また、陥没部４３Ａを段差部位上面部６１で埋めた上で、その段差部位上面部６１で有底部位４２Ａを押さえるので、多孔質体４０周縁の剥がれ防止の実効性向上の上で望ましい。加えて、陥没部４３Ａを埋めた段差部位上面部６１と有底部位４２Ａの下面側の段差部位下面部６２とを、有底部位４２Ａの連続気孔に含浸して加硫した弾性シール部材６０の形成用材料で繋げて一体とできる。よって、弾性シール部材６０の段差部位上面部６１による有底部位４２Ａの押さえ効果と、有底部位４２Ａに含浸・加硫した弾性シール部材６０の形成用材料によるアンカー効果とで、第１多孔質体４０Ａの周縁の剥がれ防止の実効性は、より一層高まる。この場合、有底部位４２Ａへの弾性シール部材６０の形成用材料の含浸は、有底部位４２Ａの内部にまで起きることが望ましいが、有底部位４２Ａの外表面近傍で起きれば、その外表面においてアンカー効果が得られる。本実施例では、有底部位４２Ａにおける陥没部４３ＡをＶ字状に陥没させたが、陥没部４３Ａの陥没形状は、Ｖ字状に限らず、Ｕ字状やピン角の凹形状とすることができる。
【００４３】
図１０は図４相当図であり第３実施例の電池セル２０Ａの要部を断面視しつつその一部を拡大して示す説明図である。
【００４４】
図示するように、第３実施例の電池セル２０Ａが備える第１多孔質体４０Ｂは、既述した目止め部位４１と段差部位４２との間に、気孔残置部位４４を備える。この気孔残置部位４４は、上記した有底部位４２Ａと同様、弾性シール部材６０の射出成形前の状態では連続気孔を有するものとし、射出成形を経て、弾性シール部材６０の形成用材料を含浸・加硫させる。こうした第１多孔質体４０Ｂを得るには、図５で説明した樹脂噴出ノズルＳによる目止め部位４１の形成箇所を、気孔残置部位４４を設ける分だけ中央側部位寄りとすれば、その後のプレス体Ｐによる段差部位４２の形成により、第１多孔質体４０Ｂの周縁部に、目止め部位４１と気孔残置部位４４と段差部位４２がこの順に並ぶこととなる。そして、連続気孔が残った気孔残置部位４４を有する第１多孔質体４０Ｂを、図７に示した第１多孔質体４０に代えて型内にセットし、弾性シール部材６０を射出成形する。こうすれば、気孔残置部位４４の連続気孔では、射出成形の際に、弾性シール部材６０の形成用材料が含浸して加硫する。
【００４５】
上記した第１多孔質体４０Ｂを用いた第３実施例の電池セル２０Ａによっても、既述した第２実施例と同様の効果を奏することがきる。つまり、段差部位４２を押さえる作用を果たす段差部位上面部６１は、気孔残置部位４４の内部にまで含浸・加硫した弾性シール部材６０の形成用材料で段差部位下面部６２と繋がることによるアンカー効果、或いは、気孔残置部位４４と段差部位上面部６１との界面におけるアンカー効果により、第１多孔質体４０Ｂの周縁の剥がれ防止の実効性は、より一層高まる。
【００４６】
図１１は図１０相当図であり第４実施例の電池セル２０Ｂの要部を断面視しつつその一部を拡大して示す説明図である。この実施例では、セパレーター７０に接合する第２多孔質体５０Ａについて、陥没部や段差部位を形成した点に特徴がある。
【００４７】
図示するように、電池セル２０Ｂが有する第２多孔質体５０Ａは、既述した第１多孔質体４０が有する目止め部位４１と同様の目止め部位５１を多孔質体周縁に備え、その目止め５１に並べて陥没部５３と最外周縁部位５２とを備える。陥没部５３は、第１多孔質体４０Ａの陥没部４３Ａと同様にＶ字状に陥没形成され、そのＶ字の深さに相当する段差の分だけ、第２多孔質体５０の中央側部位より薄くなる。最外周縁部位５２は、第２多孔質体５０の中央側部位と同じ厚みで形成されている。そして、この最外周縁部位５２と陥没部５３は、第１多孔質体４０Ａの有底部位４２Ａと同様、弾性シール部材６０の射出成形前の状態では連続気孔を有するものとし、射出成形を経て、弾性シール部材６０の形成用材料を含浸・加硫させる。電池セル２０Ｂの製造の際には、連続気孔が残った状態の最外周縁部位５２と陥没部５３を有する第２多孔質体５０Ａを、図７に示した第２多孔質体５０に代えて型内にセットする。この際、陥没部５３がセル構成部材３０のＭＥＡ３２の側に向くようにした上で、弾性シール部材６０を射出成形する。こうすれば、最外周縁部位５２と陥没部５３の連続気孔には、射出成形の際に、弾性シール部材６０の形成用材料が含浸する。
【００４８】
こうした弾性シール部材６０の形成用材料の射出の際には、射出圧力を受けて弾性シール部材６０の形成用材料が流れ込む。この材料流れ込みにより、ＭＥＡ３２が射出圧力を受けて保護フィルム３７とともに図示するように湾曲して、第２多孔質体の周縁表面にＭＥＡ３２の保護フィルム３７が乗り上げてしまうことが起き得る。仮に、ＭＥＡ３２の保護フィルム３７が第２多孔質体表面に乗り上げて当該周縁表面を覆ったまま何の対処も行わないとすると、カソード側ガス拡散層３６の周縁端側のＭＥＡ３２の基部領域６０Ｓに弾性シール部材６０の形成用材料が行き渡らず、基部領域６０Ｓに空隙を残すことが危惧される。
【００４９】
しかしながら、上記した第２多孔質体５０Ａを用いた第４実施例の電池セル２０Ｂでは、図１１の拡大部分に示すように、弾性シール部材６０の形成用材料の射出に伴い、弾性シール部材６０の形成用材料は、連続気孔を有する状態の最外周縁部位５２の側から、当該部位とその隣の陥没部５３の連続気孔に図中矢印Ｘで示すように順次含浸する。その上で、弾性シール部材６０の形成用材料は、陥没部５３の表面から抜け出して、カソード側ガス拡散層３６の周縁端側のＭＥＡ３２の基部領域６０Ｓにまで達する。つまり、射出された弾性シール部材６０の形成用材料は、最外周縁部位５２と陥没部５３の内部に含浸した上で、基部領域６０Ｓについても当該領域を埋め尽くして加硫する。このため、第４実施例の電池セル２０Ｂによれば、基部領域６０Ｓに空隙を残さないので、基部領域６０Ｓに空隙が残っている場合の不具合、例えば当該空隙への生成水の滞留・濃縮による部品劣化やこれに伴う性能低下等を回避できる。また、弾性シール部材６０は、基部領域６０Ｓおよび陥没部５３を埋め尽くすシール部材部位と最外周縁部位５２と陥没部５３に含浸・加硫した弾性シール部材６０の形成用材料によるアンカー効果により、セル構成部材３０とその上下の多孔質体周縁の一体化の確実化をもたらすことができる。
【００５０】
本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の態様で実施可能である。例えば、セル構成部材３０を、ＭＥＡ３２とその上下のアノード側ガス拡散層３４とカソード側ガス拡散層３６を有するものとしたが、アノード・カソード側のガス拡散層を有しない形態とすることもできる。また、ＭＥＡ３２については、その周縁に保護フィルム３７を有するものとしたが、保護フィルム３７を有しない形態とすることもできる。
【００５１】
また、第１多孔質体４０と第２多孔質体５０とを異なる形態としたが、同じ物を用いることもできる。例えば、図１０に示す電池セル２０Ａにおいて、第２多孔質体５０を第１多孔質体４０Ｂと同一の形状の多孔質体として、段差部位４２の段差４３がセパレーター７０の表面側に位置するようにすることもできる。こうすれば、仮にＭＥＡ３２が上記したように湾曲しても、弾性シール部材６０の形成用材料は、段差部位４２とセパレーター７０の表面との間を経て気孔残置部位４４に含浸した当該部位を通過した後、基部領域６０Ｓにまで達して当該領域を弾性シール部材６０の形成用材料で埋め尽くすことができる。
【００５２】
図１１に示す電池セル２０Ｂにおいて、第１多孔質体４０を第２多孔質体５０Ａと同一の形状の多孔質体として、陥没部５３が電池セル外表面側に位置するようにすることもできる。こうすれば、弾性シール部材６０は、電池セル外表面側に位置してＶ字状段差分だけ薄い陥没部５３を弾性シール部材６０の形成用材料で埋め尽くしたシール部材部位により陥没部５３の押さえつけと、当該シール部材部位と最外周縁部位５２および陥没部５３に含浸・加硫した弾性シール部材６０の形成用材料とのアンカー効果により、多孔質体周縁を高い実効性で防止できる。
【００５３】
また、図４や図１０において、段差部位４２を第１多孔質体周縁の下面側に形成したが、電池セル外表面の側から段差４３を持って形成されていれば、段差部位４２を第１多孔質体周縁端部の中央に形成することもできる。
【符号の説明】
【００５４】
１０…燃料電池
１１…酸化ガス供給マニホールド
１２…酸化ガス排出マニホールド
１３…燃料ガス供給マニホールド
１４…燃料ガス排出マニホールド
１５…冷却媒体供給マニホールド
１６…冷却媒体排出マニホールド
２０、２０Ａ〜２０Ｂ…電池セル
３０…セル構成部材
３４…アノード側ガス拡散層
３６…カソード側ガス拡散層
３７…保護フィルム
４０、４０Ａ〜４０Ｂ…第１多孔質体
４１…目止め部位
４２…段差部位
４２Ａ…有底部位
４３…段差
４３Ａ…陥没部
４４…気孔残置部位
５０、５０Ａ…第２多孔質体
５１…目止め部位
５２…最外周縁部位
５３…陥没部
６０…弾性シール部材
６０Ｓ…基部領域
６１…段差部位上面部
６２…段差部位下面部
６３…多孔質体上面部
６４…リブ突起
６５…凹所
７０…セパレーター
７１…第１プレート
７２…第２プレート
７３…中間プレート
１００…上型
１０２…平型面部
１０４…シール部形成凹所
１０６…リブ凹所
１０７…射出口
１１０…下型
１１２…セパレーター凹所
１１４…凸部
１２０…キャビティ
Ｓ…樹脂噴出ノズル
Ｐ…プレス体
ＳＣ…回転切削工具
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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