(57)【要約】【課題】製造コストをかけることなく、ＭＥＡモジュールの性能バラツキを抑えることができ、出力性能を高めることができる燃料電池モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】膜電極接合体１１１をフレーム１１３で保持したＭＥＡモジュール１１と、ＭＥＡモジュール１１１の裏表両面に重なって、裏表両側から押圧されてフレーム１１３に接着される一対のセパレーター１２と、を含む組み合わせを少なくとも一組備え、積層されて燃料電池スタックになる燃料電池モジュールであって、裏表両側からの押圧力に抗してＭＥＡモジュール１１１の厚さ方向ピッチを揃える間隔保持構造１１３，１２を有することを特徴とする。【選択図】図２
2010272474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体をフレームで保持したＭＥＡモジュールと、
前記ＭＥＡモジュールの裏表両面に重なって、裏表両側から押圧されて前記フレームに接着される一対のセパレーターと、
を含む組み合わせを少なくとも一組備え、積層されて燃料電池スタックになる燃料電池モジュールであって、
裏表両側からの押圧力に抗してＭＥＡモジュールの厚さ方向ピッチを揃える間隔保持構造を有する、
ことを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記間隔保持構造は、裏表両側から押圧されたときに、前記セパレーターがフレーム及び隣設モジュールのセパレーターに直接当接することでＭＥＡモジュールの厚さ方向ピッチを揃える構造である、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記フレームは、裏表両面に突出する凸部を含み、
前記間隔保持構造は、裏表両側から押圧されたときに、直接当接しあって隣設しているモジュールのセパレーターを、そのモジュールのフレーム凸部が直接挟持することでＭＥＡモジュールの厚さ方向ピッチを揃える構造である、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記セパレーターは、凹凸状であり
前記間隔保持構造は、裏表両側から押圧されたときに、隣設しているモジュールのセパレーターの凸部同士が直接当接することでＭＥＡモジュールの厚さ方向ピッチを揃える構造である、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記セパレーターは、凹凸状であり
前記間隔保持構造は、裏表両側から押圧されたときに、隣設しているモジュールのセパレーターの凸部と凹部とが直接当接することでＭＥＡモジュールの厚さ方向ピッチを揃える構造である、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記セパレーターと、ＭＥＡモジュールのフレーム又は隣設モジュールのセパレータと、を接着する接着材が、裏表両側から押圧されて流出したときに、プールされる空間を備える、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項７】
前記セパレーターと、ＭＥＡモジュールのフレーム又は隣設モジュールのセパレータと、を接着する接着材が、裏表両側から押圧されて流出したときに、空気を抜く空気抜き通路を備える、
ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項８】
積層されて燃料電池スタックになる燃料電池モジュールの製造方法であって、
接着材を塗布して、膜電極接合体をフレームで保持したＭＥＡモジュールの裏表両面に一対のセパレーターを重ねる積み重ね工程と、
ＭＥＡモジュールの厚さ方向ピッチが間隔保持構造によって揃うまで、重ねられたセパレーターを裏表両側から押圧することで、そのセパレーターをＭＥＡモジュールのフレームに接着する押圧工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
旧来から、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly；ＭＥＡ)の外周に、別部材であるガスケットを配置して積層することで燃料電池スタックを製造している。
【０００３】
そして近時は、膜電極接合体ＭＥＡの外周に樹脂フレームを一体成形してＭＥＡモジュールの裏表両面にセパレーターを接着固定して燃料電池モジュールを製造し、その燃料電池モジュールを積層することで燃料電池スタックを製造する方法が開発されつつある。
【０００４】
ところがこのような製造方法では、接着材層の厚さがバラつきやすい。接着材層の厚さがバラつけば、積層して両側から加圧したときの反力が異なることとなり、膜電極接合体の電極反応部分の圧力分布が不均一となるので、所望の出力性能が出ないおそれがある。
【０００５】
そこで特許文献１では、ビーズ入り接着材を使用することで、接着材層の厚さが薄くなりすぎることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３５２８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ビーズ入り液材は材料コストが高くなる。また塗布作業が繁雑であり、この点においても製造コストが上昇する。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、製造コストをかけることなく、ＭＥＡモジュールの性能バラツキを抑えることができ、出力性能を高めることができる燃料電池モジュール及びそ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】
【０００９】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【００１０】
本発明は、膜電極接合体をフレームで保持したＭＥＡモジュールと、前記ＭＥＡモジュールの裏表両面に重なって、裏表両側から押圧されて前記フレームに接着される一対のセパレーターと、を含む組み合わせを少なくとも一組備え、積層されて燃料電池スタックになる燃料電池モジュールに関する。そして裏表両側からの押圧力に抗してＭＥＡモジュールの厚さ方向ピッチを揃える間隔保持構造を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、間隔保持構造によって裏表両側からの押圧力に抗してＭＥＡモジュールの厚さ方向ピッチが揃うので、製造コストをかけることなく、ＭＥＡモジュールの性能バラツキを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による燃料電池モジュールを使用する燃料電池の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明による燃料電池モジュールの第１実施形態の断面を拡大した図である。
【図３】本発明による燃料電池モジュールの第１実施形態を製造する方法を示す図である。
【図４】本発明による燃料電池モジュールを使用して燃料電池スタックを製造する方法を示す図である。
【図５】本発明による燃料電池モジュールの第２実施形態の断面を拡大した図である。
【図６】本発明による燃料電池モジュールの第２実施形態の樹脂フレームの製造方法を説明する図である。
【図７】本発明による燃料電池モジュールの第２実施形態を製造する方法を示す図である。
【図８】本発明による燃料電池モジュールを使用して燃料電池スタックを製造する方法を示す図である。
【図９】本発明による燃料電池モジュールの第３実施形態の断面を拡大した図である。
【図１０】本発明による燃料電池モジュールの第４実施形態を製造する方法を示す図である。
【図１１】本発明による燃料電池モジュールを使用して燃料電池スタックを製造する方法を示す図である。
【図１２】本発明による燃料電池モジュールの他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明による燃料電池モジュールを使用する燃料電池の一例を示す斜視図であり、図１(Ａ)は分解状態を示し、図１(Ｂ)はアッセンブリー状態を示す。
【００１４】
燃料電池１は、所定枚数の燃料電池モジュール１０の周囲を締結板２４及び補強板２５で挟んだ構造である。
【００１５】
燃料電池モジュール１０は、ＭＥＡモジュール１１の裏表両面にセパレーター１２が配置された組み合わせを少なくとも一組以上含む。本実施形態では、ＭＥＡモジュール１１の裏表両面にセパレーター１２が配置された組み合わせを２組含んだ構成を例示して説明する。
【００１６】
燃料電池モジュール１０の積層方向(押圧方向)の両端には、一対の集電板２１を配置する。そして一方の集電板２１(図１(Ａ)では奥の集電板２１)にスペーサー２２を配置する。さらにこの両外側にはエンドプレート２３を配置する。エンドプレート２３は金属製又は樹脂製である。そして燃料電池モジュール１０の周囲を締結板２４及び補強板２５で挟む。
【００１７】
そして、エンドプレート２３、締結板２４及び補強板２５をボルト２６で締結する。
【００１８】
このようにすることで、図１(Ｂ)に示すような燃料電池スタック１を構成する。なお、ボルト２６の本数及びボルト孔の位置は一例である。
【００１９】
図２は、本発明による燃料電池モジュールの第１実施形態の断面を拡大した図である。図２(Ａ)は積層方向から押圧された状態を示し、図２(Ｂ)は押圧されていない状態を示す。
【００２０】
本実施形態の燃料電池モジュール１０は、ＭＥＡモジュール１１の裏表両面にセパレーター１２が配置された組み合わせを２組含む。
【００２１】
ＭＥＡモジュール１１は、樹脂フレーム１１３で膜電極接合体(ＭＥＡ)１１１を保持するとともに、膜電極接合体１１１の表裏両面にガス拡散層(Gas Diffusion Layer；ＧＤＬ)１１２が形成されている。
【００２２】
膜電極接合体１１は、イオン交換膜からなる電解質膜の両面に電極触媒層が形成される。電極触媒層は、たとえば白金Ｐｔ又は白金系合金をカーボン担体粉末上に担持させた触媒、電解質粒子(アイオノマ)及び撥水剤からなる混合層を電解質膜上に、ホットプレス又は直接噴霧することで形成される。
【００２３】
ガス拡散層１１２は、十分なガス拡散性及び導電性を有する部材、たとえばカーボン繊維で形成されており、弾性がある。なお、本実施形態では、ガス拡散層は電極触媒層として説明するが、一体成形でもよいし、機能的に一体なもの(たとえば電極触媒層にガス拡散層の機能を有するもの)を用いてもよい。
【００２４】
樹脂フレーム１１３は、硬質である。樹脂フレーム１１３は、少なくとも、表裏両側から押圧力を受けても変形しないほど高剛性である。
【００２５】
セパレーター１２は、たとえば金属製(望ましくはステンレス又はアルミニウム)である。セパレーター１２は、プレス(望ましくは順送プレス又はロールプレス)で成型される。セパレーター１２は、硬質である。セパレーター１２は、少なくとも、表裏両側から押圧力を受けても変形しないほど高剛性である。
【００２６】
セパレーター１２は、積層方向から押圧された状態(たとえばセパレーター１２を接着するときの状態)では図２(Ａ)に示すように、ＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３に直接当接している。このときセパレーター１２の当接面は、ガス拡散層１１２をも、押さえている。またセパレーター１２の接着面１２ａとＭＥＡモジュール１１との間には間隙があり、この間隙部分に接着材層１３が形成される。また背中合わせに直接当接するセパレーター１２の接着面１２ｂの間にも間隙があり、この間隙部分に接着材層１３が形成される。ＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３及びセパレーター１２が硬質なので、この押圧状態でも、ＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３及びセパレーター１２は変形しない。そのため間隙量が所定量に維持され、接着層の厚みが一定に保持されるとともに、ＭＥＡモジュール１１の厚さ方向ピッチが揃えられることとなる。すなわちこの当接しあって押圧力に抗して変形しない樹脂フレーム１１３及びセパレーター１２が請求項の間隔保持構造に相当する。そしてこの状態を保持することで、セパレーター１２が、接着材層１３を介してＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３や、隣接するセパレーター１２に接着する。このとき接着材層１３の厚みは一定になっている。
【００２７】
なおこれら間隙の周囲には、流動した接着材をプール可能な空間が存在する。
【００２８】
セパレーター１２を押圧状態から解放すると、図２(Ｂ)に示すように、セパレーター１２は、ガス拡散層１１２の圧縮反力を受けて、ＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３から離間する。なお図２(Ｂ)はセパレーター１２が樹脂フレーム１１３から大きく離間しているが、これは状態をデフォルメしてある。
【００２９】
しかしながら、再び、積層方向から押圧して燃料電池スタックの状態にすると、接着材層１３による反力が一定になる。そして膜電極接合体の電極反応部分の圧力分布が均一になるので、出力特性が向上するのである。
【００３０】
また流動した接着材をプール可能な空間が存在するので、接着材が機能に影響を及ぼす箇所への流入を規制できる。すなわちたとえば反応部分への流入による反応面積の減少・出力低下を防止できるのである。
【００３１】
さらにセパレーター１２は、金属材料をプレス成型して生産するので、低コストでありながら、形状再現性が高く、品質に対するコストが安価になる。また間隔保持構造が部品構造の一部であるため、部品点数・重量・構成の複雑化を抑制することができる。
【００３２】
図３は、本発明による燃料電池モジュールの第１実施形態を製造する方法を示す図である。
【００３３】
はじめに図３(Ａ)に示すように、接着材１３を塗布してＭＥＡモジュール１１の表裏両側にセーパレーター１２を重ねる(積み重ね工程＃１０１)。なお本実施形態の燃料電池モジュール１０は、ＭＥＡモジュール１１の裏表両面にセパレーター１２が配置された組み合わせを２組含んでいる。
【００３４】
続いて図３(Ｂ)に示すように、積層方向からセパレーター１２を押圧して接着する(押圧工程＃１０２)。このときセパレーター１２は、ＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３に直接当接している。この状態で、セパレーター１２が、接着材層１３を介してＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３や、隣接するセパレーター１２に接着する。ＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３及びセパレーター１２が硬質なので、この押圧状態でも、ＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３及びセパレーター１２は変形しない。そのため間隙量が所定量に維持され、接着層１３の厚みが一定に保持されるとともに、ＭＥＡモジュール１１の厚さ方向ピッチが揃えられることとなる。この状態で接着が完了すれば、接着材層１３の厚みが一定になる。
【００３５】
そして図３(Ｃ)に示すように、セパレーター１２を押圧状態から解放する(解放工程＃１０３)。これにより燃料電池モジュール１０が完成する。燃料電池モジュール１０のセパレーター１２は、ガス拡散層１１２の圧縮反力を受けて、ＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３から離間した状態になっている。なお図３(Ｃ)はセパレーター１２が樹脂フレーム１１３から大きく離間しているが、これは状態をデフォルメしてある。
【００３６】
図４は、本発明による燃料電池モジュールを使用して燃料電池スタックを製造する方法を示す図である。
【００３７】
はじめに図４(Ａ)に示すように、接着材を塗布して燃料電池モジュール１０を積層する(積層工程＃２０１)。なお本実施形態では、２つの燃料電池モジュール１０の積層状態だけを抜き出して示している。
【００３８】
続いて図４(Ｂ)に示すように、積層方向から燃料電池モジュール１０にスタック荷重をかけて燃料電池スタックにする(スタック工程＃２０２)。このとき上側燃料電池モジュールの最下セパレーター１２−１が下側燃料電池モジュールの最上セパレーター１２−２に直接当接し、接着材層１３を介して下側燃料電池モジュールのセパレーター１２−２に接着する。なお燃料電池スタックの状態では、セパレーター１２は、樹脂フレーム１１３からは微小距離離れるように寸法を設定しておくことが望ましい。このようにすれば、スタック荷重は間隔保持構造ではなく膜電極接合体のガス拡散層(ＧＤＬ)にかかることとなりピッチの差違がガス拡散層(ＧＤＬ)の弾性によって吸収されるからである。
【００３９】
本実施形態によれば、樹脂フレーム１１３及びセパレーター１２の剛性が高く、押圧力を受けても変形しない。そのためＭＥＡモジュール１１及びセパレーター１２を積層した状態で押圧力をかけて保持すれば、接着材層の厚みを一定にできる。そしてＭＥＡモジュールの厚さ方向ピッチが揃えられることとなり、ＭＥＡモジュールの性能バラツキを抑えることができる。
【００４０】
またこのようにして製造した燃料電池モジュールを使用して燃料電池スタックの状態にすると、接着材層による反力が一定になり、膜電極接合体ＭＥＡの電極反応部分の圧力分布が均一になるので、出力特性が向上するのである。
【００４１】
さらに、燃料電池スタックの状態において、セパレーター１２は、樹脂フレーム１１３からは微小距離離れるように寸法を設定しておけば、スタック荷重は間隔保持構造ではなく膜電極接合体のガス拡散層(ＧＤＬ)にかかることとなり、万一ピッチの差違があってもガス拡散層(ＧＤＬ)の弾性によって吸収される。燃料電池モジュールを製造する工程では、間隔保持構造によって荷重を受けてピッチを一定として接合するが、本構造によればスタックの運転状態においては膜電極接合体のガス拡散層(ＧＤＬ)部分に荷重が分配されるので、出力性能が向上する。また接着材層の厚みを大きく取ることができるので、モジュールが大きく変形しても十分に追従可能である。
【００４２】
さらにまた多層(２セル以上。望ましくは２０セル以下)のＭＥＡモジュールの接着においても接着材が膜形成する空間の形状(完成品としては接着剤の膜厚)を均一に保つことができ、多層モジュールの面圧が均一に保持され出力性能が向上する。
【００４３】
また接着材によって接合するモジュールにおいて積層時の接着剤膜厚を間隔保持構造の寸法によって任意に設定することができ、設計自由度及び接着材の適用種類が拡大する。
【００４４】
（第２実施形態）
図５は本発明による燃料電池モジュールの第２実施形態の断面を拡大した図であり、図５(Ａ)は樹脂フレームの近傍であり、図５(Ｂ)はセパレーターの接着部分の近傍である。
【００４５】
なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００４６】
本実施形態のＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３は、上下非対称である。樹脂フレーム１１３は、上面に３つの凸部１１３ａ〜１１３ｃが形成される。真中の凸部１１３ａを中心として左右両側に２つの凸部１１３ｂ，１１３ｃが形成される。図５では特に真中の凸部１１３ａを中心として左右対称に２つの凸部１１３ｂ，１１３ｃが形成される場合を例示した。そして２つの凸部１１３ｂ，１１３ｃの下側の面に２つの凸部１１３ｄ，１１３ｅが形成される。
【００４７】
セパレーター１２は、樹脂フレーム１１３の形状に合わせて成型されている。上側セパレーター１２−２は、ＭＥＡモジュール１１に直接当接した状態で樹脂フレーム１１３の凸部１１３ａとの間で間隙がある。この間隙に接着材層１３が形成され、上側セパレーター１２−２が樹脂フレーム１１３の凸部１１３ａに接着する。
【００４８】
下側セパレーター１２−１は、ＭＥＡモジュール１１に直接当接した状態で樹脂フレーム１１３との間で間隙がある。この間隙に接着材層１３が形成され、下側セパレーター１２−１が樹脂フレーム１１３に接着する。
【００４９】
また下側セパレーター１２−１は、上側セパレーター１２−２に直接当接した状態で上側セパレーター１２−２との間で間隙がある。この間隙に接着材層１３が形成され、下側セパレーター１２−１が上側セパレーター１２−２に接着する。
【００５０】
なお図５(Ｂ)の拡大図に示すように、接着部分の上側セパレーター１２−２と下側セパレーター１２−１とでは、勾配が異なる。このため勾配差によって生まれる空間が、流動した接着材をプール可能な空間となる。
【００５１】
２組の燃料電池モジュールを重ねて押圧すると、図５(Ａ)のように、下側燃料電池モジュールの凸部１１３ｂ，１１３ｃにセパレーター１２−２が直接当接する。そしてその上にセパレーター１２−１が直接当接する。そしてその上に上側燃料電池モジュールの凸部１１３ｄ，１１３ｅが直接当接する。そしてこの状態では、下側燃料電池モジュールの凸部１１３ａとセパレーター１２−２との間には間隙があり、この間隙に接着材層１３が形成される。またセパレーター１２−２とセパレーター１２−１との間にも間隙があり、この間隙に接着材層１３が形成される。さらにセパレーター１２−１と上側燃料電池モジュールの樹脂フレーム１１３との間にも間隙があり、この間隙に接着材層１３が形成される。
【００５２】
樹脂フレーム１１３及びセパレーター１２が硬質なので、この押圧状態でも、樹脂フレーム１１３及びセパレーター１２は変形しない。そのため間隙量が所定量に維持され、接着層の厚みが一定に保持されるとともに、ＭＥＡモジュール１１の厚さ方向ピッチが揃えられることとなる。すなわちこの当接しあって押圧力に抗して変形しない樹脂フレーム１１３及びセパレーター１２が請求項の間隔保持構造に相当する。そしてこの状態を保持することで、セパレーター１２が、接着材層１３を介してＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３や、隣接するセパレーター１２に接着する。このとき接着材層１３の厚みは一定になっている。
【００５３】
なお接着部分の上側セパレーター１２−２と下側セパレーター１２−１とでは、勾配が異なっており、勾配差によって生まれる空間が、流動した接着材をプール可能な空間となって、この点においても接着材層１３の厚みを一定に保持できる。
【００５４】
図６は、本発明による燃料電池モジュールの第２実施形態の樹脂フレームの製造方法を説明する図である。
【００５５】
図６(Ａ)に示すように、表裏両面にガス拡散層１１２が形成された膜電極接合体１１１を上型５１及び下型５２で挟持し、樹脂６０を射出する。
【００５６】
射出された樹脂が固まった後、上型５１及び下型５２を除去すると、図６(Ｂ)に示すように、凸部１１３ａ〜１１３ｅが形成された樹脂フレーム１１３が成型されるとともに、膜電極接合体１１１が樹脂フレーム１１３で鋳込まれて保持される。
【００５７】
図７は、本発明による燃料電池モジュールの第２実施形態を製造する方法を示す図である。
【００５８】
はじめに図７(Ａ)に示すように、接着材１３を塗布してＭＥＡモジュール１１の表裏両側にセーパレーター１２を重ねる(積み重ね工程＃１０１)。
【００５９】
続いて図７(Ｂ)に示すように、積層方向からセパレーター１２を押圧して接着する(押圧工程＃１０２)。このときセパレーター１２は、樹脂フレーム１１３の凸部１１３ｂ〜１１３ｅに直接当接している。この状態で、セパレーター１２が、接着材層１３を介して樹脂フレーム１１３の凸部１１３ａや、隣接するセパレーター１２に接着する。樹脂フレーム１１３及びセパレーター１２が硬質なので、この押圧状態でも、樹脂フレーム１１３及びセパレーター１２は変形しない。そのため間隙量が所定量に維持され、接着層１３の厚みが一定に保持されるとともに、ＭＥＡモジュール１１の厚さ方向ピッチが揃えられることとなる。この状態で接着が完了すれば、接着材層１３の厚みが一定になる。
【００６０】
そして図７(Ｃ)に示すように、セパレーター１２を押圧状態から解放する(解放工程＃１０３)。これにより燃料電池モジュール１０が完成する。燃料電池モジュール１０のセパレーター１２は、ガス拡散層１１２の圧縮反力を受けて、樹脂フレーム１１３から離間した状態になっている。
【００６１】
図８は、本発明による燃料電池モジュールを使用して燃料電池スタックを製造する方法を示す図である。
【００６２】
はじめに図８(Ａ)に示すように、接着材を塗布して燃料電池モジュール１０を積層する(積層工程＃２０１)。
【００６３】
続いて図８(Ｂ)に示すように、積層方向から燃料電池モジュール１０を押圧して燃料電池スタックにする(スタック工程＃２０２)。このとき上側燃料電池モジュールの最下セパレーター１２−１が下側燃料電池モジュールの最上セパレーター１２−２に直接当接し、接着材層１３を介して下側燃料電池モジュールのセパレーター１２−２に接着する。なお燃料電池スタックの状態では、セパレーター１２は、樹脂フレーム１１３からは微小距離離れるように寸法を設定しておけば、スタック荷重は間隔保持構造ではなく膜電極接合体のガス拡散層(ＧＤＬ)にかかることとなりピッチの差違がガス拡散層(ＧＤＬ)の弾性によって吸収される。燃料電池モジュールを製造する工程では、間隔保持構造によって荷重を受けてピッチを一定として接合するが、本構造によればスタックの運転状態においては膜電極接合体のガス拡散層(ＧＤＬ)部分に荷重が分配されるので、出力性能が向上する。また接着材層の厚みを大きく取ることが可能なので、モジュールが大きく変形しても十分に追従可能である。
【００６４】
本実施形態では、真中の凸部１１３ａを中心として左右両側に２つの凸部１１３ｂ，１１３ｃが形成され、そしてその下側の面に２つの凸部１１３ｄ，１１３ｅが形成することで、間隔保持構造とした。このようにすれば、接着材層１３の形成部分の両側に間隔保持構造が配置されるので、間隔保持構造の剛性が両持ちになることで向上する。なお本実施形態では、真中の凸部１１３ａを中心として左右両側に間隔保持構造を形成したが、さらに個数を増やしてもよい。そのようにすれば、ひとつの間隔保持構造の剛性が低くても、複数個設定することで必要な剛性を確保でき、レイアウトの自由度が向上する。
【００６５】
また間隔保持構造を特に部品構造の樹脂フレーム１１３の変形で対応したので、部品点数・重量・構成の複雑化を抑制することができる。またＭＥＡモジュールの製造工程において、低コストでありながら、形状再現性が高く、品質に対するコストが安価になる。
【００６６】
さらに接着部分の上側セパレーター１２−２と下側セパレーター１２−１とでは、勾配を変え、勾配差によって生まれる空間が、流動した接着材をプール可能な空間とした。このようにセパレーターで空間を形成することは、成型が容易であるので、製造コストを抑制できる。
【００６７】
また本実施形態によれば、セパレーターの凹凸形状を位置決め基準とすることができる。
【００６８】
さらに接着材近傍に間隔保持構造を設定する。間隔保持構造はセパレーター又は膜電極接合体の中に複数個設定されている。これによりセパレーターや膜電極接合体に反り・うねりがあっても接着材の近傍に間隔保持構造があるので、積層時の接着材膜厚を均一に保持することができる。
【００６９】
（第３実施形態）
図９は、本発明による燃料電池モジュールの第３実施形態の断面を拡大した図である。
【００７０】
本実施形態では、下側燃料電池モジュールのセパレーター１２−２の接着面の幅が上側燃料電池モジュールのセパレーター１２−１の接着面の幅よりも長い。そのため、下側燃料電池モジュールのセパレーター１２−２を上側燃料電池モジュールのセパレーター１２−１に重ねたときに、空間１２ｃが密閉空間になる。そこで上側燃料電池モジュールのセパレーター１２−１及び／又は下側燃料電池モジュールのセパレーター１２−２の当接面の少なくとも一部が凹まされることで、余剰の接着材が流動可能になっている。
【００７１】
このようにすれば、密閉空間の空気混入による接着面積の減少による強度不足を回避することができる。密閉空間内の液材量による膜厚の形成を防止することができる。すなわち液剤が流れ出ないことにより、その液材料がそのまま膜圧に反映されてしまうことを防止することができる。
【００７２】
（第４実施形態）
図１０は、本発明による燃料電池モジュールの第４実施形態を製造する方法を示す図である。
【００７３】
はじめに図１０(Ａ)に示すように、接着材１３を塗布してＭＥＡモジュール１１の表裏両側にセーパレーター１２を重ねる(積み重ね工程＃１０１)。なお本実施形態の燃料電池モジュール１０は、ＭＥＡモジュール１１の裏表両面にセパレーター１２が配置された組み合わせを１組だけ含んでいる。
【００７４】
続いて図１０(Ｂ)に示すように、積層方向からセパレーター１２を押圧して接着する(押圧工程＃１０２)。このときセパレーター１２は、ＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３に直接当接している。この状態で、セパレーター１２が、接着材層１３を介してＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３に接着する。ＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３及びセパレーター１２が硬質なので、この押圧状態でも、ＭＥＡモジュール１１の樹脂フレーム１１３及びセパレーター１２は変形しない。そのため間隙量が所定量に維持され、接着層１３の厚みが一定に保持される。この状態で接着が完了すれば、接着材層１３の厚みが一定になる。
【００７５】
そして図１０(Ｃ)に示すように、セパレーター１２を押圧状態から解放する(解放工程＃１０３)。これにより燃料電池モジュール１０が完成する。
【００７６】
図１１は、本発明による燃料電池モジュールを使用して燃料電池スタックを製造する方法を示す図である。
【００７７】
はじめに図１１(Ａ)に示すように、接着材を塗布して燃料電池モジュール１０を積層する(積層工程＃２０１)。なお本実施形態では、２つの燃料電池モジュール１０の積層状態だけを抜き出して示している。
【００７８】
続いて図１１(Ｂ)に示すように、積層方向から燃料電池モジュール１０を押圧して燃料電池スタックにする(スタック工程＃２０２)。このとき上側燃料電池モジュールの最下セパレーター１２−１が下側燃料電池モジュールの最上セパレーター１２−２に直接当接し、接着材層１３を介して下側燃料電池モジュールのセパレーター１２−２に接着する。
【００７９】
本実施形態のように、燃料電池モジュール１０が、ＭＥＡモジュール１１の裏表両面にセパレーター１２が配置された組み合わせを１組だけ含んだ場合であっても、第１実施形態などと同様に製造することができる。
【００８０】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【００８１】
たとえば、図１２(Ａ)に示すようにセパレーターの接着部分の周囲の剛性を弱めて弾性変形可能に構成して、セパレーターで、接着材層の弾性を吸収するようにしてもよい。
【００８２】
さらにＭＥＡモジュールの具体的な形状は任意であり、たとえば図１２(Ｂ)のような形状であってもよい。
【００８３】
さらにまたＭＥＡモジュールの積層数も任意であり、上記説明においては望ましくは２０セル以下としたが、それよりも多くてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１  燃料電池
１０  燃料電池モジュール
１１  ＭＥＡモジュール
１１１  膜電極接合体(ＭＥＡ)
１１２  ガス拡散層(ＧＤＬ)
１１３  樹脂フレーム
１２  セパレーター
１３  接着材層
【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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【図１２】
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【図１】
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