(57)【要約】【課題】燃料電池の水素イオン反応部分を形成する各構成部材を組立てたときにできる隙間をふさいで、供給ガスの不要な流れを防止する。【解決手段】水素イオン反応部分となる触媒層付きのイオン伝導性化合物、集電板セパレーター、ガス拡散層及びガスケット材を組立てたときに出来る隙間に、組立て前にあらかじめ、加熱により体積が増加する膨張材もしくは発泡剤を含有した樹脂組成物を配置しておく。組立て後に加熱により体積を増加させることにより隙間を塞ぐ。他の方法として吸水もしくは吸湿により体積増加する吸水性樹脂を予め配置しておき吸水もしくは吸湿により体積を増加させることにより、隙間を塞ぐ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素イオン反応部である触媒層を有するイオン伝導性化合物層、
前記イオン伝導性化合物層の両面にそれぞれ配置され、前記イオン伝導性化合物層の前記触媒層に対向する領域に開口を有する２つのガスケット材、
前記２つのガスケット材のそれぞれの前記開口により前記触媒層の上に形成されるそれぞれの空間に配置されたガス拡散層、
前記空間内の前記ガス拡散層の外周と前記開口の内周との間の隙間の所定部分に配置した、加熱により膨張して体積が増加する膨張材もしくは発泡剤を含有する樹脂組成物、及び
前記２つのガスケット材のそれぞれの外面に密着し、前記それぞれの空間を密閉するように設けられた２つの集電板セパレータを有する燃料電池のセルであって、
前記樹脂組成物を加熱して膨張させ、前記空間内の前記隙間に充満させたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記膨張材もしくは発泡剤が、加熱により体積が増加する特性を有するマイクロカプセルを含むことを特徴とす請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記膨張材もしくは発泡剤が、所定の温度を越えると昇華して気化する特性をもつ有機物を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記膨張材もしくは発泡剤を含有する樹脂組成物は加熱により体積が元の２倍以上に増加するように調整されたものである請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記樹脂組成物は、連続使用可能な温度が６０℃以上である熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂である請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記樹脂組成物は、４０℃〜１５０℃の温度範囲内で硬化する熱硬化性樹脂である請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
水素イオン反応部である触媒層を有するイオン伝導性化合物層、
前記イオン伝導性化合物層の両面にそれぞれ配置され、前記イオン伝導性化合物層の前記触媒層に対向する領域に開口を有する２つのガスケット材、
前記２つのガスケット材のそれぞれの前記開口により前記触媒層の上に形成されるそれぞれの空間に配置されたガス拡散層、
前記空間内の前記ガス拡散層の外周と前記開口の内周との間の隙間の所定部分に配置した、吸水又は吸湿により膨張して体積が増加する吸水性樹脂、及び
前記２つのガスケット材のそれぞれの外面に密着し、前記それぞれの空間を密閉するように設けた２つの集電板セパレータを有する燃料電池のセルであって、
前記吸水性樹脂に吸水又は吸湿をさせて膨張させ、前記空間内の前記隙間に充満させることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
前記吸水性樹脂が、吸水もしくは吸湿により体積が２倍以上に増加する熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
水素イオン反応部である触媒層を有するイオン伝導性化合物層の両面にそれぞれ、前記イオン伝導性化合物層の前記触媒層に対向する領域に開口を有する２つのガスケット材を配置する工程、
前記２つのガスケット材のそれぞれの開口により、前記イオン伝導性化合物層の上に形成されるそれぞれの空間にガス拡散層を配置する工程、
前記空間内のガス拡散層と前記開口との間の隙間の所定部分に、加熱又は吸水、吸湿により膨張して体積が増加する樹脂組成物を配置する工程、及び
前記２つのガスケット材のそれぞれの外面に密着し、前記空間を密閉するように２つの集電板セパレータを配置する工程、及び
前記樹脂組成物を膨張させて、前記空間内の隙間に充満させる工程
を有する燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
前記樹脂組成物が、加熱により膨張する膨張材もしくは発泡剤を含有する請求項９記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１１】
前記膨張材もしくは発泡剤を含有する前記樹脂組成物を、前記触媒層を有するイオン伝導性化合物層の少なくとも一方の表面に予め配置する工程を有する請求項１０に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１２】
前記膨張材もしくは発泡剤を含有する前記樹脂組成物を、前記ガスケット材の開口の内周面の所定の位置に予め配置する工程を有する請求項１０に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１３】
前記膨張材もしくは発泡剤を含有する前記樹脂組成物を、前記ガス拡散層の外周面の所定の位置に予め配置する工程を有する請求項１０に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１４】
前記膨張材もしくは発泡剤を含有する前記樹脂組成物を、前記集電板セパレーターの少なくとも一方の表面に予め配置する工程を有する請求項１０に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１５】
前記膨張材もしくは発泡剤を含有する前記樹脂組成物を、前記触媒層を有するイオン伝導性化合物層、前記ガスケット材、前記ガス拡散層及び前記集電板セパレーター内の少なくとも１つのものの少なくとも１つの面又は側面に予め配置する工程を有する請求項１０に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１６】
前記樹脂組成物が、吸水、吸湿により体積が膨張する吸水性樹脂であることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１７】
前記吸水性樹脂を、前記触媒層付きのイオン伝導性化合物層の少なくとも一方の表面に予め配置する工程を有する請求項１６に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１８】
前記吸水性樹脂を、前記ガスケット材の開口の内周面の所定の位置に予め配置する工程を有する請求項１６に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１９】
前記吸水性樹脂を、前記ガス拡散層の外周の所定の位置に予め配置する工程を有する請求項１６に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項２０】
前記吸水性樹脂を、前記集電板セパレーターの少なくとも一方の表面に予め配置する工程を有する請求項１６に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項２１】
前記吸水性樹脂を、前記空間を形成する前記触媒層を有するイオン伝導性化合物層、前記ガスケット材、前記ガス拡散層、前記集電板セパレーター内の少なくとも１つのものの少なくとも１つの面に予め配置する工程を有する請求項１６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、水素イオン反応型の燃料電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の典型的な燃料電池では、所定の寸法及び厚みに作製した触媒層付きのイオン伝導性化合物層、ガス拡散層、ガスケット材及び集電板セパレータを、所定の順序で積み重ねてセルと呼ばれる単位ユニットを構成する。この単位ユニットを所望の電圧に応じて定まる数だけ積み重ねて、両端から全体に一定の荷重が加わるように締結し、セル構造の燃料電池を構成している。
【０００３】
この従来のセル構造の燃料電池の単位ユニットの一例を図９の分解斜視図を参照して説明する。図において、板状のカーボン等の導電体で作られたアノード側の集電板セパレータ１３Ａは、図の上面の中央領域に左右方向に長いジグザグの溝のガス流路溝１３Ｃを有し、この溝の両端はそれぞれガス供給孔１８Ａ及びガス排出孔１８Ｂに連通している。集電板セパレータ１３Ａの図９では見えない下面には、ガス流路溝１３Ｃに直交する方向に長いジグザグの溝であるガス流路溝１３Ｄ（図１０）が形成されており、この溝の両端はそれぞれガス供給孔１８Ｃ及びガス排出孔１８Ｄに連通している。図９の最上部のカソード側の集電板セパレータ１３Ｂは、前記の集電板セパレータ１３Ａと全く同じ構成を有している。
【０００４】
アノード側の集電板セパレータ１３Ａの上に、ガスケット材１５Ａを重ねる。ガスケット材１５Ａは、集電板セパレータ１３Ａのガス供給孔１８Ａ、１８Ｃ及びガス排出孔１８Ｂ、１８Ｄと同じ位置に、ガス供給孔１８Ａ、１８Ｃ及びガス排出孔１８Ｂ、１８Ｄを有し、ガス流路溝１３Ｃに対向する領域に開口である窓１８Ｅが形成されている。ガスケット材１５Ａの窓１８Ｅの中に、ガスケット材１５Ａとほぼ同じ厚みのガス拡散層１４Ａを配置する。ガス拡散層１４Ａ及びガスケット材１５Ａの上に、窓１８Ｅに対向する領域の下面に触媒層１２Ａを有し、上面に触媒層１２Ｂを有するイオン伝導性化合物層１２を積層する。イオン伝導性化合物層１２の、外形、ガス供給孔１８Ａ、１８Ｃ及びガス排出孔１８Ｂ、１８Ｄの位置と形状は前記ガスケット材１５Ａとほぼ同じである。イオン伝導性化合物層１２の上にガスケット材１５Ａと同じ構成のガスケット材１５Ｂを積層し、窓１８Ｅ内にガス拡散層１４Ｂを配置する。最後にガスケット材１５Ｂの上に、カソード側の集電板セパレータ１３Ｂを積み重ねて単位ユニットのセル１６が形成される。集電板セパレータ１３Ｂはガス流路溝１３Ｄを有する下面（図９では見えない面）がガス拡散層１４Ｂに対向しており、集電板セパレータ１３Ａのガス流路溝１３Ｃと集電板セパレータ１３Ｂのガス流路溝１３Ｄはそれぞれの長手方向が直交している。図１０は、図９の組立て後のセル１６のＸ−Ｘ断面図である。
【０００５】
図９のセル１６の、アノード側の集電板セパレータ１３Ａのガス供給孔１８Ａから燃料として水素ガスを供給する。導入溝１８Ｆを通って流入する水素ガスは集電板セパレータ１３Ａの表面に形成されたガス流路溝１３Ｃを通過する過程で、図１０に矢印２１Ａで示すように、ガス拡散層１４Ａの内部に拡散して拡がる。水素はイオン伝導性化合物層１２の下面に形成されている触媒層１２Ａの中の反応により水素イオンと電子に分離する。
【０００６】
集電板セパレータ１３Ｂのガス供給孔１８Ｃから酸化性ガスとして酸素ガス（通常は酸素を含む空気）を供給する。酸素ガスは集電板セパレータ１３Ｂの下面に形成されたガス流路溝１３Ｄを通過する過程で、矢印２１Ｄで示すようにガス拡散層１４Ｂの内部に拡散して拡がる。そしてイオン伝導性化合物層１２の上面に形成されている触媒層１２Ｂの中の反応により酸素イオンと電子に分離する。酸素イオンは、ガス拡散層１４Ａの内部を移動してきた水素イオンと反応して水を生成する。この水の生成反応で発生する電気エネルギーは、集電板セパレータ１３Ａと１３Ｂから外部に取り出される。
集電板セパレータ１３ａ、１３Ｂ、ガスケット材１５Ａ、１５Ｂ、及びイオン伝導性化合物層１２には、供給ガスを送り込むガス供給孔１８Ａ、１８Ｃ及びガス排出孔１８Ｂ、１８Ｄが、必要に応じて複数個形成されている。
【特許文献１】特表平８−５０７４０３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の構成のセル（燃料電池では、水素イオン反応を起こすセル以外にも、全体を一定温度に保持するための冷却回路用のセルも存在するが、本発明の説明におけるセルとは水素イオン反応を起こすセルのことである。）では、図１０及び図１１に示すように、触媒層１２Ａ、１２Ｂを有するイオン伝導性化合物層１２、集電板セパレータ１３Ａ、１３Ｂ、ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂ及びガスケット材１５Ａ、１５Ｂを組立てたとき、ガスケット材１５Ａ、１５Ｂの窓１８Ｅの内周面とガス拡散層１４Ａ、１４Ｂの外周面との間にそれぞれ隙間（空間）１７Ａ、１７Ｂが出来るのを避けることができない。隙間１７Ａ、１７Ｂは、図１０のXI−XI断面図である図１１に示すように、ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂの周囲にできる。これは以下の理由による。ガスケット材１５Ａの窓１８Ｅに装着されるガス拡散層１４Ａは、組立工程で窓１８Ｅ内に容易に入れることができるように、窓１８ｅの寸法よりも若干小さく作られている。そのため窓１８Ｅにガス拡散層１４Ａを装着したとき周囲に隙間１７Ａができる。このことはガスケット材１５Ｂの窓１８Ｅとガス拡散層１４Ｂとの間においても同様で隙間１７Ｂができる。この隙間１７Ａにより、供給する燃料ガス（例えば水素ガス）の一部が、電極反応に寄与するガス拡散層１４Ａの中を通らずに、ガス通過時の抵抗が極めて小さい隙間１７Ａの中を矢印２１Ｂ、２１Ｃで示すように通過して、電極反応をしないまま導出溝１８Ｇを経てガス排出孔１８Ｂから排出されてしまう。つまり水素イオン反応に有効に利用されることなく、セル外に排出される供給ガスが多く、燃料ガスのロスが多いと言う問題を有していた。
【０００８】
同様にして、供給する酸素ガス（例えば空気）の一部が、水素イオン反応に寄与するガス拡散層１４Ｂの中を通らずに、矢印２１Ｅで示すようにガス通過時の抵抗が極めて小さい隙間１７Ｂの中を通過して、電極反応をしないままガス排出孔１８Ｄから排出されてしまう。つまりイオン伝導性化合物層１２の中を通過してきた水素が無駄なく酸素と反応して水と電気エネルギーに変換できないため、効率の低下を招くという問題を有していた。また酸素が不足すると、生成した水がガス拡散層１４Ｂからセルの外に運び出されないことがあった。そのため所望の電力を得るために、ガス供給孔１８Ａ、１８Ｃの両方から必要以上に過剰な供給ガスを供給する必要があり供給ガスのロスが非常に多かった。
図１０に示す隙間１７Ａ及び１７Ｂをできるだけ小さくするためには、ガスケット材１５Ａ、１５Ｂ及びガス拡散層１４Ａ、１４Ｂの設計において、寸法公差を小さくして精度の高い部品加工をする必要がある。しかし部品の加工公差を小さくすることは構成部材の個々のバラツキによっては嵌合できずに組立てが不可能になる場合もあり、現実的に不可能である。また、寸法公差を小さくすれば、加工コスト及び組立コストが増加するのを避けられない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記従来の問題を解決するもので、燃料電池のセルの各構成部材のいずれかに膨張材もしくは発泡剤を含有した樹脂組成物をあらかじめ付加しておき、セルの組立後に樹脂組成物を加熱して樹脂組成物の体積を増加させて各構成部材間の隙間を塞ぐ。また他の方法として、各構成部材のいずれかにあらかじめ吸水性樹脂を付加しておき、組立完了後に吸水もしくは吸湿させて吸水性樹脂の体積を増加させて各構成部材間の隙間を塞ぐ。
【００１０】
本発明の燃料電池は、水素イオン反応部である触媒層を有するイオン伝導性化合物層、前記イオン伝導性化合物層の両面にそれぞれ配置され、前記イオン伝導性化合物層の前記触媒層に対向する領域に開口を有する２つのガスケット材、前記２つのガスケット材のそれぞれの前記開口により前記触媒層の上に形成されるそれぞれの空間に配置された拡散層、前記空間内の前記ガス拡散層の外周と前記開口の内周との間の隙間の所定部分に配置した、加熱により膨張して体積が増加する膨張材もしくは発泡剤を含有する樹脂組成物、及び前記２つのガスケット材のそれぞれの外面に密着し、前記それぞれの空間を密閉するように設けられた２つの集電板セパレータを有する燃料電池のセルであって、前記樹脂組成物を加熱して膨張させ、前記空間内の前記隙間に充満させたことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、燃料電池のセル内にあらかじめ配置した膨張材又は発泡剤を含有する樹脂組成物をセルの組立後に加熱する。加熱によって樹脂組成物は流動性をもつとともに膨張する。膨張した樹脂組成物はセルを構成する各要素間の隙間に入り込み、各要素の製作時の公差により生じる隙間に充満する。加熱終了後、樹脂組成物は前記の隙間に充満したまま固化するので、隙間は樹脂組成物で塞がれる。
【００１２】
本発明の他の観点の燃料電池は、水素イオン反応部である触媒層を有するイオン伝導性化合物層、前記イオン伝導性化合物層の両面にそれぞれ配置され、前記イオン伝導性化合物層の前記触媒層に対向する領域に開口を有する２つのガスケット材、前記２つのガスケット材のそれぞれの前記開口により前記触媒層の上に形成されるそれぞれの空間に配置されたガス拡散層、前記空間内の前記ガス拡散層の外周と前記開口の内周との間の隙間の所定部分に配置した、吸水又は吸湿により膨張して体積が増加する吸水性樹脂、及び前記２つのガスケット材のそれぞれの外面に密着し、前記それぞれの空間を密閉するように設けた２つの集電板セパレータを有する燃料電池のセルであって、前記吸水性樹脂に吸水又は吸湿をさせて膨張させ、前記空間内の前記隙間に充満させることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、燃料電池のセル内にあらかじめ配置した吸水性樹脂に、セルの組立後に吸水又は吸湿させて体積を増加させる。吸水性樹脂は、その体積が増加する過程でセルを構成する各要素間の隙間に入り込み、各要素の製作時の公差により生じる隙間に充満する。燃料電池は動作中に水（Ｈ2Ｏ）を生成するので、吸水性樹脂はこの水を吸収して常に体積が膨張した状態を保つことができる。
【００１４】
本発明の燃料電池の製造方法は、水素イオン反応部である触媒層を有するイオン伝導性化合物層の両面にそれぞれ、前記イオン伝導性化合物層の前記触媒層に対向する領域に開口を有する２つのガスケット材を配置する工程、前記２つのガスケット材のそれぞれの開口により、前記イオン伝導性化合物層の上に形成されるそれぞれの空間にガス拡散層を配置する工程、前記空間内のガス拡散層と前記開口との間の隙間の所定部分に配置した、加熱又は吸水、吸湿により膨張して体積が増加する樹脂組成物を配置する工程、及び前記２つのガスケット材のそれぞれの外面に密着し、前記空間を密閉するように２つの集電板セパレータを配置する工程、及び前記樹脂組成物を加熱し又は吸水、吸湿させて膨張させて、前記空間内の隙間に充満させる工程を有することを特徴とする。
【００１５】
この発明の燃料電池の製造方法によれば、燃料電池を構成する各要素の製造時の公差によって生じる各要素間の隙間を、組立後の加熱、又は吸水、吸湿による前記樹脂組成物の膨張より塞ぐことができる。従って前記の公差が多少大きくても完成後の燃料電池の性能に悪影響を与えることはない。許容公差を大きくすれば各要素の製造コストを低減できるので、トータルでは燃料電池のコストダウンにつながる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料電池の各構成部材の製造時の公差により組立て後に生じる空間（隙間）を加熱又は吸水吸湿により膨張する樹脂組成物によりほぼ完全に塞ぐことができる。そのため供給ガスである、アノード側の燃料ガス（例えば水素ガス）及び、カソード側の酸素ガス（例えば空気）がこの空間へ回り込むのを大幅に低減することができる。これにより供給ガスの全てを水素イオン反応を起こすべき部分に有効に供給することができ、供給ガスのロスを防止して燃料電池の効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の燃料電池の好適な実施例を、図１から図８を参照して説明する。
《実施例１》
【００１８】
本発明の実施例１の燃料電池を図１から図５を参照して説明する。図１は、実施例１の燃料電池の１つのセル３６の分解斜視図である。図１において、図９に示す従来の燃料電池と同じ要素には同じ符号を付しており、その構成は従来のものと同じである。図２は図１に示す各要素のII−II部分側断面図である。図３は図１の燃料電池を組立てた状態における部分断面図である。
図１において、アノード側の集電板セパレータ１３Ａは板状の導体であり、表面の中央領域に、並行するジグザグの溝によるガス流路溝１３Ｃが図の左右方向に形成されている。ガス流路溝１３Ｃの右端部は導入溝１８Ｆを経てガス供給孔１８Ａに連通しており、左端部は導出溝１８Ｇを経てガス排出孔１８Ｂに連通している。
【００１９】
集電板セパレータ１３Ａの上にガスケット材１５Ａが積層されている。ガスケット材１５Ａは絶縁材であり、前記の集電板セパレータ１３Ａとほぼ同形状である。ガスケット材１５Ａの、集電板セパレータ１３Ａのガス流路溝１３Ｃに対向する中央領域には開口である窓１８Ｅが形成されている。窓１８Ｅの中にガス拡散層１４Ａが配置されている。ガス拡散層１４Ａを含むガスケット材１５Ａの上にイオン伝導性化合物層１２が積層されている。イオン伝導性化合物層１２は、ガスケット材１５Ａの窓１８Ｅに対向する領域の両面に、それぞれ触媒層１２Ａ及び１２Ｂを有している。イオン伝導性化合物層１２の両面に設けられている触媒層１２Ａ、１２Ｂの周囲にはそれぞれ、図２に断面を示す樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄの層（以下、単に樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄと記す）が設けられている。後で詳細に説明するように、樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄは加熱により膨張する樹脂組成物であり、樹脂組成物１１Ｅ、１１Ｆは水を吸収して膨張する吸水性樹脂である。例えば２０ＣＭ角の燃料電池の場合、樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄの厚さは（内壁面に垂直な方向の寸法）１〜３ＭＭ程度である。樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄは例えば６０℃以上に加熱することにより膨張してその体積が大幅に増加する材料で作られており、この材料は後で詳細に説明する。
【００２０】
イオン伝導性化合物層１２の上に、前記のガスケット材１５Ａと同じ構成のガスケット材１５Ｂを積層する。
ガスケット材１５Ｂの窓１８Ｅの中に、前記のガス拡散層１４Ａと同じ構成のガス拡散層１４Ｂを配置し、ガス拡散層１４Ｂを含むガスケット材１５Ｂの上にカソード側の集電板セパレータ１３Ｂを積層している。
【００２１】
図３は、図１の分解斜視図に示す各要素を前記のように積層して組立てた燃料電池のセル３６の部分断面図であり、組立てた燃料電池のセルに加熱処理を施す前の樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄの状態を示す。樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄと、ガスケット材１５Ａ、１５Ｂとの間の隙間１７Ａ、１７Ｂは、ガスケット材１５Ａ、１５Ｂの窓１８Ｅの寸法がガス拡散層１４Ａ、１４Ｂの外形寸法より大きく作られていることにより生じたものである。
【００２２】
図４は、樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄを加熱処理により加熱して膨張させた結果、隙間１７Ａ、１７Ｂに膨張した樹脂組成物１１Ａ、１１Ｂが（樹脂組成物１１Ｇ、１１Ｈは吸水性樹脂を用いた場合を示す。）充満し、隙間がなくなった状態を示している。図３に示す組立後のセル３６において、もし集電板セパレータ１３Ａ、１３Ｂとガス拡散層１４Ａ、１４Ｂとのそれぞれの接触面１４Ｄ、１４Ｅ、あるいは、集電板セパレータ１３Ａ、１３Ｂとガスケット材１５Ａ、１５Ｂとのそれぞれの接触面１５Ｄ、１５Ｅに隙間がある場合には、膨張した樹脂組成物１１Ａ、１１Ｂはこれらの隙間にも入り込んで隙間を塞ぐ。従って燃料電池の構成要素である集電板セパレータ１３Ａ、１３Ｂ、ガスケット材１５Ａ、１５Ｂ、ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂ及びイオン伝導性化合物層１２のそれぞれの加工精度が低かったり、表面の平面性が悪かったりしても組立後のセルが不良品となることはなく、製造の留まりが向上する。また各構成要素の精度を高くする必要がないのでコストが低減し、結果的に燃料電池のコスト低減につながる。
【００２３】
樹脂組成物１１Ａ、１１Ｂの加熱膨張処理では、燃料電池のセル３６全体を加熱してもよく、また樹脂組成物のみを加熱してもよい。隙間１７Ａ、１７Ｂがそれぞれ膨張した樹脂組成物１１Ａ、１１Ｂで塞がれた結果、ガス流路溝１３Ｃ、１３Ｄを流れる燃料ガスが図１１に示すように隙間１７Ａ、１７Ｂを通ってガス排出孔１８Ｂ、１８Ｄに流れることはなく、すべてのガスがガス拡散層１４Ａ、１４Ｂを通ることになる。
【００２４】
図２及び図３において、樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄの代わりに、ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂ及び触媒層１２Ａ、１２Ｂの端部近傍に吸水性樹脂の樹脂組成物１１Ｅ、１１Ｆを配置してもよい。吸水性樹脂は、燃料電池が動作するときに内部に生じる水分を吸収して膨張し、隙間１７Ａ、１７Ｂに充満する。その結果、隙間１７Ａ、１７Ｂは塞がれるので、ガス流路溝１３Ｃ、１３Ｄを流れるガスはすべてガス拡散層１４Ａ、１４Ｂを通ることになる。
【００２５】
以上のように、本実施例１の燃料電池では、燃料電池の構成要素（部品）である、ガスケット材１５Ａ、１５Ｂ、ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂ、イオン伝導性化合物層１２などの製造時の寸法公差を大きくすることができる。寸法公差が大きいために組立後に各要素間に隙間が生じても、この隙間を樹脂組成物を膨張させることによって塞ぐことができる。製造時の寸法公差を大きくすると、各部品の加工コストが低減するとともに、組立て作業も容易になるので組立コストも低減する。
【００２６】
本実施例１における樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄは、樹脂に膨張材及び発泡剤の両方又はいずれか一方を均一に混入したものである。図５の（Ａ）は、膨張前の樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄの断面を示す図であり、樹脂４０の中に膨張材又は発泡剤４１が独立して混入されている。図５の（Ｂ）は、膨張後の樹脂組成物１１Ａ、１１Ｂの断面図である。膨張後には膨張材又は発泡剤４１が図に示すように膨張して、別の状態である膨潤材になる。樹脂４０の中では膨張材又は発泡剤４１がそれぞれ独立した状態にあるが、このような膨張状態を得るためには、加熱時に局部的な急激な加熱を避け、比較的低い４０℃から加熱を開始して１５０℃の温度で燃料電池全体を均一に加熱するのが望ましい。加熱工程では、各セル３６毎に加熱してもよい。また発電装置に所定数のセルを組込んでから運転を開始するときに全体を加熱してもよい。
【００２７】
次に樹脂に混入する膨張材及び発泡剤について詳細に説明する。膨張材としては、加熱により体積が増加するマイクロカプセルや一定の温度以上に加熱すると昇華して気体になる気化性有機物などが用いられる。
マイクロカプセルについて具体例を説明する。マイクロカプセルは、樹脂の殻壁を有する中空の微小球体の内部に、芯物質として低沸点の液体である、例えばブタン、ペンタン等の炭化水素の液体を封じ込めたものである。芯物質としては、フレオン１２等のハロゲン化炭化水素も用いられる。殻壁は、ポリスチレン、塩化ビニリデン、アクリロニトリル等の共重合物で作られている。マイクロカプセルを殻壁が軟化する温度（例えば４０℃から１５０℃の範囲で物質によって異なる）に加熱すると、芯物質が気化して膨張するため殻壁がふくらんでマイクロカプセルはその体積の数倍から数十倍に膨張する。マイクロカプセルの膨張前の直径は１０μＭから５０μＭ程度である。膨張後のマイクロカプセル相互間ではマイクロカプセルは独立した状態を維持している。
【００２８】
加熱により膨張したマイクロカプセルは、元の温度に戻ると、ほぼ膨張前の体積に戻り、可逆的に体積の膨張と収縮をする。
マイクロカプセルには、芯物質として気体を封じ込めた「マイクロバルーン」と称するものもある。また粒径がナノミクロンオーダーの非常に小さい「ナノカプセル」と呼ばれているものもある。上記のマイクロバルーンやナノカプセルも、本実施例１の膨張材として使用できる。
【００２９】
例えばマイクロバルーンは、直径が５〜３００μＭ程度の微小な中空球体であり、殻壁の成分によって、無機系のガラスバルーン、シラスバルーン、カーボンバルーン、アルミナバルーン、ジルコニアバルーンと、有機系のフェノールバルーン、塩化ビニリデンバルーン等に区分されている。芯物質とし気体を含有しており、必要に応じ殻壁に造膜性ポリマーをコーティングすることも可能である。造膜性ポリマーとは、エポキシ樹脂、スチレン・ブタジエン系共重合体ゴム（略称ＳＢＲ）あるいはアクリロニトリル・ブタジエン系共重合体ゴム（略称ＮＢＲ）等である。このマイクロバルーンも、加熱により元の体積の数倍〜数十倍にまで膨張させることができる。
【００３０】
ナノカプセルは、マイクロカプセルより粒径が小さく直径数μＭ以下の超微小球体であり、マイクロカプセルと同様な成分からなり、加熱により体積が増加する。
次に気化性有機物について説明する。気化性有機物は、加熱により分解して窒素ガス、炭酸ガス、一酸化炭素、アンモニアガス、水素ガス等を発生する材料である。具体的にはアゾジカルボンアミド（Ｃ2Ｈ4Ｎ4Ｏ2、略称ＡＤＣＡ）、Ｎ、Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン（Ｃ5Ｈ10Ｎ6Ｏ2、略称ＤＰＴ）、４、４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）（Ｃ12Ｈ14Ｎ5Ｏ5Ｓ2、略称ＯＢＳＨ）等である。これらをそれぞれ単独で用いるか、あるいはこれらから選ばれた２種類以上のものの混合物を用いる。気化性有機物としては、さらに炭酸水素ナトリウム（略称重曹）、クエン酸ナトリウム、尿素（ＣＨ4Ｎ2Ｏ）等がある。これらを粉末状態で直接樹脂成分に配合するか、または予めマイクロカプセル化したものを樹脂成分に配合してもよい。樹脂組成物に上記の気化性有機物を含有させると、加熱によりもとの体積の数倍〜数十倍にまで膨張させることができる。
【００３１】
樹脂組成物のベース樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、フッ素ゴム、ＥＰＤＭゴム、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等から選ばれる熱硬化性樹脂、又はエラストマー、フッ素樹脂等から選ばれる熱可塑性樹脂を用いる。本発明の燃料電池の用途ではベース樹脂は６０℃以上の温度で連続使用可能なものが望ましい。
【００３２】
熱硬化性樹脂を用いる場合には、４０℃から１５０℃の温度範囲で硬化する樹脂に、マイクロカプセル又は前記気化性有機物のどちらかを配合しておけばよい。本実施例の燃料電池では、組立工程上、熱硬化性樹脂の塗布後一度比較的低い温度で半硬化させて、組立て前には表面がべとつかないタックフリーな状態にしておくのが望ましい。このためにＵＶ光照射等による半硬化工程を付加してもよい。組立て後あるいは電極反応開始時の熱処理においては、４０〜１５０℃の温度で完全に硬化するように、予め樹脂成分、硬化剤、硬化促進剤等を混合調整したものを用いる。前記熱硬化性樹脂は完全硬化した後は、発電装置運転中の熱（例えば６０〜８０℃）により変形あるいは劣化することはなく、閉じた隙間１７Ａ、１７Ｂの中に充満した状態を保つ。さらに接着性に優れた熱硬化性樹脂を用いると、熱硬化性樹脂と各構成部材間の密着性を向上させることもできる。
【００３３】
膨張材もしくは発泡剤を含有した樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄを図２に示すようにイオン伝導性化合物層１２の上に配置する方法としては、ディスペンサーまたはスプレー等により塗布する方法、スクリーンまたはメタルマスク等により印刷する方法、又は予め別のフィルム上に形成したものを転写する方法等がある。
【００３４】
熱可塑性樹脂を用いる場合には、マイクロカプセルを配合したものが望ましい。マイクロカプセルを配合した熱可塑性樹脂を予め細い棒状あるいはセンイ状など所定の形状の部材に形成しておく。この部材を例えば図２に示すように触媒層１２Ａ、１２Ｂの周囲に配置し、短時間の加熱、超音波溶着、高周波加熱等により、固定して仮止めしておく。この部材は燃料電池の運転中の熱（例えば６０〜８０℃）でマイクロカプセルが膨張して体積が増加し、隙間１７Ａ、１７Ｂをふさぐことができる。燃料電池の運転休止中には温度が下がるためマイクロカプセルは収縮して小さくなるが、運転を再開すると加熱されたガスが供給されるため、再び膨張して隙間１７Ａ、１７Ｂを塞ぐことができる。この膨張収縮はほぼ可逆的に起こるため、燃料電池の運転時には熱によりマイクロカプセルが加熱されて膨張し、前記の隙間をふさぐ。
【００３５】
次に吸水性樹脂について詳細に説明する。吸水性樹脂は乾燥状態では繊維状の高分子樹脂が密に絡み合った構造をしており、その体積は小さい。吸水性樹脂に水蒸気又は加湿されたガスを吹き込むと、水の分子が絡み合った高分子樹脂の内部に徐々に浸透してゆき内部に保持されることで体積が増加してゆく。吸水性樹脂に吸収された水は、吸水性樹脂内のイオン結合力により保持される。燃料電池の運転中にはセル内に加湿された供給ガスが絶えず送り込まれているので、吸水性樹脂中の水分が減少することはなく、吸水性樹脂は体積の増加した状態を維持することができる。
【００３６】
吸水性樹脂は、イオン性官能基を導入した高分子状の網目構造をもつものは、アクリルアミド−アクリル酸を含むポリアクリル酸塩系高分子樹脂、デンプン−アクリロニトリル共重合体、変性アルキレンオキサイド樹脂等の高分子樹脂を主成分とするものがある。吸水性樹脂としては、膨潤性を有するものであれば上記以外の物質でも使用可能である。吸水性樹脂は水分子を自重の数十倍から数千倍まで吸収して保持することができる。これらの高分子樹脂の市販されているものの形状は、粉末状、ペレット状、センイ状、シート状、スポンジ状、パール状（真球状）あるいはクラスター状（真球の集合体）などである。これらの形状の高分子樹脂をそのまま使用するか、あるいはあらかじめ所定の形状に形成したものを使用する。またこれらの高分子樹脂を別の熱可塑性樹脂に混合したり、担持させたり、付着させたものを使用してもよい。これらの高分子樹脂を用いた吸水性樹脂の樹脂組成物１１Ｅ、１１Ｆとをイオン伝導性化合物層１２の上に形成する方法としては、加熱接着、超音波溶着、高周波加熱等により接着する方法や、イオン伝導性化合物層１２の中に機械的に埋め込む方法等がある。
【００３７】
触媒層１２Ａ、１２Ｂを有するイオン伝導性化合物層１２として従来から使用されている代表的なものは、フッ素系の樹脂であって、それを骨格にしてイオン伝導性をもつ側鎖としてスルホン酸基（−ＳＯ3Ｈ）を有する高分子膜が挙げられる。このスルホン酸基の存在により、一方の触媒層の中の反応でできた水素イオンが、他方の触媒層の方に移動することができる。この骨格となるものは、フッ素系樹脂に限られるものではなく、有機物である芳香族系炭化水素、無機物である二酸化珪素、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の、酸化物にイオン伝導性の側鎖を導入したものも使用することができる。
【００３８】
アノード側の集電板セパレータ１３Ａ及びカソード側の集電板セパレータ１３Ｂは、通常導電性を有するカーボン微粒子やグラファイト微粒子等を高い配合比率で充填した熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂で構成しているが、金属で構成してもよい。集電板セパレータ１３Ａ、１３Ｂの表面には、供給ガスを送り込むために、所定の巾、深さ及び密度（本数）のガス流路溝１３Ｃ、１３Ｄがそれぞれのガス供給孔１８Ａ、１８Ｃからガス排出孔１８Ｂ、１８Ｄまでの間を連通するように形成されている。
熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を用いたものでは、集電板としての重要な要求特性である表面の接触抵抗を下げるために、ブラスト研磨により表面のスキン層を剥離している。金属を用いたものでは腐蝕防止のために耐食性の金属をメッキする等の表面処理を施す場合もある。金属の場合には、電極反応部分は酸性雰囲気になるので、耐酸性向上のために表面を保護する表面処理を施すのが望ましい。
【００３９】
ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂは、カーボンペーパーあるいはカーボンクロス（不織布）等のようなカーボン焼成品で構成されている。ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂは、繊維あるいはクロスが緻密に絡み合ってできる空隙を利用して、集電板セパレータ１３Ａ、１３Ｂのガス流路溝１３Ｃ、１３Ｄを経由して送り込まれた供給ガスを、イオン伝導性化合物層１２の表面に形成されている触媒層１２Ａ、１２Ｂに均一に分散させる。ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂの表面には、必要に応じてカーボンの微粒子及びフッ素樹脂の微粒子からなる別の拡散層をさらに設ける場合もある。図１０に示す従来例のように、ガスケット材１５Ａ、１５Ｂと、それぞれのガス拡散層１４Ａ、１４Ｂとの間に隙間１７Ａ、１７Ｂが存在すると、送り込まれた供給ガスの大部分が空気抵抗の大きいガス拡散層１４Ａ、１４Ｂを流れずに、空気抵抗の極めて小さい隙間１７Ａ、１７Ｂの中を流れ、水素イオン反応に寄与しないままガス排出孔１８Ｂ、１８Ｄからセル３６の外に排出されてしまう。
【００４０】
ガスケット材１５Ａ、１５Ｂは、供給ガスがガス拡散層１４Ａ、１４Ｂだけに流れ込み、外部に漏れないようにするためのものであり、通常はガスシール性を有し、かつ構成部材の締結荷重により生じる圧縮永久ひずみの小さい材料が使用されている。このガスケット材１５Ａ、１５Ｂの所定の位置には、全てのセルの中に均一に供給ガスを送り込むために、マニホールドと称する所定数の貫通孔が設けられている。マニホールドは、通常アノード側のガス供給孔１８Ａとガス排出孔１８Ｂ、及びカソード側のガス供給孔１８Ｃとガス排出孔１８Ｄである。さらに全てのセルを一定温度に保つために必要な冷却水の入り口を出口となるものが設けられている。図１では、アノード側のガス供給孔１８Ａとガス排出孔１８Ｂ、カソード側のガス供給孔１８Ｃとガス排出孔１８Ｄの計４個を示しており、冷却水用の入り口と出口は図示を省略している。
ガスケット材１５Ａ、１５Ｂに用いる材料は具体的には、熱硬化性樹脂のＥＰＤＭゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、あるいは熱可塑性樹脂のフッ素樹脂、エラストマー等から選ばれる。形状としては、平面状のシート（必要に応じて積層構造にしたものもある）に必要数の孔を打ち抜き加工で設けたものを用いる。また射出成形や押し出し成形等により予め所定の形状に形成したものを用いてもよい。
【００４１】
図４に示すように組立てたセル３６を、所望の電圧（セル１個の発電電圧は約１Ｖ）に相当する数だけ図の上下に積層することにより燃料電池による発電装置を構成する。
【００４２】
本実施例１の燃料電池では、樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄを、イオン伝導性化合物層１２のそれぞれ触媒層１２Ａ、１２Ｂの周囲に配置している。触媒層は比較的もろいので、イオン伝導性化合物層１２の製造工程での取扱い中に端部が欠けたり、浮き上がったりすることがある。本実施例１では触媒層１２Ａ、１２Ｂの周囲に配置した樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄが触媒層１２Ａ、１２Ｂを保護するので、触媒層１２Ａ、１２Ｂの破損を防止することができる。
《実施例２》
【００４３】
図６は、本発明の実施例２における燃料電池の組立て前の各構成部材の部分断面図を示している。図において、本実施例２の燃料電池のセルでは、イオン伝導性化合物層１２の両面にそれぞれ設けた触媒層１２Ａ及び１２Ｂの上に、予めそれぞれのガス拡散層１４Ａ及び１４Ｂを設けている。上記のように構成したイオン伝導性化合物層１２の下面の、触媒層１２Ａ及びガス拡散層１４Ａの外周面に接するように樹脂組成物１１Ｃを配置している。またイオン伝導性化合物層１２の上面の、前記触媒層１２Ｂ及びガス拡散層１４Ｂの外周面に接するように、樹脂組成物１１Ｄを配置している。樹脂組成物１１Ｅ、１１Ｆは吸水性樹脂の場合を示す。
【００４４】
組立工程では、集電板セパレータ１３Ａの上にガスケット材１５Ａを載せる。ガスケット材１５Ａの上に前記の、触媒層１２Ａ、１２Ｂ、ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂ及び樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄを有するイオン伝導性化合物層１２を載せ、さらにその上に、ガスケット材１５Ｂ及び集電板セパレータ１３を順次載せることによって燃料電池のセルを組立てる。組立て後上下から締めつけて各要素を密着させ組立てを完了する。
【００４５】
組立て完了後あるいは発電運転開始時に燃料電池を加熱することにより、膨張材もしくは発泡剤を含有した樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄが加熱により軟化しかつ膨張して体積が増加し、組立て後にできていた隙間に入り込んで隙間を塞ぐ。塞いだ状態は実施例１の図４の断面図に示した状態と実質的に同じである。触媒層１２Ａ、１２Ｂ及びガス拡散層１４Ａ、１４Ｂ付きのイオン伝導性化合物層１２の両面に、樹脂組成物１１Ｃ（１１Ｅ）、１１Ｄ（１１Ｆ）を配置する方法としては、ディスペンサーまたはスプレー等を用いる塗布方法、スクリーンまたはメタルマスク等を用いる印刷方法、あるいは予め別のフィルム上に形成したものを転写する方法等があり、実施例１で述べたものと同様の方法により配置することができる。
【００４６】
樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄの代わりに、吸水性樹脂の樹脂組成物１１Ｅ、１１Ｆを用いても同様の効果を得ることができる。この場合もイオン伝導性化合物層１２の両面の触媒層１２Ａ、１２Ｂ及びガス拡散層１４Ａ、１４Ｂの外周部に図６に示す樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄと同様の形状の吸水性樹脂の樹脂組成物１１Ｅ、１１Ｆを予め配置しておく。そして集電板セパレータ１３Ａ、１３Ｂ及びガスケット材１５Ａ、１５Ｂを組合せてセルに組立てた後、あるいは発電運転開始時に、この吸水性樹脂に吸水させるか又は加湿する。これにより、組立て後にできていた隙間を体積が増加した吸水性樹脂でふさぐことができる。吸水性樹脂からの吸水もしくは吸湿は、セル組立て後に水あるいは水蒸気を流し込んでもよい。しかし発電運転開始時には加湿状態の供給ガスが必ず供給されるので、わざわざ水を注入しなくてもよい。触媒層１２Ａ、１２Ｂ及びガス拡散層１４Ａ、１４Ｂを有するイオン伝導性化合物層１２の両面に、吸水性樹脂を予め配置する方法としては、加熱、超音波溶着、または高周波加熱等による接着、あるいは機械的に埋め込む方法等がある。
【００４７】
本実施例２の燃料電池では、イオン伝導性化合物層１２に設けた触媒層１２Ａ、１２Ｂ及びガス拡散層１４Ａ、１４Ｂの周辺部に樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄを配置している。ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂは、繊維質の部材で構成されているため組立工程で周辺部がはがれやすい。本実施例２では、ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂの周囲に樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄを設けたことにより、ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂの周囲が樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄで保護され組立時にはがれるおそれがない。
《実施例３》
【００４８】
本発明の実施例３の燃料電池を図７を参照して説明する。図７は、実施例３の燃料電池の組立て前の各要素を示す断面図である。図７に示す実施例３では、樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄ（１１Ｅ、１１Ｆは樹脂組成物が吸水性樹脂の場合を示す）をあらかじめ集電板セパレータ１３Ａの上面及び集電板セパレータ１３Ｂの下面にそれぞれ配置しておく。配置する位置は、集電板セパレータ１３Ａの上に設けられるガスケット材１５Ａとガス拡散層１４Ａの間の隙間１７Ａ、１７Ｂ（図３）に対応する位置である。この隙間１７Ａ、１７Ｂはガス拡散層１４Ａの周囲にできるので、樹脂組成物１１Ｃもガス拡散層１４Ａの周囲に対応する集電板セパレータ１３Ａの上に配置する。集電板セパレータ１３Ｂについても同様に、樹脂組成物１１Ｄをガス拡散層１４の周囲に対応する集電板セパレータ１３Ｂ上に配置する。
【００４９】
このように構成した集電板セパレータ１３Ａの上にガスケット材１５Ａを載せ、ガスケット材１５Ａの窓１８Ｅの中にガス拡散層１４Ａを配置する。このとき樹脂組成物１１Ｃが窓１８Ｅとガス拡散層１４Ａの間に位置するようにする。ガスケット材１５Ａの上に、触媒層１２Ａ、１２Ｂを有するイオン伝導性化合物層１２を載せ、さらにその上にガス拡散層１４Ｂ及びガスケット材１５Ｂを載せる。最後に集電板セパレータ１３Ｂを載せる。このとき集電板セパレータ１３Ｂの下面の樹脂組成物１１Ｄが、ガス拡散層１４Ｂの外周とガスケット材１５Ｂの窓１８Ｅの間に位置するようにする。
【００５０】
樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄは、膨張材又は発泡剤を含有する樹脂であるが、これの代わりに吸水性樹脂の樹脂組成物１１Ｅ、１１Ｆを配置してもよい。
燃料電池の組立て完了後又は燃料電池の動作開始時に、前記樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄを加熱することにより、樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄが膨張して隙間１７Ａ、１７Ｂを塞ぐ。また吸水性樹脂を配置したものでは、燃料電池の運転時に出る水分により吸水性樹脂の、樹脂組成物１１Ｅ、１１Ｆが膨張して隙間１７Ａ、１７Ｂを塞ぐことができる。
本実施例３の燃料電池では、樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｅ、１１Ｄ、１１Ｆをそれぞれ集電板セパレータ１３Ａ、１３Ｂの表面に配置している。そのため樹脂組成物を配置する工程では、スクリーン印刷法等が適用できるので、樹脂組成物の配置工程が簡単かつ能率的になるという効果が得られる。
《実施例４》
【００５１】
本発明の実施例４の燃料電池を図８を参照して説明する。図８は実施例４の燃料電池の組立て前の各構成要素を示す部分断面図である。実施例４では、樹脂組成物１１Ｃ又は１１Ｅをガスケット材１５Ａの窓１８Ｅの内壁面に配置している。同様にして樹脂組成物１１Ｄ又は１１Ｆをガスケット材１５Ｂの窓１８Ｅの内壁面に配置している。その他の構成は前記実施例１と同様である。
【００５２】
本実施例４の燃料電池を組立てるときは、集電板セパレータ１３Ａの上にガスケット材１５Ａを載せ、ガスケット材１５Ａの窓１８Ｅ内にガス拡散層１４Ａを配置する。ガスケット材１５Ａの上にイオン伝導性化合物層１２を載せ、更にその上にガスケット材１５Ｂを載せる。ガスケット材１５Ｂの窓１８Ｅの中にガス拡散層１４Ｂを配置する。最後にガスケット材１５Ｂの上に集電板セパレータ１３Ｂを載せて組立てを完了する。
【００５３】
組立て後、樹脂組成物１１Ｃ及び１１Ｄを用いた場合には燃料電池を加熱することにより、樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄが膨張してガスケット材１５Ａ、１５Ｂのそれぞれの窓１８Ｅと、それぞれのガス拡散層１４Ａ及び１４Ｂとの間の隙間を塞ぐ。また樹脂組成物１１Ｅ及び１１Ｆを用いた場合には、樹脂組成物１１Ｅ、１１Ｆの吸水性樹脂に吸水・吸湿させることにより、吸水性樹脂が膨張して前記の隙間を塞ぐ。吸水・吸湿は、燃料電池の運転時に供給される加湿ガスの水分によっても行われるので、特に水蒸気を流し込む必要はない。ガスケット材１５Ａ、１５Ｂの窓１８Ｅの内壁面に樹脂組成物１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆを配置する方法としては、前記の各実施例の場合と同様の方法で行う。
【００５４】
本実施例４の燃料電池では、樹脂組成物１１Ｄ、１１Ｆを、それぞれガスケット材１５Ａ、１５Ｂの窓１８Ｅの内壁面に配置している。ガスケット材１５Ａ、１５Ｂは比較的伸縮性のある材料で作られているので、集電板セパレータ１３Ａ、１３Ｂの上に、ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂとガスケット材１５Ａ、１５Ｂを載せて組み立てるとき、ガスケット材１５Ａ、１５Ｂを必要に応じて手作業で伸縮させることができ、組立て作業が簡単になる。
前記の実施例１から４では、燃料電池の構成要素のいずれか１つに樹脂組成物を配置したが、複数の構成要素に配置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の燃料電池は、加工精度の低い構成要素を用いても所定の安定した性能が維持できる燃料電池の製造に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施例１の燃料電池の分解斜視図
【図２】本発明の実施例１の燃料電池の組立前の図１におけるII−II部分断面図
【図３】本発明の実施例１の燃料電池の組立後の図２と同じ位置の部分断面図
【図４】本発明の実施例１の燃料電池において、樹脂組成物が膨張して隙間を塞いだ状態を示す図２と同じ位置の部分断面図
【図５】（Ａ）は膨張前の樹脂組成物の断面図、（Ｂ）は膨張後の樹脂組成物の断面図
【図６】本発明の実施例２における燃料電池の組立前の各要素の部分断面図
【図７】本発明の実施例３における燃料電池の組立前の各要素の部分断面図
【図８】本発明の実施例４における燃料電池の組立前の各要素の部分断面図
【図９】従来の燃料電池の分解斜視図
【図１０】従来の燃料電池のガスの流れを示す部分断面図
【図１１】従来の燃料電池の、ガスケット材とガス拡散層の間の隙間を示す平面図
【符号の説明】
【００５７】
１１Ａ、１１Ｂ  膨張した樹脂組成物
１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ  樹脂組成物
１２  イオン伝導性化合物層
１２Ａ、１２Ｂ  触媒層
１３ａ、１３Ｂ  集電板セパレータ
１３Ｃ、１３Ｄ  ガス流路溝
１４Ａ、１４Ｂ  ガス拡散層
１５Ａ、１５Ｂ  ガスケット材
１６、３６  セル
１７Ａ、１７Ｂ    隙間
１８Ａ、１８Ｃ  ガス供給孔
１８Ｂ、１８Ｄ  ガス排出孔
１８Ｅ  窓
【図１】
2006202535.tif 000003
【図２】
2006202535.tif 000004
【図３】
2006202535.tif 000005
【図４】
2006202535.tif 000006
【図５】
2006202535.tif 000007
【図６】
2006202535.tif 000008
【図７】
2006202535.tif 000009
【図８】
2006202535.tif 000010
【図９】
2006202535.tif 000011
【図１０】
2006202535.tif 000012
【図１１】
2006202535.tif 000013