(57)【要約】【課題】  燃料電池の性能を良好に保つことが可能な燃料電池および燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】  高分子電解質膜４の両面を一対のガス拡散層５Ａ，５Ｂで挟持し、さらにその両外面を一対のセパレータ６Ａ，６Ｂで挟持した構造の単セル２を、複数重ねて形成してなる燃料電池１であって、前記ガス拡散層５Ａ，５Ｂの外縁からはみ出した前記高分子電解質膜４のはみ出し部１９と前記一対のセパレータ６Ａ，６Ｂとの隙間に挟持され、厚さ方向に貫通する複数の接着用穴部２３が設けられるシール部材２０と、前記シール部材２０よりも高剛性であり、前記接着用穴部２３に設けられて前記高分子電解質膜４とセパレータ６Ａ，６Ｂを連結する接着部２５と、を有することを特徴とする。【選択図】            図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜の両面を一対のガス拡散層で挟持し、さらにその両外面を一対のセパレータで挟持した構造の単セルを、複数重ねて形成してなる燃料電池であって、
前記ガス拡散層の外縁からはみ出した前記高分子電解質膜のはみ出し部と前記一対のセパレータとの隙間に挟持され、厚さ方向に貫通する複数の接着用穴部が設けられるシール部材と、
前記シール部材よりも高剛性であり、前記接着用穴部に設けられて前記高分子電解質膜とセパレータを連結する接着部と、を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記接着部は、エポキシ樹脂系の熱硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
高分子電解質膜の両面を一対のガス拡散層で挟持し、さらにその両外面を一対のセパレータで挟持した構造の単セルを、複数重ねて形成してなる燃料電池の製造方法であって、
前記ガス拡散層の外縁からはみ出した前記高分子電解質膜のはみ出し部と前記一対のセパレータとの隙間に、厚さ方向に複数の接着用穴部が設けられたシール部材を設置し、
前記複数の接着用穴部に、固化すると前記シール部材よりも高剛性となる接着剤を注入し、
さらに両外面からセパレータを重ねて押圧した状態で前記接着剤を固化させることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項４】
前記接着剤は、エポキシ樹脂系の熱硬化型樹脂であり、当該接着剤を加熱して固化させることを特徴とする請求項３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、燃料電池および燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を構成する単位燃料電池である単セルは、高分子電解質膜の両面が一対のガス拡散層で挟持され、さらにその両外面が一対のセパレータで挟持されている。このセパレータには、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却剤の流路が形成されており、これらの流路を仕切るために、ガス拡散層の外縁からはみ出す高分子電解質膜とセパレータの隙間に、液状シールを線状に塗布して硬化させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この方法では、シールの材料が高分子電解質およびガス拡散層に浸透し、ガス拡散層におけるガスの拡散を妨げ、また流路を妨げ、燃料電池の性能を低下させるという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−２４６０４４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の性能を良好に保つことが可能な燃料電池および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】
【０００５】
上記目的を達成する本発明に係る燃料電池は、高分子電解質膜の両面を一対のガス拡散層で挟持し、さらにその両外面を一対のセパレータで挟持した構造の単セルを、複数重ねて形成してなる燃料電池であって、前記ガス拡散層の外縁からはみ出した前記高分子電解質膜のはみ出し部と前記一対のセパレータとの隙間に挟持され、厚さ方向に貫通する複数の接着用穴部が設けられるシール部材と、前記シール部材よりも高剛性であり、前記接着用穴部に設けられて前記高分子電解質膜とセパレータを連結する接着部と、を有することを特徴とする。
【０００６】
上記目的を達成する本発明に係る燃料電池の製造方法は、高分子電解質膜の両面を一対のガス拡散層で挟持し、さらにその両外面を一対のセパレータで挟持した構造の単セルを、複数重ねて形成してなる燃料電池の製造方法であって、前記ガス拡散層の外縁からはみ出した前記高分子電解質膜のはみ出し部と前記一対のセパレータとの隙間に、厚さ方向に複数の接着用穴部が設けられたシール部材を設置し、前記複数の接着用穴部に、固化すると前記シール部材よりも高剛性となる接着剤を注入し、さらに両外面からセパレータを重ねて押圧した状態で前記接着剤を固化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記のように構成した本発明に係る燃料電池は、高分子電解質膜とセパレータを連結する接着部がシール部材よりも剛性が高いため、高分子電解質膜とセパレータが所定の隙間で固定され、シール部材が良好に燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水を密封でき、またガス拡散層がガスを拡散するために良好な厚さとなるように、高分子電解質膜とセパレータの間の隙間を設定することができる。また、接着部がシール部材の接着用穴部に設けられるため、シール部材により接着剤の高分子電解質およびガス拡散層への浸透が抑止され、燃料電池の性能を良好に保つことができる。
【０００８】
上記のように構成した本発明に係る燃料電池の製造方法は、セパレータを重ねて押圧した状態で接着剤を固化させるため、シール部材に反発力を与えた状態で高分子電解質膜とセパレータの間の隙間を固定でき、シール部材が良好に燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水を密封できる。また、接着剤が高分子電解質膜とセパレータを一定の所定の間隔で固定できるため、ガス拡散層がガスを拡散するために良好な厚さとなるように高分子電解質膜とセパレータの間の隙間を設定することができる。また、接着剤がシール部材の接着用穴部に設けられるため、シール部材により接着剤の高分子電解質およびガス拡散層への浸透が抑止され、良好に性能を保つ燃料電池を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１は燃料電池を示す全体斜視図、図２は本実施形態に係る燃料電池の単セルを示す要部断面図、図３は本実施形態に係る燃料電池のセパレータを示す平面図である。
【００１１】
一般に燃料電池１は、図１に示すように、起電力を生じる単位電池としての単セル２を所定数積層し、タイロッド３により固定した形態であり、例えば、自動車の駆動源として使用される。
【００１２】
単セル２は、水の電気分解の逆の原理を利用し、水素と酸素とを反応させて水を得る過程で電気を得ることができるデバイスであり、図２に示すように、高分子電解質膜４、ガス拡散層５Ａ，５Ｂ、セパレータ６Ａ，６Ｂを有している。高分子電解質膜４は、固体高分子膜の両面に、触媒層が形成された電極を配置して形成される。ガス拡散層５Ａ，５Ｂは、高分子電解質膜４の両面に配置される。セパレータ６Ａ，６Ｂは、ガス拡散層５Ａ，５Ｂの外面に配置される。
【００１３】
セパレータ６Ａには、ガス拡散層５Ａと接する面に酸化剤ガス（酸素）を流通させるための酸化剤ガス流路７が形成され、その反対面には冷却水を流通させるための冷却水流路８が形成されている。セパレータ６Ｂには、ガス拡散層５Ｂと接する面に燃料ガス（水素）を流通させるための燃料ガス流路９が形成され、その反対面には冷却水を流通させるための冷却水流路１０が形成されている。
【００１４】
また、セパレータ６には、図３に示すようにタイロッド３が貫通する貫通孔１１と、マニフォルド孔１２が形成されている。
【００１５】
図３のセパレータ６の斜線部には、燃料ガス流路９、酸化剤ガス流路７または冷却水流路８，１０が形成され、この斜線部の外周部にセパレータ６のマニフォルド孔１２が形成される。
【００１６】
マニフォルド孔１２は、図１に示す燃料電池１の燃料ガス導入口１３および燃料ガス排出口１４、酸化剤ガス導入口１５および酸化剤ガス排出口１６、冷却水導入口１７および冷却水排出口１８と連通している。例えば、マニフォルド孔１２Ａは燃料ガス供給用で、マニフォルド孔１２Ｂは酸化剤ガス供給用で、マニフォルド孔１２Ｃは冷却水供給用である。
【００１７】
高分子電解質膜４の外周には、図２に示すように、ガス拡散層５Ａ，５Ｂからはみ出すはみ出し部１９が形成されている。このはみ出し部１９とセパレータ６Ａ，６Ｂの間には、セパレータ６のマニフォルド孔１２およびセパレータ６の外周全体を密封するためのシール部材２０が設けられる。シール部材２０の内周部は、ガス拡散層５Ａ，５Ｂの外周部と接している。このシール部材２０は、例えばシリコン等の弾性体性質を有する材料で形成されている。
【００１８】
図４は本実施形態のシール部材を示す平面図である。
【００１９】
図４に示すように、シール部材２０には、セパレータ６のマニフォルド孔１２に対応する穴部２１とタイロッド３が貫通する貫通孔２２が設けられている。また、シール部材２０には、マニフォルド孔１２およびセパレータ６の外周全体等を囲むようにして点在する接着用穴部２３が設けられており、この接着用穴部２３に注入された接着剤が硬化した接着部２５により、高分子電解質膜４とセパレータ６Ａ，６Ｂが固定されている。
【００２０】
接着剤は、例えばエポキシ樹脂系の熱硬化型接着剤であり、加熱することで硬化し、シール部材３０よりも剛性が高くなる。
【００２１】
次に、本実施形態に係る燃料電池の製造方法について説明する。
【００２２】
図５は本実施形態に係る燃料電池の単セルの成形過程を示す図であり、（Ａ）は成形前を示す要部断面図、（Ｂ）は成形後を示す要部断面図である。
【００２３】
初めに、図５（Ａ）に示すように、高分子電解質膜４の両面にガス拡散層５Ａ，５Ｂを重ね、高分子電解質膜４のはみ出し部１９の両面にシール部材２０を重ねる。このとき、シール部材２０はガス拡散層５Ａ，５Ｂよりも厚く形成されている。
【００２４】
次に、シール部材２０の接着用穴部２３にディスペンサー等によって接着剤２４を注入する。このとき、接着剤２４は、シール部材２０よりも厚く注入されることが好ましい。
【００２５】
この後、ガス拡散層５Ａ，５Ｂおよびシール部材２０の外側からセパレータ６Ａ，６Ｂを重ね、図５（Ｂ）に示すように、押圧装置（不図示）によりセパレータ６Ａ，６Ｂを厚さ方向に圧縮すると共に、接着剤２４の硬化温度よりも高い温度に加熱する。これにより、接着剤２４が硬化してシール部材２０よりも剛性が高い接着部２５となり、ガス拡散層５Ａ，５Ｂがガスを拡散するために望ましい厚さに保持できる。このため、燃料電池１が良好な性能を発揮することができる。
【００２６】
また、シール部材２０は押圧装置により押圧される前はガス拡散層５Ａ，５Ｂよりも厚いため、接着剤２４が硬化した後には、シール部材２３が弾性的に反発力を持った状態で固定されることになり、セパレータ６のマニフォルド孔１２およびセパレータ６の外周全体を良好に密封することができる。
【００２７】
また、接着部２５とガス拡散層５Ａ，５Ｂの間にシール部材２０が介在するため、接着部２５の材料の、高分子電解質膜４やガス拡散層５Ａ，５Ｂへの浸透を防止し、ガスの拡散や流路を良好に保つことができ、燃料電池１が良好な性能を発揮することができる。
【００２８】
また、従来のように液状シールをセパレータのマニフォルド孔１２およびセパレータ６の外周に線状に設けて硬化させる場合には、液状シールの始点、終点および交差部で液状シールの重なりが生じ、単セル２を押圧装置により押圧した場合に単セル２全体が均一に圧縮されない。しかし本実施形態では、接着剤２４を点在して設けるため、接着剤２４に重なり部がなく、ガス拡散層５Ａ，５Ｂがガスを最適に拡散するために望ましい厚さで単セル２を成形できる。
【００２９】
また、接着剤２４を点在して設けるため、接着剤２４のコストを低減できる。
【００３０】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、セパレータ６の流路の形状や、マニフォルド孔１２の位置や形状が異なってもよい。また、接着用穴部２３が必ずしも線状に配列されていなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】燃料電池を示す全体斜視図である。
【図２】燃料電池の単セルを示す要部断面図である。
【図３】燃料電池のセパレータを示す平面図である。
【図４】本実施形態のシール部材を示す平面図である。
【図５】本実施形態に係る燃料電池の単セルの成形過程を示す図であり、（Ａ）は成形前を示す要部断面図、（Ｂ）は成形後を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    燃料電池、
２    単セル、
３    タイロッド、
４    膜電極接合体、
５Ａ，５Ｂ    ガス拡散層、
６Ａ，６Ｂ    セパレータ、
７    酸化剤ガス流路、
８，１０    冷却水流路、
９    燃料ガス流路、
１１    貫通孔、
１２    マニフォルド孔、
１３    燃料ガス導入口、
１４    燃料ガス排出口、
１５    酸化剤ガス導入口、
１６    酸化剤ガス排出口、
１７    冷却水導入口、
１８    冷却水排出口、
１９    はみ出し部、
２０    シール部材、
２１    穴部、
２２    貫通孔、
２３    接着用穴部、
２４    接着剤、
２５    接着部。
【図１】
2006172816.tif 000003
【図２】
2006172816.tif 000004
【図３】
2006172816.tif 000005
【図４】
2006172816.tif 000006
【図５】
2006172816.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月11日(2005.1.11)
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006172816.tif 000008
【図２】
2006172816.tif 000009
【図３】
2006172816.tif 000010
【図４】
2006172816.tif 000011
【図５】
2006172816.tif 000012