(57)【要約】【課題】締結状態でセパレータのフレーム部材に接着された部分が剥離することを抑制する。【解決手段】単セルの２つのセパレータのうち、少なくとも一方のセパレータは、凹凸を有するプレス成形板で構成されている。凹凸のうち、ＭＥＧＡプレートに近付く部分を凹部と呼び、離れる部分を凸部と呼ぶとき、一方のセパレータは、フレーム部材と接着された第１凹部と、第１凹部に隣接する第１凸部と、第１凸部を挟んで第１凹部と反対側に設けられた第２凹部と、を有する。燃料電池スタックは、複数の単セルに締結部材により締結荷重が付与された締結状態と、締結荷重が付与されない非締結状態と、を採ることが可能である。単セルは、締結状態では第２凹部がフレーム部材と接触し、非締結状態では第２凹部がフレーム部材と接触しないように構成されている。【選択図】図３
2018181533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックであって、
積層された複数の単セルと、
前記複数の単セルの積層方向に沿って前記複数の単セルを締結する締結部材と、
を備え、
前記単セルは、膜電極ガス拡散層接合体と前記膜電極ガス拡散層接合体の周囲に接合されたフレーム部材とを有するＭＥＧＡプレートと、前記ＭＥＧＡプレートを挟持する２つのセパレータと、を有し、
前記２つのセパレータのうち、少なくとも一方のセパレータは、凹凸を有するプレス成形板で構成されており、
前記凹凸のうち、前記ＭＥＧＡプレートに近付く部分を凹部と呼び、離れる部分を凸部と呼ぶとき、
前記一方のセパレータは、前記フレーム部材と接着された第１凹部と、前記第１凹部に隣接する第１凸部と、前記第１凸部を挟んで前記第１凹部と反対側に設けられた第２凹部と、を有し、
前記燃料電池スタックは、前記複数の単セルに前記締結部材により締結荷重が付与された締結状態と、前記締結荷重が付与されない非締結状態と、を採ることが可能であり、
前記単セルは、前記締結状態では前記第２凹部が前記フレーム部材と接触し、前記非締結状態では前記第２凹部が前記フレーム部材と接触しないように構成されている、
燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記一方のセパレータは、前記第１凸部が前記第１凹部よりも内側の位置に設けられており、前記第２凹部が前記第１凸部よりも内側に設けられているように構成されている、
燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記２つのセパレータのうち、他方のセパレータは、前記一方のセパレータの前記第１凹部と前記第１凸部と前記第２凹部のそれぞれに対向する位置において、前記フレーム部材と接着された第１凹部と、前記第１凹部に隣接する第１凸部と、前記第１凸部を挟んで前記第１凹部と反対側に設けられた第２凹部と、を有し、
前記単セルは、前記締結状態では前記一方のセパレータの前記第２凹部と前記他方のセパレータの前記第２凹部とが前記フレーム部材と接触し、前記非締結状態では前記一方のセパレータの前記第２凹部と前記他方のセパレータの前記第２凹部とが前記フレーム部材と接触しないように構成されている、
燃料電池スタック。
【請求項４】
燃料電池スタックの製造方法であって、
（ａ）複数の単セルと、前記複数の単セルを締結するための締結部材と、を準備する工程と、
（ｂ）前記複数の単セルを積層するとともに、前記複数の単セルの積層方向に沿って前記複数の単セルを前記締結部材によって締結する工程と、
を備え、
前記単セルは、膜電極ガス拡散層接合体と前記膜電極ガス拡散層接合体の周囲に接合されたフレーム部材とを有するＭＥＧＡプレートと、前記ＭＥＧＡプレートを挟持する２つのセパレータと、を有し、
前記２つのセパレータのうち、少なくとも一方のセパレータは、凹凸を有するプレス成形板で構成されており、
前記凹凸のうち、前記ＭＥＧＡプレートに近付く部分を凹部と呼び、離れる部分を凸部と呼ぶとき、
前記一方のセパレータは、前記フレーム部材と接着された第１凹部と、前記第１凹部に隣接する第１凸部と、前記第１凸部を挟んで前記第１凹部と反対側に設けられて前記フレーム部材と接触しないように形成された第２凹部と、を有し、
前記工程（ｂ）は、前記締結部材によって前記複数の単セルに締結荷重を付与することによって、前記一方のセパレータの前記第２凹部を前記フレーム部材と接触させる工程を含む、
燃料電池スタックの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池スタックの製造方法において、
前記一方のセパレータは、前記第１凸部が前記第１凹部よりも内側の位置に設けられており、前記第２凹部が前記第１凸部よりも内側に設けられているように構成されている、
燃料電池スタックの製造方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の燃料電池スタックの製造方法において、
前記２つのセパレータのうち、他方のセパレータは、前記一方のセパレータの前記第１凹部と前記第１凸部と前記第２凹部のそれぞれに対向する位置において、前記フレーム部材と接着された第１凹部と、前記第１凹部に隣接する第１凸部と、前記第１凸部を挟んで前記第１凹部と反対側に設けられて前記フレーム部材と接触しないように形成された第２凹部と、を有する、
燃料電池スタックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の単セルが積層された燃料電池スタックが開示されている。単セルは、両面にガス拡散層が配置された膜電極接合体と、膜電極接合体の周囲に接着された支持フレームと、それらを挟持する２つのセパレータとを有する。セパレータは、凹凸を有する金属板で形成されている。セパレータの凹部は、ガス拡散層又は支持フレームに接する。セパレータの凸部は、膜電極接合体や支持フレームから離れており、ガス流路を形成する。セパレータの外周部分にある凹部は、接着剤層を介して支持フレームの外周部分に接着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１７３９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、燃料電池スタックは、締結部材を用いて複数の単セルを締結した状態で使用される。複数の単セルを締結する際、セパレータの外周部分の凹部に隣接する凸部が、支持フレームに向けて押し付けられる。本願の発明者は、この圧力によって、支持フレームと接着されているセパレータの凹部に逆方向の応力が生じて、その凹部が支持フレームから剥離する可能性があるという問題があることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池スタックが提供される。この燃料電池スタックは、積層された複数の単セルと、前記複数の単セルの積層方向に沿って前記複数の単セルを締結する締結部材と、を備える。前記単セルは、膜電極ガス拡散層接合体と前記膜電極ガス拡散層接合体の周囲に接合されたフレーム部材とを有するＭＥＧＡプレートと、前記ＭＥＧＡプレートを挟持する２つのセパレータと、を有し、前記２つのセパレータのうち、少なくとも一方のセパレータは、凹凸を有するプレス成形板で構成されており、前記凹凸のうち、前記ＭＥＧＡプレートに近付く部分を凹部と呼び、離れる部分を凸部と呼ぶとき、前記一方のセパレータは、前記フレーム部材と接着された第１凹部と、前記第１凹部に隣接する第１凸部と、前記第１凸部を挟んで前記第１凹部と反対側に設けられた第２凹部と、を有し、前記燃料電池スタックは、前記複数の単セルに前記締結部材により締結荷重が付与された締結状態と、前記締結荷重が付与されない非締結状態と、を採ることが可能であり、前記単セルは、前記締結状態では前記第２凹部が前記フレーム部材と接触し、前記非締結状態では前記第２凹部が前記フレーム部材と接触しないように構成されている。
この形態の燃料電池スタックによれば、一方のセパレータにおいて、非締結状態では第２凹部がフレーム部材と接触せずにフレーム部材との間に隙間を形成しているので、非締結状態から締結状態に移行する際に第１凸部に付与された締結荷重が当該隙間によって緩和される。この結果、非締結状態で第２凹部がフレーム部材と接触している場合と比べて、第１凸部に付与された締結荷重により第１凹部に生じる応力を減少でき、フレーム部材に接着されている第１凹部がフレーム部材から剥離することを抑制できる。
【０００７】
（２）上記形態の燃料電池スタックにおいて、前記一方のセパレータは、前記第１凸部が前記第１凹部よりも内側の位置に設けられており、前記第２凹部が前記第１凸部よりも内側に設けられているように構成されていてもよい。
この形態の燃料電池スタックによれば、一方のセパレータにおいて、非締結状態では第２凹部がフレーム部材と接触しないので、非締結状態から締結状態に移行する際に第１凸部に付与された締結荷重により第１凹部に生じる応力を抑制でき、第１凹部がフレーム部材から剥離することを抑制できる。
【０００８】
（３）上記形態の燃料電池スタックにおいて、前記２つのセパレータのうち、他方のセパレータは、前記一方のセパレータの前記第１凹部と前記第１凸部と前記第２凹部のそれぞれに対向する位置において、前記フレーム部材と接着された第１凹部と、前記第１凹部に隣接する第１凸部と、前記第１凸部を挟んで前記第１凹部と反対側に設けられた第２凹部と、を有し、前記単セルは、前記締結状態では前記一方のセパレータの前記第２凹部と前記他方のセパレータの前記第２凹部とが前記フレーム部材と接触し、前記非締結状態では前記一方のセパレータの前記第２凹部と前記他方のセパレータの前記第２凹部とが前記フレーム部材と接触しないように構成されていてもよい。
この形態の燃料電池スタックによれば、両方のセパレータにおいて、非締結状態では第２凹部がフレーム部材と接触しないので、非締結状態から締結状態に移行する際に第１凸部に付与された締結荷重により第１凹部に生じる応力を抑制でき、第１凹部がフレーム部材から剥離することを抑制できる。
【０００９】
（４）本発明の他の形態によれば、燃料電池スタックの製造方法が提供される。この燃料電池スタックの製造方法は、（ａ）複数の単セルと、前記複数の単セルを締結するための締結部材と、を準備する工程と、（ｂ）前記複数の単セルを積層するとともに、前記複数の単セルの積層方向に沿って前記複数の単セルを前記締結部材によって締結する工程と、を備える。前記単セルは、膜電極ガス拡散層接合体と前記膜電極ガス拡散層接合体の周囲に接合されたフレーム部材とを有するＭＥＧＡプレートと、前記ＭＥＧＡプレートを挟持する２つのセパレータと、を有し、前記２つのセパレータのうち、少なくとも一方のセパレータは、凹凸を有するプレス成形板で構成されており、前記凹凸のうち、前記ＭＥＧＡプレートに近付く部分を凹部と呼び、離れる部分を凸部と呼ぶとき、前記一方のセパレータは、前記フレーム部材と接着された第１凹部と、前記第１凹部に隣接する第１凸部と、前記第１凸部を挟んで前記第１凹部と反対側に設けられて前記フレーム部材と接触しないように形成された第２凹部と、を有する。前記工程（ｂ）は、前記締結部材によって前記複数の単セルに締結荷重を付与することによって、前記一方のセパレータの前記第２凹部を前記フレーム部材と接触させる工程を含む。
この形態の燃料電池スタックの製造方法によれば、一方のセパレータにおいて、締結荷重を付与する前に第２凹部がフレーム部材と接触しないので、締結荷重を付与した後に第１凹部に生じる応力を抑制でき、第１凹部がフレーム部材から剥離することを抑制できる。
【００１０】
（５）上記形態の燃料電池スタックの製造方法において、前記一方のセパレータは、前記第１凸部が前記第１凹部よりも内側の位置に設けられており、前記第２凹部が前記第１凸部よりも内側に設けられているように構成されていてもよい。
この形態の燃料電池スタックの製造方法によれば、一方のセパレータにおいて、締結荷重を付与する前に第２凹部がフレーム部材と接触しないので、締結荷重を付与した後に第１凹部に生じる応力を抑制でき、第１凹部がフレーム部材から剥離することを抑制できる。
【００１１】
（６）上記形態の燃料電池スタックの製造方法において、前記２つのセパレータのうち、他方のセパレータは、前記一方のセパレータの前記第１凹部と前記第１凸部と前記第２凹部のそれぞれに対向する位置において、前記フレーム部材と接着された第１凹部と、前記第１凹部に隣接する第１凸部と、前記第１凸部を挟んで前記第１凹部と反対側に設けられて前記フレーム部材と接触しないように形成された第２凹部と、を有してもよい。
この形態の燃料電池スタックの製造方法によれば、両方のセパレータにおいて、締結荷重を付与する前に第２凹部がフレーム部材と接触しないので、締結荷重を付与した後に第１凹部に生じる応力を抑制でき、第１凹部がフレーム部材から剥離することを抑制できる。
【００１２】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システム、燃料電池システムの製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態における燃料電池スタックの側面図及び単セルの分解図。
【図２】単セルの平面図。
【図３】非締結状態の単セルの一部断面図。
【図４】締結状態の単セルの一部断面図。
【図５】比較例における単セルに締結荷重を付与する様子を表す図。
【図６】締結荷重付与量に応じて発生応力の変化を示す図。
【図７】非締結状態の燃料電池スタックの側面図。
【図８】第２実施形態における非締結状態の単セルの一部断面図。
【図９】第２実施形態における締結状態の単セルの一部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
・第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態における複数の単セル１４０が積層された燃料電池スタック１００の側面図及び単セル１４０の分解図である。図１において、水平方向はＸ方向であり、垂直方向はＹ方向であり、単セル１４０の積層方向はＸ，Ｙ方向と垂直のＺ方向である。燃料電池スタック１００は、いわゆる固体高分子形燃料電池であり、反応ガス（酸化剤ガス及び燃料ガス）の供給部や、冷却媒体の供給部等と共に燃料電池システムを構成する。このような燃料電池システムは、例えば、駆動用電源を供給するためのシステムとして、車両等に搭載される。
【００１５】
燃料電池スタック１００は、２つのエンドプレート１１０と、２つの絶縁板１２０と、複数の単セル１４０と、締結部材である複数のボルト１３１及びナット１３２と、を備える。エンドプレート１１０と、絶縁板１２０と、複数の単セル１４０と、絶縁板１２０と、エンドプレート１１０とは、この順に積層されている。ボルト１３１は、両端のエンドプレート１１０及び絶縁板１２０を貫通しており、ナット１３２は、ボルト１３１が貫通した後残った部分に取り付けられている。燃料電池スタック１００は、ナット１３２を絞めることにより複数の単セル１４０に締結荷重が付与された締結状態と、ナット１３２を緩めることにより締結荷重が付与されない非締結状態と、を採ることが可能である。図１に示す燃料電池スタック１００は締結状態であり、両端のエンドプレート１１０の間の距離はＬ１である。
【００１６】
単セル１４０は、膜電極ガス拡散層接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｇａｓ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−ｌａｙｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）３２（以下、「ＭＥＧＡ３２」と呼ぶ）とＭＥＧＡ３２の周囲に接合されたフレーム部材３１とを有するＭＥＧＡプレート３０と、ＭＥＧＡプレート３０を挟持する２つのセパレータ４０，５０と、を有する。図１において、セパレータ４０は、カソード側セパレータであり、セパレータ５０は、アノード側セパレータである。
【００１７】
図２は、アノード側セパレータ５０の面から見た単セル１４０の概略平面図である。アノード側セパレータ５０の長手方向の一端縁部には、燃料ガス入口マニホールド孔６２と、冷却媒体出口マニホールド孔８４と、酸化剤ガス入口マニホールド孔７２と、が上から下へと順に並んで設けられている。これに対して、他端縁部には、酸化剤ガス出口マニホールド孔７４と、冷却媒体入口マニホールド孔８２と、燃料ガス出口マニホールド孔６４と、が上から下へと順に並んで設けられている。アノード側セパレータ５０の中央部分には、複数の筋状の冷却媒体流路溝５４が形成されている。
【００１８】
燃料ガス入口マニホールド孔６２から供給された燃料ガスのうち、利用されなかった燃料ガスは燃料ガス出口マニホールド孔６４によって集められ、燃料電池スタック１００（図１）の外部に排出される。また、酸化剤ガス入口マニホールド孔７２から供給された酸化剤ガスのうち、利用されなかった酸化剤ガスは酸化剤ガス出口マニホールド孔７４によって集められ、燃料電池スタック１００の外部に排出される。さらに、冷却媒体入口マニホールド孔８２から供給された冷却媒体は、冷却媒体流路溝５４を流れて、冷却媒体出口マニホールド孔８４によって集められ、燃料電池スタック１００の外部に排出される。
【００１９】
ここで、セパレータ４０，５０は、凹凸を有するプレス成形板で構成されており、例えばステンレス鋼やチタンなどの金属部材をプレス成形したプレス成形板が採用される。但し、２つのセパレータ４０，５０のうちの１つのセパレータはプレス成形板でなくてもよい。本明細書において、セパレータ４０，５０の凹凸のうち、ＭＥＧＡプレート３０に近付く部分を凹部と呼び、離れる部分を凸部と呼ぶ。図２において、各ガスマニホールド孔６２，６４，７２，７４と、冷却媒体用マニホールド孔８２，８４及び冷却媒体流路溝５４を囲むように、第１凹部２１が形成されている。なお、第１凹部２１には、ガスケットＧＫ１〜ＧＫ５が配置されている。ガスケットＧＫ１〜ＧＫ５は、複数の単セル１４０が積層された際に、隣接する２つの単セル１４０の表面に当接し、２つの単セル１４０の間を密封する機能を有する。
【００２０】
図３は、図２に示す単セル１４０のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図示の便宜上、２つの単セルを描いている。図３では、単セル１４０は締結荷重が付与されない非締結状態である。アノード側セパレータ５０には、Ｘ方向に沿って第１凹部２１と、第１凸部２２と、第２凹部２３とがこの順に形成されている。第１凹部２１は、接着剤層９０によってフレーム部材３１と接着されている。第１凸部２２は、第１凹部２１に隣接している。第２凹部２３は、第１凸部２２を挟んで第１凹部２１の反対側に設けられている。この例では、第１凹部２１の内側（冷却媒体出口マニホールド孔８４側）に第１凸部２２が設けられ、第１凸部２２の内側に第２凹部２３が設けられている。カソード側セパレータ４０には、アノード側セパレータ５０の各凹凸と対向する第１凹部１１と、第１凸部１２と、第２凹部１３とが形成されている。カソード側セパレータ４０の第１凹部１１も同様に、接着剤層９０によってフレーム部材３１と接着されている。なお、それぞれの第１凹部１１，２１、第１凸部１２，２２、第２凹部１３，２３は、同一の形状及び寸法を有する。
【００２１】
図３の非締結状態では、アノード側セパレータ５０の第２凹部２３及びカソード側セパレータ４０の第２凹部１３がフレーム部材３１と接触していない。アノード側セパレータ５０の第２凹部２３とフレーム部材３１との間にはゼロでない隙間Ｇ１があり、カソード側セパレータ４０の第２凹部１３とフレーム部材３１との間にもゼロでない隙間Ｇ２がある。また、ガスケットＧＫ５と、隣り合う単セル１４０のカソード側セパレータ４０との間にはギャップＰがある。
【００２２】
図４は、図３の単セル１４０に締結荷重が付与された締結状態を表す図である。図４の締結状態では、アノード側セパレータ５０の第１凸部２２及びカソード側セパレータ４０の第１凸部１２がフレーム部材３１に向けて圧縮されているとともに、ガスケットＧＫ５も圧縮されている。アノード側セパレータ５０の第２凹部２３及びカソード側セパレータ４０の第２凹部１３はフレーム部材３１と接触している。
【００２３】
図５は、比較例における単セル４００に締結荷重を付与する様子を表す図である。比較例の単セル４００は、非締結状態において第２凹部１３，２３がフレーム部材３１に接触している。非締結状態から締結状態に移行する際、アノード側セパレータ５０において、第１凸部２２にＺ方向の締結荷重が付与され、第１凸部２２と第１凹部２１の連結点Ｆｕを支点として第１凹部２１にＺ方向と逆方向の応力が発生する。この結果、第１凹部２１がフレーム部材３１から剥離してしまう可能性がある。
【００２４】
一方、本実施形態の単セル１４０では、図３に示す非締結状態で第２凹部２３がフレーム部材３１との間に隙間Ｇ１が設けられているため、荷重付与時に第１凸部２２に付与された締結荷重が隙間Ｇ１によって緩和される。この結果、非締結状態で隙間Ｇ１がない場合に比べて、第１凹部２１に発生する応力が減少し、第１凹部２１がフレーム部材３１から剥離することを抑制できる。カソード側セパレータ４０の第１凸部１２と第１凹部１１と第２凹部１３についても同様である。
【００２５】
図６は、セパレータ４０，５０の第１凸部１２，２２への締結荷重付与量に応じて、第１凹部１１，２１に発生する応力の変化を示す図である。「接触有」は、非締結状態でセパレータ４０，５０の第２凹部１３，２３がフレーム部材３１と接触している場合を表し、「接触無」は、非締結状態で第２凹部１３，２３がフレーム部材３１と接触していない場合を表す。図６から分かるように、接触無の場合には、締結荷重付与量の増加につれて第１凹部１１，２１に発生する応力が緩やかに上昇する。一方、接触有の場合には、第１凹部１１，２１に発生する応力が接触無の場合よりも大きく、締結荷重付与量の増加につれて急激に上昇する。この結果、接着有の場合と比べて、接着無の場合の第１凹部１１，２１がフレーム部材３１から剥離する可能性が小さい。
【００２６】
図７は、非締結状態の燃料電池スタック１００の側面図である。非締結状態の燃料電池スタック１００は、ナット１３２を緩めており、複数の単セル１４０に締結荷重が付与されていない。このときの両端のエンドプレート１１０の間の距離はＬ２である。ここで、燃料電池スタック１００は、式（１）を満足することが好ましい。
Ｎ×Ｇ≦ΔＬ    …（１）
Ｇ＝Ｇ１＋Ｇ２，ΔＬ＝Ｌ２−Ｌ１
Ｎ：単セルの数
Ｇ：非締結状態における第２凹部１３，２３とフレーム部材３１との間の距離
ΔＬ：燃料電池スタックの圧縮量
Ｇ１：非締結状態における第２凹部２３とフレーム部材３１との間の隙間（図３）
Ｇ２：非締結状態における第２凹部１３とフレーム部材３１との間の隙間（図３）
Ｌ１：締結状態における燃料電池スタック１００の両端のエンドプレート１１０の間の距離（図１）
Ｌ２：非締結状態における燃料電池スタック１００の両端のエンドプレート１１０の間の距離
【００２７】
式（１）は、非締結状態から締結状態に移行する際の燃料電池スタック１００の圧縮量ΔＬが、複数の単セル１４０全体の第２凹部１３，２３それぞれとフレーム部材３１との間の距離の和（Ｎ×Ｇ）以上であることを表している。すなわち、式（１）を満足するか否かを調べることによって、単セル１４０が非締結状態から締結状態に移行した後に第２凹部１３，２３がフレーム部材３１と接触するように構成されていることを満足するか否かを判断することが可能である。
【００２８】
以上説明したように、第１実施形態では、単セル１４０のセパレータ４０，５０において、非締結状態では第２凹部１３，２３がフレーム部材３１と接触しないので、非締結状態から締結状態に移行する際に締結荷重により第１凹部１１，２１に生じる応力を抑制でき、第１凹部１１，２１がフレーム部材３１から剥離することを抑制できる。
【００２９】
・第２実施形態：
図８は、第２実施形態における非締結状態の単セル１４０ａの一部断面図であり、図３に対応した図である。図８において、アノード側セパレータ５０ａは、第１凹部２１ａと、第１凹部２１ａに隣接する第１凸部２２ａと、第１凸部２２ａを挟んで第１凹部２１ａと反対側に設けられた第２凹部２３ａとを有する。第１凹部２１ａは接着剤層９０によってフレーム部材３１に接着されている。第２凹部２３ａとフレーム部材３１との間の隙間はＧ１である。
【００３０】
カソード側セパレータ４０ａには、アノード側セパレータ５０ａの各凹凸２１ａ，２２ａ，２３ａと対向する位置に凹部１５と凸部１６と凹部１７とが形成されている。凹部１５は、接着剤層９０によってフレーム部材３１に接着されている。凹部１７とフレーム部材３１との間には隙間が存在せず、両者が接した状態である。
【００３１】
図９は、図８の単セル１４０ａに締結荷重が付与された締結状態を表す図であり、図４に対応した図である。図９の締結状態では、アノード側セパレータ５０ａの第２凹部２３ａがフレーム部材３１と接触している。第２実施形態においても、非締結状態では第２凹部２３ａがフレーム部材３１と接触しないので、非締結状態から締結状態に移行する際に締結荷重により第１凹部２１ａに生じる応力を抑制でき、第１凹部２１ａがフレーム部材３１から剥離することを抑制できる。
【００３２】
なお、第２実施形態の単セル１４０ａが積層されて構成された燃料電池スタックにおいても、式（１）を満足する。この場合、式（１）において、Ｇ＝Ｇ１（図８）である。また、図８及び図９に示す形状の第１凹部２１ａと第１凸部２２ａと第２凹部２３ａは、アノード側セパレータ５０ａに形成する代わりに、カソード側セパレータ４０ａに形成してもよい。
【００３３】
上述の燃料電池スタック１００は、以下のように製造することができる。まず、図３に示すセパレータ４０，５０の第２凹部１３，２３がフレーム部材３１と接触しない単セル１４０と、締結部材であるボルト１３１とナット１３２（図１）とを用意し、図３のように複数の単セル１４０を積層する。次に、図４に示すように、複数の単セル１４０に締結荷重を付与することによって、第２凹部１３，２３をフレーム部材３１と接触させる。
【００３４】
以上説明したように、締結荷重を付与する前にセパレータ４０，５０の第２凹部１３，２３がフレーム部材３１と接触しないので、締結荷重を付与した後に第１凹部１１，２１に生じる応力を抑制でき、第１凹部１１，２１がフレーム部材３１から剥離することを抑制できる。
【００３５】
・変形例：
なお、この発明は上記の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において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３６】
・変形例１：
以上の実施形態では、ガスケットＧＫ５が配置された凹部２１，２１ａを第１凹部としたが、他のフレーム部材３１と接着された凹部を第１凹部としてもよい。
【００３７】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１１…第１凹部
１２…第１凸部
１３…第２凹部
１５…凹部
１６…凸部
１７…凹部
２１，２１ａ…第１凹部
２２，２２ａ…第１凸部
２３，２３ａ…第２凹部
３０…ＭＥＧＡプレート
３１…フレーム部材
３２…膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）
４０，４０ａ…カソード側セパレータ
５０，５０ａ…アノード側セパレータ
５４…冷却媒体流路溝
６２…燃料ガス入口マニホールド孔
６４…燃料ガス出口マニホールド孔
７２…酸化剤ガス入口マニホールド孔
７４…酸化剤ガス出口マニホールド孔
８２…冷却媒体入口マニホールド孔
８４…冷却媒体出口マニホールド孔
９０…接着剤層
１００…燃料電池スタック
１１０…エンドプレート
１２０…絶縁板
１３１…ボルト
１３２…ナット
１４０，１４０ａ…単セル
４００…単セル
ＧＫ１〜ＧＫ５…ガスケット
【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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