(57)【要約】【課題】薄型化、小型化を実現できる燃料電池モジュールおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が配置され、他方の面にカソード電極が配置された膜電極接合体と、膜電極接合体を挟む一対のセパレータと、膜電極接合体の周縁部に設けられ、膜電極接合体および一対のセパレータのそれぞれと接着する封止部材と、を有する燃料電池モジュールであって、封止部材は、一対のセパレータに対向する面に、一対のセパレータに設けられた反応ガスの流通孔と、アノード電極およびカソード電極へ反応ガスを流通させる流路とを接続する接続流路を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が配置され、他方の面にカソード電極が配置された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟む一対のセパレータと、
前記膜電極接合体の周縁部に設けられ、前記膜電極接合体および前記一対のセパレータのそれぞれと接する封止部材と、を有する燃料電池モジュールであって、
前記封止部材は、
前記一対のセパレータに対向する面に、前記一対のセパレータに設けられた反応ガスの流通孔と、前記アノード電極および前記カソード電極へ前記反応ガスを流通させる流路とを接続する接続流路を有する、
燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記接続流路は、複数の凸部を備える、
請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記封止部材は、絶縁性の熱硬化性樹脂を含む、
請求項１または２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂は、繊維を含む、
請求項３に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記封止部材は、前記一対のセパレータに対向する面とは反対側の面に、前記高分子電解質膜の厚みに応じた段差を有する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記一対のセパレータは、
前記接続流路との接触面に凹凸形状を有する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項７】
高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が配置され、他方の面にカソード電極が配置された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟む一対のセパレータと、
前記膜電極接合体および前記一対のセパレータのそれぞれと接する封止部材と、を有する燃料電池モジュールの製造方法であって、
前記封止部材に、前記一対のセパレータに設けられた反応ガスの流通孔と、前記アノード電極および前記カソード電極へ前記反応ガスを流通させる流路とを接続する接続流路を形成する第１工程と、
前記接続流路が形成された前記封止部材を前記膜電極接合体の周縁部に配置する第２工程と、
前記封止部材が配置された前記膜電極接合体を前記一対のセパレータで挟み込む第３工程と、を含む、
燃料電池モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記封止部材は、
繊維を含有する固体状態の複数の熱硬化性樹脂シートで構成され、
前記第１工程では、
熱プレスにより、前記熱硬化性樹脂シートの一部に、前記接続流路となる凹部を形成する、
請求項７記載の燃料電池モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記第２工程では、
前記複数の熱硬化性樹脂シートを環状に加工し、
前記複数の熱硬化性樹脂シートを重ね合わせて前記膜電極接合体の周縁部に配置する、
請求項８記載の燃料電池モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記第３工程では、
前記複数の熱可塑性樹脂シートが配置された前記膜電極接合体を、前記一対のセパレータで挟み込んで加熱し、前記膜電極接合体と前記一対のセパレータとを接着する、
請求項９に記載の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】
本発明は、燃料電池モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell。以下、ＰＥＦＣという）は、水素を含有する燃料ガスと、酸素（空気など）を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることにより、電力と熱を同時に発生させる装置である。このＰＥＦＣの基本的構成要素について、図９の断面図を用いて説明する。
【０００３】
図９に示すように、ＰＥＦＣは、水素イオンを選択的に輸送する高分子の電解質膜１５、その電解質膜１５の両面にそれぞれ形成されたアノード電極１９、カソード電極２０を有する。
【０００４】
アノード電極１９は、電解質膜１５の表面に形成されるアノード触媒層１６と、そのアノード触媒層１６の外側に配置され、通気性と電子導電性を併せ持つガス拡散層１８（Gas Diffusion Layer：ＧＤＬ）とを有する。カソード電極２０は、電解質膜１５の表面に形成されるカソード触媒層１７と、そのアノード触媒層１７の外側に配置され、通気性と電子導電性を併せ持つガス拡散層１８（ＧＤＬ）とを有する。
【０００５】
このように電解質膜と電極とが一体的に接合されて組み立てられたものは、膜電極接合体または電解質膜−電極接合体と呼ばれる。以下、膜電極接合体をＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）という。
【０００６】
ＭＥＡは、その外縁に枠が嵌められて構成される。この構成について、図１０の断面図を用いて説明する。
【０００７】
図１０に示すように、ＭＥＡ１０の外縁には、封止部材（ガスケット）９が嵌められている。ＭＥＡ１０の両側には、一対の導電性のセパレータ１１が配置されている。セパレータ１１は、ＭＥＡ１０を挟み込んで固定するとともに、隣接するＭＥＡ１０を互いに電気的に直列に接続する。そのセパレータ１１において、ＭＥＡ１０と接触する部分には、それぞれの電極に反応ガス（燃料ガス、酸化剤ガス）を供給し、また、生成水や余剰ガスを運び去るためのガス流路溝１３が形成されている。このように、ＭＥＡ１０が一対のセパレータ１１により挟み込まれた構造体を単電池モジュール（セル）２という。
【０００８】
また、反応ガスをガス流路溝１３に供給するために、セパレータ１１の縁部にマニホールド孔（図示略）を設け、反応ガスを分配する。さらに、ガス流路溝１３に供給される反応ガス等が外部へリークしたり、混合したりしないように、ＭＥＡ１０における電極形成部、すなわち発電領域の外周を囲むように、一対のセパレータ１１の間に封止部材９が配置される。
【０００９】
ところで、燃料電池では反応ガスの利用効率の向上が重要な課題の一つとなっている。反応ガスの利用効率が下がる要因としては、ガスの外部リーク、ガスのクロスリーク、ガスのショートカットがある。
【００１０】
一方、燃料電池スタックには、小型化、薄型化が要求されている。従来、図１０に示したセパレータ１１の間に設けられた封止部材９には、ＭＥＡ１０を保持するための樹脂枠体および弾性体シールが使用されていたが、枠体と高分子電解質膜との間隙をシールで埋める必要があり、高い部品寸法精度と、組立精度とが要求される。よって、公差範囲内で間隙が生じないようにするためには、シールの形状が複雑となってしまう一方で、公差を成立させるためには、シールが厚くなってしまう、という課題があった。
【００１１】
このような課題を解決するために、封止部材として絶縁性の熱硬化性樹脂を使用することで薄型モジュールを実現する構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第６１４９２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、熱硬化性樹脂を電極の外縁部に接着してシールする構造であっても、カーボンと樹脂結合材とをベースとした、いわゆるカーボンセパレータに反応ガスの流路を形成すると、少なくとも流路溝の深さ分だけカーボンセパレータの厚みが増し、カーボンセパレータの形状も複雑になる。よって、燃料電池モジュール全体も厚みが増し、大型になってしまう。
【００１４】
本発明の目的は、薄型化および小型化を実現できる燃料電池モジュールおよ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】
【００１５】
本発明の一態様に係る燃料電池モジュールは、高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が配置され、他方の面にカソード電極が配置された膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟む一対のセパレータと、前記膜電極接合体の周縁部に設けられ、前記膜電極接合体および前記一対のセパレータのそれぞれと接する封止部材と、を有する燃料電池モジュールであって、前記封止部材は、前記一対のセパレータに対向する面に、前記一対のセパレータに設けられた反応ガスの流通孔と、前記アノード電極および前記カソード電極へ前記反応ガスを流通させる流路とを接続する接続流路を有する。
【００１６】
本発明の一態様に係る燃料電池モジュールの製造方法は、高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が配置され、他方の面にカソード電極が配置された膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟む一対のセパレータと、前記膜電極接合体および前記一対のセパレータのそれぞれと接する封止部材と、を有する燃料電池モジュールの製造方法であって、前記封止部材に、前記一対のセパレータに設けられた反応ガスの流通孔と、前記アノード電極および前記カソード電極へ前記反応ガスを流通させる流路とを接続する接続流路を形成する第１工程と、前記接続流路が形成された前記封止部材を前記膜電極接合体の周縁部に配置する第２工程と、前記封止部材が配置された前記膜電極接合体を前記一対のセパレータで挟み込む第３工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、薄型化および小型化を実現できる燃料電池モジュールおよびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の燃料電池スタックの分解斜視図
【図２Ａ】従来の燃料電池スタックのＭＥＡの平面図
【図２Ｂ】従来の燃料電池スタックのＭＥＡの部分断面図
【図３】本発明の実施の形態にかかるセルの積層構造を示す部分断面図
【図４】本発明の実施の形態にかかるカソード電極の平面図
【図５】本発明の実施の形態にかかるカソード側封止部材の平面図
【図６】本発明の実施の形態にかかるアノード側封止部材の平面図
【図７】本発明の実施の形態にかかるアノード電極の平面図
【図８】本発明の実施の形態にかかるセルの積層構造を図３とは別の角度から見た部分断面図
【図９】従来の固体高分子電解質型燃料電池の断面図
【図１０】従来の電解質膜−電極接合体の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、共通する構成要素については同一符号を付し、それらの構成要素については適宜説明を省略する。
【００２０】
本実施の形態にかかる燃料電池モジュールは、例えば、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）であって、水素を含有する燃料ガスと、酸素（空気など）を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることで、電力、熱、および水を同時に発生させる装置である。
【００２１】
まず、本実施の形態のＰＥＦＣ（図３〜図８参照）の比較例である従来のＰＥＦＣについて、図１を用いて説明する。図１は、従来のＰＥＦＣの一例である燃料電池スタック１の構造を、一部を分解して模式的に示す斜視図である。
【００２２】
図１に示すように、燃料電池スタック１は、単電池モジュールであるセル２を複数個直列に積層させて構成されている。
【００２３】
セル２の両端の外側には、集電板３、および、複数のバネ５を備えた端板４が取り付けられる。具体的には、集電板３および端板４のそれぞれに設けられたボルト孔６に、締結ボルト７が挿通される。そのボルト７には、ナット８が締結される。このようにして、集電板３および端板４は、セル２に取り付けられる。ボルト孔６は、板の厚み方向に貫通した孔である。
【００２４】
集電板３は、発電された電気を効率よく集電できるように、例えば、銅板に金メッキが施された部材である。なお、集電板３の材料としては、電気伝導性が良好である金属材料、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミ等を使用してもよい。また、集電板３の表面には、スズメッキ、ニッケルメッキ等を施してもよい。
【００２５】
端板４は、電気を絶縁する性質を有する材料で構成されており、絶縁板としての役割も有する。例えば、端板４は、ポリフェニレンサルファイド樹脂を用いて、射出成形で製作されたものである。
【００２６】
端板４と一体となっている配管４Ａは、セル２のマニホールドにガスケット（図示略）を介して押し当てられている。端板４の内側（換言すれば、ＭＥＡ１０の投影部分）には、セル２に荷重を加える複数のバネ５が配置されている。バネ５の伸縮は、端板４のセル２への取り付け時に、調整される。
【００２７】
セル２は、ＭＥＡ１０と、導電性のセパレータ１１とを含む。ＭＥＡ１０の周縁部分には、封止部材９が設けられている。
【００２８】
ＭＥＡ１０には、集電板３や端板４と同様に、ボルト孔６が設けられている。また、ＭＥＡ１０の封止部材９には、各種のマニホールド孔１２（詳細は後述）が設けられている。
【００２９】
セパレータ１１は、平板状の部材であるアノードセパレータ１１Ａ、カソードセパレータ１１Ｃ、および冷却水セパレータ１１Ｗを有する。
【００３０】
アノードセパレータ１１Ａ、カソードセパレータ１１Ｃ、および冷却水セパレータ１１Ｗは、ガス不透過性の導電性材料により構成される。例えば、樹脂含浸カーボン材料を所定の形状に切削したもの、カーボン粉末と樹脂材料の混合物を成形したもの、金属を成形したものが一般的に用いられる。
【００３１】
アノードセパレータ１１Ａとカソードセパレータ１１Ｃとは、ＭＥＡ１０を挟むように設けられる。冷却水セパレータ１１Ｗは、アノードセパレータ１１Ａおよびカソードセパレータ１１Ｃそれぞれの背面（ＭＥＡ１０側の面である内面とは反対側の面）側に設けられる。
【００３２】
アノードセパレータ１１Ａおよびカソードセパレータ１１Ｃの内面（ＭＥＡ１０側の面）は、ＭＥＡ１０の形状に応じた形状となっている。すなわち、ＭＥＡ１０の封止部材９に囲まれた部分に対応するように、アノードセパレータ１１Ａの内面には、燃料ガス流路溝１３Ａが形成されており、カソードセパレータ１１Ｃの内面には、酸化剤ガス流路溝１３Ｃが形成されている。また、冷却水セパレータ１１Ｗの内面には、冷却水流路溝１３Ｗが形成されている。
【００３３】
アノードセパレータ１１Ａ、カソードセパレータ１１Ｃ、および冷却水セパレータ１１Ｗには、上述したボルト孔６およびマニホールド孔１２が設けられている。マニホールド孔１２は、板の厚み方向に貫通した孔である。
【００３４】
マニホールド孔１２は、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水が流通するマニホールドを形成する孔である。セル２が積層状態（アノードセパレータ１１Ａ、ＭＥＡ１０、カソードセパレータ１１Ｃ、および冷却水セパレータ１１Ｗが積層された状態）となったとき、各マニホールド孔１２は結合する。これにより、燃料ガスが流れるマニホールド、酸化剤ガスが流れるマニホールド、冷却水が流れるマニホールドが形成される。
【００３５】
次に、ＭＥＡ１０の構成について、図２Ａ、図２Ｂを用いて説明する。図２ＡはＭＥＡ１０の平面図であり、図２ＢはＭＥＡ１０の部分断面図である。
【００３６】
図２Ａに示すように、ＭＥＡ１０の周縁部（外縁部）には、その周縁部が露出しないように、封止部材９が設けられている。封止部材９には、ボルト孔６およびマニホールド孔１２が形成されている。
【００３７】
図２Ｂは、図２Ａに示したＭＥＡ１０のＸ部分の断面図である。図２Ｂに示すように、電解質膜１５のアノード面側（図中の右側）には、アノード触媒層１６が形成されている。電解質膜１５は、水素イオンを選択的に輸送する。また、アノード触媒層１６は、白金ルテニウム合金触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする。また、図２Ｂに示すように、電解質膜１５のカソード面側（図中の左側）には、カソード触媒層１７が形成されている。カソード触媒層１７は、白金触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする。
【００３８】
そして、アノード触媒層１６およびカソード触媒層１７の外側（電解質膜１５がある側とは反対側）には、燃料ガスまたは酸化剤ガスの通気性と、電子導電性とを併せ持つガス拡散層（ＧＤＬ）１８が形成されている。
【００３９】
電解質膜１５は、プロトン伝導性を示す固体高分子材料により構成される。固体高分子材料としては、例えば、パーフルオロスルホン酸膜（デュポン社製ナフィオン膜）が挙げられる。
【００４０】
封止部材９としては、絶縁性の樹脂により内包された繊維シートを用いる。この繊維シートとしては、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグが、絶縁性、耐熱性、ガス透過性などの点で好ましいが、ガラス繊維およびエポキシ樹脂に限定されない。繊維としては、強度、厚み、線膨張係数、含有物質に応じて、セラミックス繊維などの他の無機繊維を用いてもよい。樹脂としては、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂などの他の熱硬化性樹脂を用いてもよい。また、上記いずれかの繊維を含有する樹脂と、上記いずれかの樹脂とを多層に積層した構成や、樹脂と繊維との組成が部分的に異なる構成であってもよい。
【００４１】
次に、セル２の構成について、図３を用いて説明する。図３は、セル２の積層構造を示す断面図である。
【００４２】
図３に示すように、セル２では、電解質膜１５の一面（図中の下側の面）にはアノード電極１９が配置され、電解質膜１５の他面（図中の上側の面）にはカソード電極２０が配置されている。電解質膜１５、アノード電極１９、およびカソード電極２０の積層体（すなわち、ＭＥＡ）は、アノードセパレータ１１Ａとカソードセパレータ１１Ｃとで挟み込まれている。
【００４３】
アノード電極１９の外縁部には、アノード側封止部材９Ａが設けられている。また、カソード電極２０の外縁部には、カソード側封止部材９Ｃが設けられている。
【００４４】
燃料ガス流路溝１３Ａはアノード電極１９の内部に形成されている。また、酸化剤ガス流路溝１３Ｃはカソード電極２０の内部に形成されている。電極は、導電性粒子および導電性繊維と、バインダー樹脂とからなる多孔質シートで形成されている。ガス流路溝１３Ａおよび１３Ｃを電極内部に形成する方法としては、上記多孔質シートを金型などで加熱および加圧することで所望の形状に形成する方法などがある。
【００４５】
カソードセパレータ１１Ｃの背面には、冷却水流路溝１３Ｗが形成されている。また、カソードセパレータ１１Ｃの外縁部には、冷却水の機密性を確保するために、冷却水封止部材９Ｗが配置されている。なお、ここでは、冷却水流路溝１３Ｗが設けられたカソードセパレータ１１Ｃが用いられる場合を例に挙げたが、カソードセパレータ１１Ｃと冷却水流路溝１３Ｗとは別々の部材で構成されてもよい。
【００４６】
セル２には、酸化剤ガス流路溝１３Ｃにおける酸化剤ガスの供給および排出のために、積層方向（図中の縦方向）に貫通するマニホールド孔１２が設けられている。カソード封止部材９Ｃには、後述する酸化剤ガス接続流路１４Ｃが形成されている。
【００４７】
次に、本実施の形態にかかるカソード電極２０の流路構造について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態にかかるカソード電極２０の平面図である。
【００４８】
図４に示すように、酸化剤ガス流路溝１３Ｃは、複数の溝で構成される。酸化剤ガス接続流路１４Ｃは、カソード側封止部材９Ｃに形成されており、酸化剤ガス流路溝１３Ｃと酸化剤ガスマニホールド孔１２Ｃとを接続する。酸化剤ガス接続流路１４Ｃには、複数の島状のリブ（凸部）２１が設けられている。なお、リブ２１の数と、酸化剤ガス流路溝１３Ｃの溝の数とを一致させる必要はなく、酸化剤ガス接続流路１４Ｃの断面積が、酸化剤ガス流路溝１３Ｃの断面積以上であればよい。
【００４９】
酸化剤ガス接続流路１４Ｃの断面積が小さいと、酸化剤ガス流路溝１３Ｃにガスを流したときの圧力損失が大きくなり、酸化剤ガス流路溝１３Ｃへの酸化剤ガスの分配性が悪化するおそれがある。そのため、セル２に荷重をかけてボルト締結した際に、酸化剤ガス接続流路１４Ｃの断面積を確保できるように、リブ２１の高さを均一にする必要がある。
【００５０】
次に、本実施の形態にかかるカソード側封止部材９Ｃについて、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態にかかるカソード側封止部材９Ｃの平面図である。
【００５１】
カソード側封止部材９Ｃは、一対のセパレータ１１を電極部外縁で接着する部材である。カソード側封止部材９Ｃには、各種流通孔として、燃料ガスマニホールド孔１２Ａ、酸化剤ガスマニホールド孔１２Ｃ、冷却水マニホールド孔１２Ｗが設けられている。
【００５２】
また、カソード側封止部材９Ｃは、絶縁性の熱硬化性樹脂に内包された繊維シートである。よって、カソード側封止部材９Ｃを事前に熱硬化させておく必要がある。熱硬化処理は、例えば、加熱した金型などを用いて、カソード側封止部材９Ｃを酸化剤ガス接続流路１４Ｃに対して加圧することで行われる。このとき、熱で溶融し流動する樹脂が流通孔にはみ出すため、熱硬化処理後に打ち抜き型などで除去することが望ましい。また、流通孔を設ける前に熱硬化処理を行い、熱硬化処理後に打ち抜き型などで流通孔を設けてもよい。
【００５３】
また、繊維シートとしては、ガラス等の絶縁材料が望ましい。これによれば、繊維がない材料でカソード側封止部材９Ｃを構成した場合と比べて、加圧された際に接着層の厚みが薄くなり過ぎず、一対のセパレータ１１間の絶縁性を保証しやすい。このように事前に一部を硬化させたカソード側封止部材９Ｃを用いて、一対のセパレータ１１を接着することで、酸化剤ガス接続流路１４Ｃが形成される。
【００５４】
次に、本実施の形態にかかるアノード側封止部材９Ａについて、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態にかかるアノード側封止部材９Ａの平面図である。
【００５５】
アノード側封止部材９Ａは、カソード側封止部材９Ｃと同様に、一対のセパレータ１１を電極外縁部で接着する部材である。また、アノード側封止部材９Ａには、カソード側封止部材９Ｃと同様に、各種流通孔として、燃料ガスマニホールド孔１２Ａ、酸化剤ガスマニホールド孔１２Ｃ、冷却水マニホールド孔１２Ｗが設けられている。
【００５６】
燃料ガス接続流路１４Ａは、アノード側封止部材９Ａに形成されており、燃料ガス流路溝１３Ａ（図７参照）と燃料ガスマニホールド孔１２Ａとを接続する。燃料ガス接続流路１４Ａには、酸化剤ガス接続流路１４Ｃと同様に、複数の島状のリブ（凸部）２１が設けられている。なお、ここでのリブ２１は、酸化剤ガス接続流路１４Ｃにおけるリブ２１と同じ方法で形成される。
【００５７】
次に、本実施の形態にかかるアノード電極１９の流路構造について、図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態にかかるアノード電極１９の平面図である。
【００５８】
燃料ガスマニホールド孔１２Ａから供給される燃料ガスは、燃料ガス接続流路溝１４Ａを介して燃料ガス流路溝１３Ａに分配される。
【００５９】
図７に示したアノード電極１９と図４に示したカソード電極２０を一対のセパレータ１１で挟み込み、アノード側封止部材９Ａおよびカソード側封止部材９Ｃを熱硬化させることで接着させる。
【００６０】
本実施の形態では、燃料ガス流路溝１３Ａと酸化剤ガス流路溝１３Ｃとが直交する構成である場合を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、燃料ガス流路溝１３Ａと酸化剤ガス流路溝１３Ｃとが互いに平行となるように、マニホールド孔１２Ａ、１２Ｃおよび燃料ガス流路溝１３Ａ、酸化剤ガス流路溝１３Ｃを配置してもよい。その場合、セパレータ１１で挟み込む電解質膜１５の端部を、封止部材９のうち事前に硬化された部分よりも外側に配置してもよい。これにより、クロスリークを抑制することができる。
【００６１】
次に、図３とは別の角度から見たセル２の積層構造について、図８を用いて説明する。図８は、図３とは異なる角度から見たセル２の積層構造を示す断面図である。
【００６２】
燃料ガスマニホールド孔１２Ａと燃料ガス流路溝１３Ａとを連結する燃料ガス接続流路１４Ａは、部分的に熱硬化させたアノード側封止部材９Ａとアノードセパレータ１１Ａとにより形成される。
【００６３】
次に、上述した本実施の形態のＰＥＦＣの製造方法について、以下に説明する。
【００６４】
まず、アノード側封止部材９Ａおよびカソード側封止部材９Ｃの材料として、例えば、繊維を含有する固体状態の複数の熱硬化性樹脂シートを準備する。
【００６５】
次に、熱プレスにより、熱硬化性樹脂シートの一部に、接続流路（燃料ガス接続流路１４Ａ、酸化剤ガス接続流路１４Ｃ）となる凹部を形成する。
【００６６】
次に、複数の熱硬化性樹脂シートを環状に加工する。このとき、ボルト孔６や各種流通孔（燃料ガスマニホールド孔１２Ａ、酸化剤ガスマニホールド孔１２Ｂ、冷却水マニホールド孔１２Ｃ）を形成してもよい。
【００６７】
次に、複数の熱硬化性樹脂シートを重ね合わせてＭＥＡ１０の周縁部に配置する。
【００６８】
次に、複数の熱可塑性樹脂シートが配置されたＭＥＡ１０を、一対のセパレータ１１で挟み込んで加熱し、ＭＥＡ１０と一対のセパレータ１１とを接着する。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態のＰＥＦＣは、膜電極接合体（ＭＥＡ）を有する燃料電池モジュールである。膜電極接合体は、高分子電解質膜１５の一方の面にアノード電極１９が配置され、高分子電解質膜１５の他方の面にカソード電極２０が配置されている。また、本実施の形態のＰＥＦＣは、膜電極接合体を挟む一対のセパレータ（アノードセパレータ１１Ａ、カソードセパレータ１１Ｃ）を有する。また、本実施の形態のＰＥＦＣは、膜電極接合体の周縁部に設けられ、膜電極接合体および一対のセパレータのそれぞれ接着する封止部材（アノード側封止部材９Ａ、カソード側封止部材９Ｃ）を有する。封止部材は、一対のセパレータに対向する面に、接続流路（燃料ガス接続流路１４Ａ、酸化剤ガス接続流路１４Ｃ）を有する。接続流路は、一対のセパレータに設けられた反応ガスの流通孔（マニホールド孔１２）と、アノード電極１９およびカソード電極２０へ反応ガスを流通させる各流路（燃料ガス流路溝１３Ａ、酸化剤ガス流路溝１３Ｃ）とを接続する。
【００７０】
よって、本実施の形態のＰＥＦＣでは、反応ガスの流路をセパレータに設けないため、セパレータの厚みを抑えることができる。その結果、燃料電池モジュールの薄型化および小型化を実現できる。
【００７１】
なお、本発明は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。以下、変形例について説明する。
【００７２】
例えば、アノード側封止部材９Ａおよびカソード側封止部材９Ｃを熱硬化させてセパレータ１１を接着する際には、アノード側封止部材９Ａの事前硬化部分と接するカソード側封止部材９Ｃに対して均一に荷重をかけることが望ましい。よって、例えば、図６に示した燃料ガス接続流路１４Ａおよび複数のリブ２１が形成されるように事前硬化を行う際に、アノード側封止部材９Ａ（セパレータ１１に対向する面とは反対側の面）に、電解質膜１５の厚みに応じた、電解質膜１５を挟み込むための段差を設けることが望ましい。ただし、電解質膜１５の厚みが薄く、荷重分布も小さい場合は、段差を設けなくてもよい。なお、上述した段差は、カソード側封止部材９Ｃに設けられてもよい。
【００７３】
また、本実施の形態では、アノードセパレータ１１Ａにおいてアノード側封止部材９Ａとの接触面が平面である場合を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、その接触面において、燃料ガス接続流路１４Ａに該当する部分を凹形状に形成し、リブ２１に該当する部分を凸形状に形成し、リブ２１同士が接するようにしてもよい。これにより、燃料ガス接続流路１４Ａの断面積が大きくなる。なお、上述した接触面の凹凸形状は、カソードセパレータ１１Ｃに適用してもよい。
【００７４】
また、本実施の形態では、アノードセパレータ１１において燃料ガス接続流路１４Ａとの接触面が平面である場合を例に挙げたが、その接触面において、凹凸形状を設けることで、燃料ガス接続流路１４Ａの断面積を大きくしてもよい。なお、上述した接触面の凹凸形状は、カソードセパレータ１１Ｃに適用してもよい。
【００７５】
また、本実施の形態では、積層するセル２間の冷却水封止部材９Ｗとして、アノード側封止部材９Ａやカソード側封止部材９Ｃと同様に、絶縁性の熱硬化性樹脂により内包された繊維シートを用いる場合を例に挙げたが、弾性体（例えば、フッ素ゴム）を用いたシール構成でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスの外部リーク、クロスリークを抑制しながら、薄型の燃料電池モジュールを実現できる。よって、本発明は、ポータブル電源、電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステム等に使用する燃料電池として有用である。
【符号の説明】
【００７７】
１  燃料電池スタック
２  単電池モジュール（セル）
３  集電板
４  端板
５  バネ
６  ボルト孔
７  締結ボルト
８  ナット
９  封止部材
９Ａ  アノード側封止部材
９Ｃ  カソード側封止部材
９Ｗ  冷却水封止部材
１０  ＭＥＡ
１１  セパレータ
１１Ａ  アノードセパレータ
１１Ｃ  カソードセパレータ
１１Ｗ  冷却水セパレータ
１２  マニホールド孔
１２Ａ  燃料ガスマニホールド孔
１２Ｃ  酸化剤ガスマニホールド孔
１２Ｗ  冷却水マニホールド孔
１３  ガス流路溝
１３Ａ  燃料ガス流路溝
１３Ｃ  酸化剤ガス流路溝
１３Ｗ  冷却水流路溝
１４Ａ  燃料ガス接続流路
１４Ｃ  酸化剤ガス接続流路
１５  電解質膜
１６  アノード触媒層
１７  カソード触媒層
１８  ガス拡散層
１９  アノード電極
２０  カソード電極
２１  リブ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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