(57)【要約】【課題】セパレータや樹脂フレームなどの成形時に反りやうねりが生じていたとしても、単位セル積層時に良好なシール性を確保可能とする。【解決手段】単位セル１００は発電領域８２と周辺領域８０とを有し、周辺領域８０には、一対のセパレータ２２，２４間に所定の厚み寸法を形成するためのスペーサ７０ａ〜７０ｃを挟持させたセル厚み規定部分と、一対のセパレータ２２，２４間を接着剤１３２により接着保持させた接着保持部分とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位セルの積層端部に配設される一対のセパレータ間に所定の厚み寸法を形成するためのスペーサが挟持されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
中央部分に発電領域を、その外周部分に周辺領域を、それぞれ有する燃料電池であって、
前記発電領域には、燃料極と、電解質膜と、酸化極とを順に積層させた膜電極接合体の両面を第１のセパレータおよび第２のセパレータからなる一対のセパレータで挟持した積層構造を有し、
前記周辺領域には、前記一対のセパレータ間に所定の厚み寸法を形成するためのスペーサを挟持させたセル厚み規定部分と、前記一対のセパレータ間を接着剤により接着保持させた接着保持部分とを備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池において、
前記一対のセパレータが、それぞれメタルセパレータであり、
前記第１のセパレータと前記スペーサとの間には、第１の樹脂フレームが、
前記第２のセパレータと前記スペーサとの間には、第２の樹脂フレームが、それぞれ挟み込むようにさらに積層され、
前記スペーサは、前記第１の樹脂フレームおよび第２の樹脂フレームの少なくとも一方に固定されてなることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記スペーサは、予め所定の寸法に成形された弾性体であることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記スペーサが、前記周辺領域の最外周部分の少なくとも一部に備えられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項２から４のいずれか１項に記載の燃料電池において、
前記スペーサが、前記周辺領域に形成された流体マニホールドの外周近傍部分の少なくとも一部に備えられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
単位セルの積層端部に配設される一対のセパレータ間を、スペーサを介して積層方向に押圧保持し、所定の厚み寸法を有する単位セルを形成することを特徴とする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、複数の単位セルを積層させた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】
従来の燃料電池の構成の概略について説明する。図５に例示したように、電解質膜１２の一方の面にカソード触媒層１４（カソード極または酸化剤極ともいう）と、もう一方の面にアノード触媒層１６（アノード極または燃料極ともいう）とを電解質膜１２を挟んで対向するように設け、さらにカソード触媒層１４の外側にカソード拡散層１８を、またアノード触媒層１６の外側にアノード拡散層２０を、それぞれ設け、いわゆる膜電極接合体（ＭＥＡ）４０が構成されている。
【０００３】
また、カソード拡散層１８の外側には、酸化ガス流路２６およびセル冷媒流路３０が形成されたカソード側セパレータ２２が、アノード拡散層２０の外側には、燃料ガス流路２８およびセル冷媒流路３０が形成されたアノード側セパレータ２４が、それぞれ接着剤３２により一体化されて、単位セル１０が形成される。このような単位セル１０を複数枚積層させることにより、所望の出力性能を有する燃料電池を製造することができる。なお、図５ではさらに、カソード側セパレータ２２の内側に樹脂フレーム３４を、アノード側セパレータ２４の内側に樹脂フレーム３６を、それぞれ適用した構成について示している。樹脂フレーム３４，３６は一般に、ステンレス鋼などの金属材料を使用したいわゆるメタルセパレータをカソード側セパレータ２２、アノード側セパレータ２４として用いた場合に好適に使用されるものであるが、例えば炭素材料を適用したいわゆるカーボンセパレータなどの場合には省略してよい。
【０００４】
近年燃料電池に対する小型化の要求が高まっており、各部材に対する高度な製造技術が必要となっている。一方、セパレータや樹脂フレームには、小型化のための薄肉化の影響により、成形の際に反りやうねりが生じる場合がある。セパレータや樹脂フレームの反りやうねりが燃料電池製造時、すなわち積層工程時に十分に修復できない場合には、シール性の不良や、局所的に面圧が増加するなどによるセパレータやＭＥＡなどの損傷に繋がる場合がある。このため、各部材の成形時や単位セルまたは燃料電池の作製後に所定の試験を行ない、シール性等に対する不具合の有無を確認する手間を必要とし、コスト低減の妨げとなる場合もあった。また、各部材の製造時に反り低減を実施する必要が生じ、コスト低減の妨げとなる場合もあった。
【０００５】
特許文献１には、製造時の反りやうねりを抑制する燃料電池及びセパレータの構造について記載されている。図６は、特許文献１に示された、単位セルの積層方向にその両端から所定の圧力にて押圧するプレス加工装置を用いて製造される単位セルおよび燃料電池について、その概略を示したものである。
【０００６】
図６に示す単位セルＣにおいて、積層端部に配設される一対のセパレータ３には、プレート６に当接する受圧部２３４がそれぞれ設けられている。また、接着剤２００として、硬化前においてもセパレータ３の反力より大きい反力を備える接着材料が用いられており、ヒータープレート７による押圧保持により、所定の厚みを有する単位セルＣが形成される。このとき、ヒータープレート７による押圧により、セパレータ３外周部分の、（１）プレート６側への反り、すなわち単位セルＣ外側への反りについてはプレート６による受圧部２３４に対する押圧力により、（２）接着剤２００側への反り、すなわち、単位セルＣ内側への反りについては接着剤２００の反力により、それぞれ抑制され、各単位セルＣがプレート６に対して平行となるように規制される。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３２０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、特許文献１に記載された発明によれば、各単位セルの反りやうねりについてある程度改善されたが、それでもなお、成形された各単位セル間の厚み、特に外周部分におけるセル厚みには、例えば単位セル１枚当たり±５０〜±６０μｍ程度のばらつきが生じてしまう場合があった。このわずかなばらつきは、例えば数十〜数百枚程度の単位セルを積層させる場合には顕著な差となる場合があり、各単位セルの平均の厚さは同じであるが、単位セルの外周部分、特にガスケット部分のクリアランスが複数の単位セル間でばらついてしまい、例えばクリアランスの大きくなった単位セルにおいて流体シール性が低下してしまうという不具合が発生する場合があった。
【０００９】
本発明は、セパレータや樹脂フレームなどの成形時に単位セルの厚みのばらつきの要因となり得る反りやうねりが生じていたとしても、単位セル積層時に良好なシール性を確保可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の構成は以下のとおりである。
【００１１】
（１）単位セルの積層端部に配設される一対のセパレータ間に所定の厚み寸法を形成するためのスペーサが挟持されている、燃料電池。
【００１２】
（２）中央部分に発電領域を、その外周部分に周辺領域を、それぞれ有する燃料電池であって、前記発電領域には、燃料極と、電解質膜と、酸化極とを順に積層させた膜電極接合体の両面を第１のセパレータおよび第２のセパレータからなる一対のセパレータで挟持した積層構造を有し、前記周辺領域には、前記一対のセパレータ間に所定の厚み寸法を形成するためのスペーサを挟持させたセル厚み規定部分と、前記一対のセパレータ間を接着剤により接着保持させた接着保持部分とを備える、燃料電池。
【００１３】
（３）上記（２）に記載の燃料電池において、前記一対のセパレータが、それぞれメタルセパレータであり、前記第１のセパレータと前記スペーサとの間には、第１の樹脂フレームが、前記第２のセパレータと前記スペーサとの間には、第２の樹脂フレームが、それぞれ挟み込むようにさらに積層され、前記スペーサは、前記第１の樹脂フレームおよび第２の樹脂フレームの少なくとも一方に固定されてなる、燃料電池。
【００１４】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の燃料電池において、前記スペーサは、予め所定の寸法に成形された弾性体である、燃料電池。
【００１５】
（５）上記（２）から（４）のいずれか１つに記載の燃料電池において、前記スペーサが、前記周辺領域の最外周部分の少なくとも一部に備えられている、燃料電池。
【００１６】
（６）上記（２）から（４）のいずれか１つに記載の燃料電池において、前記スペーサが、前記周辺領域に形成された流体マニホールドの外周近傍部分の少なくとも一部に備えられている、燃料電池。
【００１７】
（７）単位セルの積層端部に配設される一対のセパレータ間を、スペーサを介して積層方向に押圧保持し、所定の厚み寸法を有する単位セルを形成する、燃料電池の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料電池を構成する複数枚の単位セルそれぞれに対して良好なシール性を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。特に断りがない限り、燃料電池の最小構成単位である単位セルの構成の概略についての図示および説明にとどめ、燃料電池の詳細な構造についてはその図示および説明を省略する。また、本発明の実施の形態にかかる燃料電池において、単位セルの積層枚数は任意であり、少なくとも１枚の単位セルを備えていればよい。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態における単位セル１００の構成の概略について示す断面図である。図１に示す単位セル１００は、カソード側セパレータ２２の内側に積層されたカソード側樹脂フレーム３４とアノード側セパレータ２４の内側に積層されたアノード側樹脂フレーム３６との間にスペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃがそれぞれ挟持されていることを除き、図５に示した従来の単位セル１０とほぼ同じ構成を有している。
【００２１】
図１において、単位セル１００は、その中央部分にはＭＥＡ４０が積層された発電領域８０を、その外周部分には複数の流体マニホールド（図２に示す酸化ガス供給マニホールド５０、酸化ガス排出マニホールド５２、燃料ガス供給マニホールド５４、燃料ガス排出マニホールド５６（以上、反応ガスマニホールドとも称する）、冷媒供給マニホールド５８および冷媒排出マニホールド６０）が形成された周辺領域８２を、それぞれ有している。なお、図２は、図１に示した単位セル１００のカソード側セパレータ２２について、特にセル冷媒流路３０の形成された一方面側の形状を例示する概略図であり、図２におけるＡ−Ａ’断面の構成が図１に相当するが、図１および図２において、各部材の寸法は必ずしも対応していない。
【００２２】
図１に示す発電領域８０には、ＭＥＡ４０の両面に、カソード側セパレータ２２およびアノード側セパレータ２４からなる一対のセパレータにより直接押圧挟持され、一対のセパレータ２２，２４間の厚み寸法が最小となる部分と、一対のセパレータ２２，２４とＭＥＡ４０との間に酸化ガス流路２６および燃料ガス流路２８が形成され、一対のセパレータ２２，２４間の厚み寸法が最大となる部分と、を含み構成されている。このとき、発電領域８０において一対のセパレータ２２，２４間の最大厚み寸法をｈ１とする。
【００２３】
一方、図１に示す周辺領域８２には、一対のセパレータ２２，２４間、より詳細には一対のセパレータ２２，２４のさらに内側に積層されたカソード側樹脂フレーム３４とアノード側樹脂フレーム３６からなる一対の樹脂フレーム３４，３６間に、スペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃが挟持された部分と、接着剤１３２により接着保持された部分（接着保持部分）とを有している。スペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃが挟持された部分において、単位セル１００の積層端部に配設されている一対のセパレータ２２，２４には、フランジ形状の被圧部１３４が形成されており、一対のセパレータ２２，２４の被圧部１３４部分、一対の樹脂フレーム３４，３６およびスペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃとともに周辺領域８２における一対のセパレータ２２，２４間の最大厚み寸法ｈ２を規定する。そこで、最大厚み寸法ｈ２を規定する、スペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃが挟持された部分をセル厚み規定部分とも称する。
【００２４】
図１に示す単位セル１００において、発電領域８０における最大厚み寸法ｈ１と周辺領域８２における最大厚み寸法ｈ２とがほぼ同じとなるよう、すなわちｈ１＝ｈ２となるように単位セル１００を作製することが好ましい。ｈ１＝ｈ２とすることにより、単位セル１００を複数枚積層させた場合に、例えば図１に示すシール部材６８にかかる圧力が各単位セル間においてほぼ一定となるため、複数の単位セル１００を積層させた燃料電池全体にわたり良好なシール性を確保することが可能となる。
【００２５】
これに対し、図１において、ｈ１＞ｈ２となる場合、例えば、一対のセパレータ２２，２４の少なくとも一方が周辺領域８２において単位セル１００の内側方向に反りまたはうねりを生じた状態においては、隣接する単位セル間のセパレータ間隔が広がってしまうため、例えば図１に示すシール部材６８による燃料ガス排出マニホールド５６のシール性が低下してしまうおそれがある。一方、図１において、ｈ１＜ｈ２となる場合、例えば、一対のセパレータ２２，２４の少なくとも一方が周辺領域８２において単位セル１００の外側方向に反りまたはうねりを生じた状態においては、周辺領域８２において隣り合う単位セル１００のセパレータ同士が強く当接し、傷が生じるおそれがある。また、図１において、発電領域８０に本来かけられるべき荷重が、非発電領域８２にかけられてしまうことにより、発電領域８０におけるＭＥＡ４０とカソード側セパレータ２２および／またはアノード側セパレータ２４との間の押圧接触が不十分となるため、これに起因して、酸化ガス流路２６および／または燃料ガス流路２８に形成された所定の流路形状に沿った反応ガスの流通が行なわれない、いわゆるパスカットや、接触抵抗の増加が発生し、これらの現象に伴い電池性能が低下するおそれがある。
【００２６】
本実施の形態において、ｈ１＝ｈ２となるようにするために、図１に示すスペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃを、所定の弾性を有する弾性体で構成することが好適である。スペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃは周辺領域８２における積層方向のカソード側セパレータ２２およびアノード側セパレータ２４からの押圧力を支持するとともに、少なくとも積層時には所定の厚み寸法ｈ３を有することにより、ｈ１＝ｈ２の関係を満たすことが可能となる。上述のように、スペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃは、積層方向に押圧挟持されたときに所定の厚み寸法ｈ３となる形状であれば良く、場合によってはｈ３よりも厚み寸法の大きなスペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃを、積層時の押圧により弾性変形させて（場合によっては塑性変形させて）、最終的にスペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃの厚み寸法をｈ３とする構成であってもよい。
【００２７】
本実施の形態において、スペーサ７０ａは、単位セル１００の周辺領域８２において、その最外周部分に、スペーサ７０ｂ，７０ｃは、単位セル１００の周辺領域８２に形成された燃料ガス排出マニホールド５６の外周近傍部分に配設されることが好ましいが、これらのスペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃは図１に示したすべての箇所において必要ではなく、またセパレータおよび／または樹脂フレームの反りやうねりが効果的に強制可能であれば、その他のいかなる箇所に配設されていてもよい。
【００２８】
図１において、スペーサ７０ａは、単位セル１００の周辺領域８２において、その最外周部分の少なくとも一部に配設されるが、周辺領域８２におけるセパレータおよび／または樹脂フレームのいかなる反りやうねりを強制させるためには、周辺領域８２の最外周部分全体を囲むように配設させることが好ましい。
【００２９】
図１において、スペーサ７０ｂ，７０ｃは、単位セル１００の周辺領域８２に形成された燃料ガス排出マニホールド５６の外周近傍部分の少なくとも一部に配設される。また、図２に示した他の流体マニホールドにおいても、その外周近傍部分の少なくとも一部に配設されることが好ましい。さらに、流体マニホールドのシール性を向上させるために、流体マニホールド近傍におけるセパレータおよび／または樹脂フレームのいかなる反りやうねりを強制させるためには、流体マニホールドの外周近傍部分の全体を囲むように配設させることが好ましい。
【００３０】
図３は、図１に示した単位セル１００を製造する方法において、特に押圧接着工程の一例について示した断面概略図である。なお図３では、２枚の単位セル１００を同時に製造可能な構成について示したが、これに限らず、いかなる枚数を同時に製造可能な構成としてもよく、場合によっては１枚としてもよい。
【００３１】
図３において、ヒータープレート１０７ａ，１０７ｂは、単位セル１００の積層方向にその両端から所定の圧力にて押圧し、また単位セル１００に対して所定の熱を付与することにより、接着剤１３２の乾燥および／または硬化により接着保持させることが可能な構成を備えている。また、プレート１０６ａ，１０６ｂは、ヒータープレート１０７ａ，１０７ｂの押圧により、各セパレータの被圧部１３４に対して均等に加圧可能な構成を有している。
【００３２】
本実施の形態において、単位セル１００の製造方法として、例えば、〈１〉アノード側セパレータ２４の一方面上にスペーサ７０ａ〜７０ｃを塗布または接着などにより固定させ、他方面側にアノード側樹脂フレーム３６を接着させたアノード側一体化部材８６と、〈２〉ＭＥＡ４０と、〈３〉カソード側セパレータ２２およびカソード側樹脂フレーム３４とを予め接着させたカソード側一体化部材８４と、を予め用意しておき、これらの部材を、接着剤１３２を介して、図３に示すように順に積層させる方法を採用することが可能である。以下に詳細に説明するが、単位セル１００の製造方法はこの方法に限定されず、図１に例示した構成を有する単位セル１００を製造することが可能であればいかなる方法によるものであっても良い。
【００３３】
図３において、ヒータープレート１０７ａ，１０７ｂにより、単位セル１００の積層方向にその両端から所定の圧力にて押圧されると、各セパレータの被圧部１３４が各プレート１０６ａ，１０６ｂと当接し、単位セル１００全体が所定の圧力により圧縮され、アノード側一体化部材８６、ＭＥＡ４０およびカソード側一体化部材８４の間隔が次第に狭くなる。
【００３４】
図３に示すカソード側一体化部材８４および／またはアノード側一体化部材８６の周辺領域８２（図１）において、反りまたはうねりがない場合には、各セパレータの被圧部１３４に対してほぼ均等に圧力が付与されていく。ヒータープレート１０７ａ，１０７ｂにより、所定の圧力Ｐ１が付与された時点で図１に示す発電領域８０における最大厚み寸法がｈ１となるとともに周辺領域８２における最大厚み寸法がｈ２となる。このとき、スペーサ７０ａ〜７０ｃの厚み寸法はｈ３となっており、この状態において単位セル１００の厚み寸法が規定される。この状態を維持し、接着剤層１３２を硬化させることにより、所望の厚み寸法を有する単位セル１００が成形される。
【００３５】
また、図３に示すカソード側一体化部材８４の周辺領域８２（図１）において、プレート１０６ａ側、すなわち単位セル１００外側への反りが有る場合、プレート１０６ａはまず、単位セル１００外側への反りが有る部分におけるカソード側セパレータ２２の被圧部１３４に当接し、圧力付与する。これにより、カソード側セパレータ２２（カソード側一体化部材８４）の周辺領域８２の反りは単位セル１００内側に戻ろうとする。さらにプレート１０６ａ，１０６ｂ間の間隔が狭まると、樹脂フレーム３４がスペーサ７０ａ〜７０ｃと当接し、やがて樹脂フレーム３４，３６の対向する面が平行となる。そして、ヒータープレート１０７ａ，１０７ｂにより、所定の圧力Ｐ１が付与された時点で図１に示す発電領域８０における最大厚み寸法がｈ１となるとともに周辺領域８２における最大厚み寸法がｈ２となる。このとき、スペーサ７０ａ〜７０ｃの厚み寸法はｈ３となっており、この状態において単位セル１００の厚み寸法が規定される。この状態を維持し、接着剤層１３２を硬化させることにより、所望の厚み寸法を有する単位セル１００が成形される。
【００３６】
一方、図３に示すカソード側一体化部材８４の周辺領域８２（図１）において、接着剤層１３２側、すなわち単位セル１００内側への反りが有る場合、まず、プレート１０６ａによりカソード側セパレータ２２が押圧されるが、カソード側セパレータ２２とプレート１０６ａとが被圧部１３４において当接するよりも前に、被圧部１３４に対応する樹脂フレーム３４が、周辺領域８２における他の部分に先んじてスペーサ７０ａ〜７０ｃと当接し、押圧される。スペーサ７０ａ〜７０ｃは、所定の硬さを有しているため、カソード側一体化部材８４の位置がさらにプレート１０６ｂ側へ進まないように保持する。さらにプレート１０６による押圧を強くすると、カソード側一体化部材８４による押圧力に対し、カソード側一体化部材８４の周辺領域８２（図１）の反りを強制できる程度の反力が発生し、カソード側一体化部材８４の反りが次第に緩和していき、やがて樹脂フレーム３４，３６の対向する面が平行となる。そして、ヒータープレート１０７ａ，１０７ｂにより、所定の圧力Ｐ１が付与された時点で図１に示す発電領域８０における最大厚み寸法がｈ１となるとともに周辺領域８２における最大厚み寸法がｈ２となる。このとき、スペーサ７０ａ〜７０ｃの厚み寸法はｈ３となっており、この状態において単位セル１００の厚み寸法が規定される。この状態を維持し、接着剤層１３２を硬化させることにより、所望の厚み寸法を有する単位セル１００が成形される。
【００３７】
このようにして、図１に示す単位セル１００において、カソード側一体化部材８４（図３）の周辺領域８２における反りが強制され、発電領域８０における最大厚み寸法ｈ１と、周辺領域８２における最大厚み寸法ｈ２がほぼ一定に保たれる。そして、図３のように、プレス工程により複数の単位セル１００が一度に形成される場合には、各単位セル１００に対してほぼ均等に圧力が付与されることとなるため、複数枚の単位セル１００の厚み寸法がほぼ一定となる。このため、燃料ガス排出マニホールド５６および／または図示しない流体マニホールド内からの流体の漏出や燃料ガス排出マニホールド５６および／または図示しない流体マニホールド外から流体の混入を防止するシール部材６８に対して一定の圧力が付与されることとなり、複数枚の単位セルを一度に作製する場合においても、各単位セルに対して良好なシール性を確保することが可能となる。なお、シール部材６８は図３に例示した工程において同時に作製してもよいが、別工程により作製することも可能である。また、図２に示した他のマニホールドの外周部分についても、必要に応じて好適なシール部材を適用することが可能である。
【００３８】
図１において、スペーサ７０ａ〜７０ｃの材料としては、絶縁性を有する弾性体を挙げることが可能であり、例えば、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴムなどの各種ゴムや、発泡材（例えば、スポンジ）などを適用することが可能であるが、少なくとも燃料電池の作動時／停止時における環境条件下において好適な耐熱性を有することが必要とされる。特に、図２に示した各流体ガスマニホールドの外周部分近傍に設けられる場合（例えば、図１に示すスペーサ７０ｂ，７０ｃに相当）においては、さらに、その近接する流体ガスマニホールドを流通する反応ガスや冷媒などに対する耐久性も兼備することが必要である。例えば、図２に示す酸化ガス供給マニホールド５０、酸化ガス排出マニホールド５２、燃料ガス供給マニホールド５４および燃料ガス排出マニホールド５６の外周部分近傍に設けられる場合には、耐水性および耐酸性が必要であり、冷媒供給マニホールド５８および冷媒排出マニホールド６０の外周部分近傍に設けられる場合には、耐冷媒性（冷媒には通常、水やエチレングリコールなどが用いられる）が必要である。耐水性および耐酸性を有する材料としては、エチレンプロピレンゴムまたはフッ素ゴムを挙げることが可能であり、耐熱性および耐冷媒性を有する材料としては、シリコーンゴムを挙げることが可能である。これらの材料を適宜組み合わせて使用することが可能である。なお、本発明の他の実施の形態として、スペーサ７０ａ〜７０ｃのうち少なくとも１つを図１に示すカソード側樹脂フレーム３４またはアノード側樹脂フレーム３６に予め一体成形しておくことも好適である。
【００３９】
また、スペーサ７０ａ〜７０ｃは、セパレータやスペーサの反りやうねりを強制するために、図３に示したような加圧積層時に、少なくともセパレータや樹脂フレームなどの反りを強制することが可能な程度の反力（例えば、ステンレス鋼、ＳＵＳ３０４を使用した厚さ０．１ｍｍ程度のメタルセパレータを使用する場合には、０．１Ｎ／ｍｍ程度）を発生させることが要求される。また、単位セル１００作製後においても経時的に膨張や圧縮、破断などにより単位セル１００が変形してしまわないようスペーサ７０ａ〜７０ｃの形状や厚み寸法を適宜設定する。
【００４０】
本実施の形態において、スペーサ７０ａ〜７０ｃの形状はビード形状、角形状、角柱、円柱形状など、いかなる形状のものであってもよい。特に、単位セル作製時に樹脂フレーム３４，３６に対し面接触可能となるものであれば、所望の単位セル厚さを安定して維持させることが可能となるため、好ましい。
【００４１】
また、図１において、スペーサ７０ａ〜７０ｃの厚み寸法は、単位セル１００の作製時の厚み寸法が図１に示すｈ３となるよう、適宜選択することが可能である。より具体的には、スペーサ７０ａ〜７０ｃの厚み寸法を０．１〜０．２ｍｍ程度とすることが可能であるが、この範囲に限定されない。すなわち、セパレータや樹脂フレームの反りやうねりの程度、セパレータや樹脂フレームと適用したスペーサ材料の弾性率、樹脂フレームと接触するスペーサ７０ａ〜７０ｃの幅などを考慮して適宜設定する。スペーサ７０ａ〜７０ｃの幅としては、例えば０．５〜２ｍｍ程度とすることが可能であるが、この範囲に限定されない。なお、図３に例示した単位セル１００の製造時においてスペーサ７０ａ〜７０ｃがほとんど変形しない場合には、スペーサ７０ａ〜７０ｃの厚み寸法を予めｈ３としておくことも好適である。
【００４２】
図１において、接着剤層１３２として適用し得る接着剤として、例えばシリコーン系、エポキシ、ポリイソブチレン、エポキシ変性シリコーンなどの各種接着剤を挙げることが可能であるが、これに限らず、少なくとも乾燥／硬化後には燃料電池の環境条件による膨張や収縮などの体積変化がほとんどなく、また接着させた部材間の剥離を生じ難いものであればいかなるものを使用しても良い。
【００４３】
なお、上述した本実施の形態において、カソード側一体化部材８４の周辺領域８２（図１）に生じた反りの強制の過程についてのみ説明したが、アノード側一体化部材８６の周辺領域８２（図１）に生じた反りについても同時に強制可能であり、また、図３において、カソード側一体化部材８４とアノード側一体化部材８６とは相互に置換可能であることは言うまでもない。
【００４４】
図４は、本発明の他の実施の形態における単位セル２００の構成の概略について示す断面図である。カソード側セパレータ２２の内側に挟み込むようにして設けられていたカソード側樹脂フレーム３４と、アノード側セパレータ２４の内側に挟み込むようにして設けられていたアノード側樹脂フレーム３６とを有しないことを除き、図１に示す単位セル１００とほぼ同様の構成を有している。本実施の形態において、スペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃは、例えばカソード側セパレータ２２またはアノード側セパレータ２４の少なくとも一方に塗布または接着などにより固定させておき、さらに接着剤１３２を適用させることにより、カソード側セパレータ２２およびアノード側セパレータ２４の両側から、積層方向に押圧保持し、所定の厚み寸法を有する単位セル２００を形成させることが可能となる。本実施の形態は、例えばカーボンセパレータのような、樹脂フレーム３４，３６が不要となる単位セル２００において好適な形状である。なお、本発明の他の実施の形態として、スペーサ７０ａ〜７０ｃのうち少なくとも１つを図４に示すカソード側セパレータ２２またはアノード側セパレータ２４に予め一体成形しておくことも好適である。
【００４５】
本実施の形態によれば、発電領域８０ではカソード側セパレータ２２、ＭＥＡ４０、およびアノード側セパレータ２４により、周辺領域８２ではカソード側セパレータ２２、スペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃ、およびアノード側セパレータ２４により、それぞれ単位セル２００の厚み寸法を規定し、スペーサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃによるカソード側セパレータ２２および／またはアノード側セパレータ２４に対する反力により、各セパレータの周辺領域８２における反りまたはうねりを強制させることが可能となり、単位セル２００積層時における、周辺領域８２における各種シール部材によるシール性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、燃料電池およびこれを構成する単位セルにおいて好適に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態における単位セル１００の構成の概略について示す断面図である。
【図２】図１に示したカソード側セパレータ２２の形状を例示する概略図である。
【図３】図１に示した単位セル１００を製造する方法において、特に押圧接着工程の一例について示した断面概略図である。
【図４】本発明の他の実施の形態における単位セル２００の構成の概略について示す断面図である。
【図５】従来の燃料電池の構成の概略について説明する断面図である。
【図６】プレス加工装置を用いて製造される単位セルおよび燃料電池について、その概略を示した図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０，１００，２００  単位セル、１２  電解質膜、１４  カソード触媒層、１６  アノード触媒層、１８  カソード拡散層、２０  アノード拡散層、２２  カソード側セパレータ、２４  アノード側セパレータ、２６  酸化ガス流路、２８  燃料ガス流路、３０  セル冷媒流路、３２，１３２  接着剤（層）、３４，３６  樹脂フレーム、４０  ＭＥＡ、５０  酸化ガス供給マニホールド、５２  酸化ガス排出マニホールド、５４  燃料ガス供給マニホールド、５６  燃料ガス排出マニホールド、５８  冷媒供給マニホールド、６０  冷媒排出マニホールド、６８  シール部材、７０ａ，７０ｂ，７０ｃ  スペーサ、８０  発電領域、８２  周辺領域、８４  カソード側一体化部材、８６  アノード側一体化部材、１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ  プレート、１０７ａ，１０７ｂ  ヒータープレート、１３４  被圧部。
【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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