(57)【要約】【課題】燃料電池を効率的に組み立てるとともに、所望の発電性能を維持することを可能にする。【解決手段】電解質膜・電極構造体１２と第１および第２セパレータ１４、１６とが積層された燃料電池スタック１０に、予備荷重が付与される。この予備荷重は、燃料電池スタック１０が実際に運転されるときにガス拡散層４２ａ、４２ｂに作用する最大面圧に対応する最大荷重より低く、かつ前記燃料電池スタック１０の締め付け荷重よりも高い値に設定されている。次いで、燃料電池スタック１０は、前記締め付け荷重が付与されて締め付け固定される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜が電極触媒層を介装してカーボン部材で挟持された電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体と交互に積層されるセパレータとにより構成される燃料電池スタックの組み立て方法であって、
前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータとを交互に積層して燃料電池スタックを得る工程と、
前記燃料電池スタックが実際に運転されるときに前記カーボン部材に作用する最大面圧を設定し、前記最大面圧に対応する最大荷重より低く、かつ前記燃料電池スタックの締め付け荷重よりも高い予備荷重を設定する工程と、
前記燃料電池スタックに積層方向に沿って前記予備荷重を付与する工程と、
前記燃料電池スタックに前記予備荷重が所定の時間だけ付与された後、該燃料電池スタックを前記締め付け荷重で締め付け固定する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。
【請求項２】
請求項１記載の組み立て方法において、前記予備荷重は、前記最大面圧よりも２ＭＰａだけ低い面圧に対応して設定されることを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の組み立て方法において、一方のカーボン部材は、他方のカーボン部材よりも大きな表面積を有し、前記他方のカーボン部材の外周部から外方に突出する前記一方のカーボン部材の外周縁部と、該他方のカーボン部材側に配設される前記セパレータとの間にシールが介装されることを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子電解質膜が電極触媒層を介装してカーボン部材で挟持された電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体と交互に積層されるセパレータとにより構成される燃料電池スタックの組み立て方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。この種の燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体およびセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
この場合、例えば、車載用燃料電池スタックでは、急発進や急停止等の運転状況の変化に耐え得るように、耐衝撃性を大幅に向上させる必要がある。ところが、通常、電解質膜・電極構造体を構成する拡散層は、カーボン繊維で形成されており、面圧強度（圧縮後の復元性および曲げに対する柔軟性等）が十分に確保されていない場合がある。
【０００５】
このため、燃料電池スタックに耐衝撃性を考慮した締め付け荷重が付与されると、拡散層に過度な面圧が作用して前記拡散層が圧縮により塑性変形し易くなり、締め付け荷重の調整等が必要となって作業全体が相当に煩雑化してしまう。そこで、拡散層が圧縮によって塑性変形するような面圧を、前記拡散層に付与しない構造が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の要請に応じて燃料電池スタックの端部に皿ばねやストッパ構造等が配置される構成が採用されると、燃料電池スタック全体が大型化かつ重量化してしまう。このため、面圧の上昇を予め見込んで、設定面圧を下げることが行われている。ところが、面圧の低下に伴って、接触抵抗が高くなってしまい、電圧の損失が発生するという問題が指摘されている。特に、所望の接触抵抗と拡散層を保護するための面圧との管理は、極めて困難なものとなっている。
【０００７】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池スタックを効率的に組み立てるとともに、所望の発電性能を確実に維持することが可能な燃料電池スタックの組み立て方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池スタックの組み立て方法では、電解質膜・電極構造体とセパレータとが交互に積層されて燃料電池スタックが得られた後、前記燃料電池スタックに予備荷重が付与される。この予備荷重は、燃料電池スタックが実際に運転されるときにカーボン部材に作用する最大面圧を設定し、この最大面圧に対応する最大荷重より低く、かつ前記燃料電池スタックの締め付け荷重よりも高い値に設定されている。
【０００９】
次いで、燃料電池スタックに積層方向に沿って予備荷重が所定の時間だけ付与された後、前記燃料電池スタックが積層方向に所望の締め付け荷重で締め付け固定される。
【００１０】
従って、簡単な工程で、カーボン部材の面圧強度を向上させることが可能になり、燃料電池スタックに所望の締め付け荷重を短時間で確実に付与することができる。このため、燃料電池スタックの組み立て作業が効率的かつ高精度に遂行可能になる。しかも、予備荷重が付与されたカーボン部材は、面圧強度がさらに向上するため、前記カーボン部材に最大面圧が作用しても、該カーボン部材を良好な状態に維持することができる。
【００１１】
さらにまた、燃料電池スタック全体に予備荷重が付与されるため、単一のプレス工程で積層された全てのカーボン部材の面圧強度を有効に向上させることが可能になる。これにより、カーボン部材の予備荷重付与作業が簡単かつ迅速に遂行されるとともに、前記カーボン部材の必要な部分のみの面圧強度を確実に向上させることができる。その上、燃料電池スタックに比較的高い予備荷重が付与されるため、カーボン部材の面圧強度を短時間で確実に向上させることが可能になる。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係る燃料電池スタックの組み立て方法では、予備荷重が、最大面圧よりも２ＭＰａだけ低い面圧に対応して設定されている。カーボン部材は、付与された面圧（予備荷重）より２ＭＰａだけ高い面圧強度が得られるため、前記カーボン部材の面圧強度は、該カーボン部材に作用する最大面圧と同等となる。これにより、カーボン部材のへたりや損傷を可及的に阻止することができる。
【００１３】
さらに、本発明の請求項３に係る燃料電池スタックの組み立て方法では、一方のカーボン部材が、他方のカーボン部材よりも大きな表面積を有し、前記他方のカーボン部材の外周部から外方に突出する前記一方のカーボン部材の外周縁部と、該他方のカーボン部材側に配設されるセパレータとの間にシールが介装されている。
【００１４】
従って、燃料電池スタックに圧縮荷重が付与される際に、カーボン部材は、シール荷重によって圧縮変形を惹起することがない。このため、燃料電池スタックのシール性が有効に向上するとともに、カーボン部材にへたり等が発生することがなく、所望のシール機能を確実に維持することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０の概略斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の要部分解斜視説明図である。
【００１６】
燃料電池スタック１０は、電解質膜・電極構造体１２が、例えば、金属板材で形成された第１および第２セパレータ１４、１６を介装して複数積層された積層体１８を備える。図１に示すように、積層体１８の積層方向（矢印Ａ方向）両端には、負極側集電体２０ａおよび正極側集電体２０ｂとエンドプレート２２ａ、２２ｂとが絶縁プレート２４ａ、２４ｂを介装して配設される。エンドプレート２２ａ、２２ｂ間には、複数本のタイロッド２５を介して所定の締め付け荷重が付与されている。
【００１７】
電解質膜・電極構造体１２と第１および第２セパレータ１４、１６の矢印Ｂ方向（図２中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３２ｂ、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００１８】
電解質膜・電極構造体１２と第１および第２セパレータ１４、１６の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３２ａ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００１９】
電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸されてなる固体高分子電解質膜３６と、該固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極３８およびカソード側電極４０とを備える。
【００２０】
アノード側電極３８およびカソード側電極４０は、図３に示すように、多孔質カーボン部材、例えば、カーボンペーパー等からなるガス拡散層（カーボン部材）４２ａ、４２ｂと、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層４２ａ、４２ｂの表面に一様に塗布されてなる電極触媒層４４ａ、４４ｂとをそれぞれ有する。電極触媒層４４ａ、４４ｂは、互いに固体高分子電解質膜３６を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜３６の両面に接合されている。
【００２１】
アノード側電極３８は、カソード側電極４０よりも大きな表面積を有している。アノード側電極３８を構成するガス拡散層４２ａは、カソード側電極４０を構成するガス拡散層４２ｂの外周部から外方に距離Ｈだけ突出する外周縁部４５を設ける。
【００２２】
第１および第２セパレータ１４、１６の間には、例えば、シリコン製Ｏリング等の第１シール４７ａが介装されるとともに、前記第１セパレータ１４の面１４ａと固体高分子電解質膜３６との間（外周縁部４５に対応する位置）には、カソード側電極４０を周回してＯリング等の第２シール４７ｂが介装される。
【００２３】
ガス拡散層４２ａ、４２ｂは、ガスの拡散性と集電性とを備えており、カーボンおよび金属（例えば、鉄、アルミニウム、ニッケル、銅またはステンレス系等）を材料として構成される。ガス拡散層４２ａ、４２ｂは、例えば、東レ株式会社製のＴＧＰ−Ｈが使用されており、比抵抗が０．２×１０−６Ωｃｍ〜５０×１０−６Ωｃｍ、より好ましくは、０．３×１０−６Ωｃｍ〜１０×１０−６Ωｃｍで、かさ密度が０．２ｇ／ｃｍ３〜０．６ｇ／ｃｍ３、より好ましくは、０．３ｇ／ｃｍ３〜０．５ｇ／ｃｍ３で、気体透過度が１０ｍｍＡｑ／ｍｍ〜１００ｍｍＡｑ／ｍｍ、より好ましくは、２０ｍｍＡｑ／ｍｍ〜５０ｍｍＡｑ／ｍｍである。
【００２４】
図２に示すように、第１セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２側の面１４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路４６が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路４６は、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに連通する。
【００２５】
第２セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２側の面１６ａには、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部を備えている。第２セパレータ１６の面１６ｂには、冷却媒体供給連通孔３２ａと冷却媒体排出連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部を備えている。
【００２６】
図１に示すように、エンドプレート２２ａの長辺側（矢印Ｂ方向側）の一端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、冷却媒体排出連通孔３２ｂおよび燃料ガス排出連通孔３４ｂが設けられる。エンドプレート２２ａの長辺側（矢印Ｂ方向側）の他端縁部には、燃料ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体供給連通孔３２ａおよび酸化剤ガス排出連通孔３０ｂが設けられる。
【００２７】
このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、本実施形態に係る組み立て方法との関連で、以下に説明する。
【００２８】
まず、電解質膜・電極構造体１２を第１および第２セパレータ１４、１６により挟持して単位セルが構成されるとともに、この単位セルが矢印Ａ方向に所定の組数だけ積層されて積層体１８が得られる。積層体１８の積層方向両端には、負極側集電体２０ａおよび正極側集電体２０ｂとエンドプレート２２ａ、２２ｂとが絶縁プレート２４ａ、２４ｂを介装して配設される。
【００２９】
さらに、エンドプレート２２ａ、２２ｂ間に、複数本のタイロッド２５が配設され、前記タイロッド２５を介して前記エンドプレート２２ａ、２２ｂ間、すなわち、燃料電池スタック１０に仮締め荷重が付与される。この仮締め荷重は、所定の締め付け荷重よりも小さな値に設定されている。
【００３０】
次いで、燃料電池スタック１０には、図４に示すように、プレス機６０を介して予備荷重の付与が行われる。このプレス機６０は、固定型である下型６２と可動型である上型６４とを備えており、前記下型６２および前記上型６４は、燃料電池スタック１０全体に対し積層方向に押圧力を付与するように、タイロッド２５を避ける形状に設定されている。
【００３１】
本実施形態では、燃料電池スタック１０が実際に運転されるときにガス拡散層４２ａ、４２ｂに作用する最大面圧を設定し、この最大面圧に対応する最大荷重より低く、かつ前記燃料電池スタック１０の締め付け荷重よりも高い予備荷重が設定される。この最大面圧とは、例えば、燃料電池スタック１０が車両に搭載された場合に、急発進や急停止等の運転状況の変化によって前記燃料電池スタック１０に最大衝撃力が作用する際の面圧をいう。
【００３２】
一方、締め付け荷重は、燃料電池スタック１０全体が所望の接触抵抗を維持するために必要なガス拡散層４２ａ、４２ｂの面圧強度（圧縮限界面圧）に対応する拡散層荷重と、所望のシール性を維持するために必要な第１および第２シール４７ａ、４７ｂ等のセパレータの間に介装されるシール面圧に対応するシール荷重とを加えた値に設定される。
【００３３】
ガス拡散層４２ａ、４２ｂを圧縮する面圧と、このガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さとの関係が、図５に示されている。従って、ガス拡散層４２ａ、４２ｂに必要な面圧ｐｇが付与される際の前記ガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さｔｇが、この図５に基づいて得られる。
【００３４】
ガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さｔｇが設定されると、この厚さｔｇに基づいて第１および第２シール４７ａ、４７ｂの高さが決定される。その際、第１および第２シール４７ａ、４７ｂを圧縮する面圧（シール面圧）ｐと、前記第１および第２シール４７ａ、４７ｂの高さ（シール高さ）ｔｓとは、図６に示す関係を有している。
【００３５】
このため、燃料電池スタック１０に所望の締め付け荷重が付与されて、第１および第２シール４７ａ、４７ｂがガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さｔｇに対応する高さ寸法になったときに、所定のシール面圧を確保し得るように該第１および第２シール４７ａ、４７ｂの初期シール高さが決定される。
【００３６】
ガス拡散層４２ａ、４２ｂの拡散層荷重Ｐｇと、第１および第２シール４７ａ、４７ｂのシール荷重Ｐｓとは、図７に示す関係を有している。これにより、拡散層荷重およびシール荷重が分担荷重となり、これらを加えた値が燃料電池スタック１０全体の締め付け荷重として設定される。なお、分担荷重としては、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの拡散層荷重が第１および第２シール４７ａ、４７ｂのシール荷重よりも相当に大きな値となっている。
【００３７】
そこで、図４に示すように、燃料電池スタック１０では、下型６２のプレス面にエンドプレート２２ｂ（または２２ａ）が載置された状態で、上型６４が下降する。このため、燃料電池スタック１０は、エンドプレート２２ｂ（または２２ａ）が下型６２のプレス面に載置されるとともに、エンドプレート２２ａ（または２２ｂ）が上型６４のプレス面に押圧され、前記燃料電池スタック１０には、積層方向に所定の予備荷重が付与される。燃料電池スタック１０は、この予備荷重を付与された状態で、例えば、１２０℃程度で５分〜１０分、好ましくは、３分〜７分だけ保持される。なお、高温下で予備荷重を付与することにより、保持時間の短縮化が図られる。
【００３８】
この予備荷重は、ガス拡散層４２ａ、４２ｂに作用する最大面圧より２ＭＰａだけ低い面圧に対応して設定される。すなわち、ガス拡散層４２ａ、４２ｂに予備荷重が付与されると、図８に示すように、前記ガス拡散層４２ａ、４２ｂには、付与された面圧（予備荷重）より２ＭＰａだけ高い面圧強度が得られている。
【００３９】
従って、予備荷重を最大面圧よりも２ＭＰａだけ低い面圧に対応して設定することにより、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの面圧強度が前記ガス拡散層４２ａ、４２ｂに作用する最大面圧と同等となる。これにより、ガス拡散層４２ａ、４２ｂに最大面圧が作用しても、このガス拡散層４２ａ、４２ｂのへたりや損傷を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。
【００４０】
次いで、プレス機６０を構成する上型６４が上昇して、燃料電池スタック１０からプレス荷重が除去された際、前記プレス荷重の付与前後におけるガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さ変動量が検出される。この場合、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの予備荷重付与時の厚さから予備荷重除去時の厚さ変動量が所定の範囲内に至っていない際には、プレス機６０による予備荷重付与作業が再度行われる。
【００４１】
そして、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さ変動量が、所定の範囲内となれば、燃料電池スタック１０にプレス機６０等を介して所望の締め付け荷重が付与される。この状態で、タイロッド２５を介してエンドプレート２２ａ、２２ｂ間に所定の締め付け力が付与され、燃料電池スタック１０が締め付け固定される。
【００４２】
ここで、予備荷重を６ＭＰａの面圧に対応する荷重とし、厚さ変動量の許容範囲を５μｍに設定したところ、図９に示す結果が得られた。すなわち、プレス機６０を介して燃料電池スタック１０に予備荷重（プレス荷重）を１回付与した際には、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの変動量が５μｍを僅かに超えていた。そこで、燃料電池スタック１０に２回以上の予備荷重を付与したところ、変動量が５μｍ以内となった。従って、予備荷重の付与を２回以上行うことにより、所望の面圧強度を有するガス拡散層４２ａ、４２ｂが確実に得られた。
【００４３】
なお、予備荷重を付与しない燃料電池スタック１０に締め付け荷重を付与したところ、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さ変動量（厚み差）が３０μｍ以上であった。このため、予備荷重を付与しない燃料電池スタック１０では、第２シール４７ｂのシール荷重を介してガス拡散層４２ａ、４２ｂが圧縮変形し、所望のシール性を確保することができなかった。
【００４４】
これに対して、本実施形態では、燃料電池スタック１０の積層後にこの燃料電池スタック１０全体に予備荷重が付与されることにより、ガス拡散層４２ａの外周縁部４５に、第２シール４７ｂの当接面に対応して予備荷重が付与され、前記外周縁部４５の面圧強度が大幅に向上している。従って、図３に示すように、ガス拡散層４２ａの外周縁部４５は、燃料電池スタック１０に締め付け荷重が付与された状態で、第２シール４７ｂによるシール荷重に対する厚さ変動量が所定の範囲内に維持される。
【００４５】
これにより、本実施形態では、燃料電池スタック１０全体のシール性が有効に向上するとともに、ガス拡散層４２ａの外周縁部４５にへたり等が惹起されることがなく、所望のシール機能を確実に維持することが可能になるという効果が得られる。
【００４６】
さらに、燃料電池スタック１０全体に予備荷重が付与されている。このため、プレス機６０による単一のプレス工程で、積層された全てのガス拡散層４２ａ、４２ｂの面圧強度を有効に向上させることができる。これにより、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの予備荷重付与作業が簡単かつ迅速に遂行されて、生産性の向上を図ることが可能になるという利点がある。
【００４７】
その上、燃料電池スタック１０全体に予備荷重が付与されるため、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの必要な部分のみの強度が向上する。従って、例えば、酸化剤ガス流路４６や燃料ガス流路４８の溝部に対応してガス拡散層４２ａ、４２ｂの潰れ等が惹起されることがなく、酸化剤ガスや燃料ガスを円滑に流通させることができる。また、燃料電池スタック１０に比較的高い予備荷重が付与されるため、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの面圧強度を、短時間で確実に向上させることが可能になる。
【００４８】
ところで、燃料電池スタック１０を運転するに際しては、図１に示すように、燃料ガス供給連通孔３４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔３２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００４９】
このため、図２に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３０ａから第１セパレータ１４の酸化剤ガス流路４６に導入され、電解質膜・電極構造体１２を構成するカソード側電極４０に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３４ａから第２セパレータ１６の燃料ガス流路４８に導入され、電解質膜・電極構造体１２を構成するアノード側電極３８に沿って移動する。
【００５０】
従って、各電解質膜・電極構造体１２では、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００５１】
次いで、アノード側電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５２】
また、冷却媒体供給連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第２セパレータ１６の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３２ｂから排出される。
【００５３】
なお、本実施形態では、Ｏリング等の第１シール４７ａを用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、ガスケット等の他のシール構造を採用してもよい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックの組み立て方法では、簡単な工程で、カーボン部材の面圧強度を向上させることが可能になり、燃料電池スタックに所望の締め付け荷重を短時間で確実に付与することができる。このため、燃料電池スタックの組み立て作業が効率的かつ高精度に遂行可能になる。しかも、予備荷重が付与されたカーボン部材は、面圧強度がさらに向上するため、前記カーボン部材に最大面圧が作用しても、該カーボン部材を良好に維持することができる。
【００５５】
さらにまた、燃料電池スタック全体に予備荷重が付与されるため、単一のプレス工程で全てのカーボン部材の面圧強度を有効に向上させることが可能になる。これにより、カーボン部材の予備荷重付与作業が、簡単かつ迅速に遂行されるとともに、前記カーボン部材の必要な部分のみの面圧強度を確実に向上させることができる。その上、燃料電池スタックに比較的高い予備荷重が付与されるため、カーボン部材の面圧強度を短時間で確実に向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視図である。
【図２】前記燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池スタックの要部断面説明図である。
【図４】前記燃料電池スタックに予備荷重を付与するプレス機の説明図である。
【図５】拡散層面圧と拡散層厚さとの関係を示す説明図である。
【図６】シール面圧とシール高さとの関係を示す説明図である。
【図７】締め付け荷重における拡散層荷重とシール荷重との分担荷重を示す説明図である。
【図８】予備荷重付与後の前記ガス拡散層の面圧強度の向上を示す説明図である。
【図９】前記ガス拡散層に対する予備荷重の有無および付与回数と厚さ変動量との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池スタック　　　　　　１２…電解質膜・電極構造体
１４、１６…セパレータ　　　　　　３０ａ…酸化剤ガス供給連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔　　　３２ａ…冷却媒体供給連通孔
３２ｂ…冷却媒体排出連通孔　　　　３４ａ…燃料ガス供給連通孔
３４ｂ…燃料ガス排出連通孔　　　　３６…固体高分子電解質膜
３８…アノード側電極　　　　　　　４０…カソード側電極
４２ａ、４２ｂ…ガス拡散層　　　　４４ａ、４４ｂ…電極触媒層
４５…外周縁部　　　　　　　　　　４６…酸化剤ガス流路
４７ａ、４７ｂ…シール　　　　　　４８…燃料ガス流路
５０…冷却媒体流路　　　　　　　　６０…プレス機
６２…下型　　　　　　　　　　　　６４…上型
【図１】
2004079246.tif 000003
【図２】
2004079246.tif 000004
【図３】
2004079246.tif 000005
【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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