(57)【要約】【課題】本発明は、燃料電池に整流素子を取り付けたときに生じる不具合の発生を低減させる技術を提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池は、膜電極接合体を含んで構成される発電部材と、発電部材の両側にそれぞれ配置される一対のセパレータと、一対のセパレータの間に負電圧が生じたときに電流が流れる整流素子であって、整流素子が備える２つの電極が一対のセパレータとそれぞれ対向するようにして一対のセパレータの間に配置され、導電性の接着剤によって２つの電極が一対のセパレータにそれぞれ電気的に接続される整流素子と、整流素子に隣接して配置され、整流素子の２つの電極が接着剤を介して電気的に接続されないように接着剤の流動を堰き止めるための流動規制部と、を備える。【選択図】図１
2013149568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
膜電極接合体を含んで構成される発電部材と、
前記発電部材の両側にそれぞれ配置される一対のセパレータと、
前記一対のセパレータの間に負電圧が生じたときに電流が流れる整流素子であって、前記整流素子が備える２つの電極が前記一対のセパレータとそれぞれ対向するようにして前記一対のセパレータの間に配置され、導電性の接着剤によって前記２つの電極が前記一対のセパレータにそれぞれ電気的に接続される整流素子と、
前記整流素子に隣接して配置され、前記整流素子の前記２つの電極が前記接着剤を介して電気的に接続されないように前記接着剤の流動を堰き止めるための流動規制部と、を備える、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記流動規制部は、前記整流素子において前記接着剤が接触可能な領域が前記整流素子の一方の電極のみを含んだ領域となるように前記接着剤の流動を堰き止める、燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記流動規制部は、前記発電部材の外周部に形成されたガスケットの一部に形成されている、燃料電池。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記流動規制部は、前記一対のセパレータ同士の接触を抑制するための絶縁部材の一部に形成されている、燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池において、
前記一対のセパレータは、前記整流素子と対向している領域における互いの距離である第１の距離が、前記発電体と対向している領域における互いの距離である第２の距離より小さい、燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記一対のセパレータは、前記第１の距離が前記第２の距離より小さくなるように、少なくとも一方が前記燃料電池の積層方向に折れ曲がっている、燃料電池。
【請求項７】
燃料電池の製造方法であって、
発電部材と、整流素子とを用意する工程と、
前記整流素子の一方の面において、接着剤が接触可能な領域が前記整流素子の一方の電極のみを含んだ領域となるように接着剤の流動を堰き止めるための流動規制部を形成する工程と、
前記流動規制部によって囲まれた領域に前記接着剤を配置して複合体を形成する工程と、
前記複合体の両側にセパレータを配置する工程と、を備える製造方法。
【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】
従来から、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池は、氷点下で始動したときに、いわゆる負電圧が発生して発電効率の低下や性能の低下が生じることが知られている。この負電圧の問題に関連して従来から、燃料電池スタックの外部にダイオードを取り付けて負電圧を緩和する技術が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−００３４７７号公報
【特許文献２】特開２００２−５４０５５５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１２９２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、燃料電池にダイオードなどの整流素子を取り付ける技術については、なお改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池に整流素子を取り付けたときに生じる不具合の発生を低減させる技術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】
【０００６】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本願発明は、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料電池であって、
膜電極接合体を含んで構成される発電部材と、
前記発電部材の両側にそれぞれ配置される一対のセパレータと、
前記一対のセパレータの間に負電圧が生じたときに電流が流れる整流素子であって、前記整流素子が備える２つの電極が前記一対のセパレータとそれぞれ対向するようにして前記一対のセパレータの間に配置され、導電性の接着剤によって前記２つの電極が前記一対のセパレータにそれぞれ電気的に接続される整流素子と、
前記整流素子に隣接して配置され、前記整流素子の前記２つの電極が前記接着剤を介して電気的に接続されないように前記接着剤の流動を堰き止めるための流動規制部と、を備える、燃料電池。
【０００８】
この構成によれば、整流素子が一対のセパレータの内側に配置されているため、燃料電池をコンパクトにすることができる。また、流動規制部によって接着剤の流動が規制されるため、接着剤の流動による短絡などの不具合の発生を抑制することができる。
【０００９】
［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池において、
前記流動規制部は、前記整流素子において前記接着剤が接触可能な領域が前記整流素子の一方の電極のみを含んだ領域となるように前記接着剤の流動を堰き止める、燃料電池。
【００１０】
この構成によれば、流動規制部によって、整流素子の一方の電極と接触している接着剤は、他方の電極と接触することが規制されるため、短絡などの不具合の発生を抑制することができる。
【００１１】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の燃料電池において、
前記流動規制部は、前記発電部材の外周部に形成されたガスケットの一部に形成されている、燃料電池。
【００１２】
この構成によれば、流動規制部は、ガスケットの一部として構成されているため、容易に形成することができる。
【００１３】
［適用例４］
適用例１または適用例２に記載の燃料電池において、
前記流動規制部は、前記一対のセパレータ同士の接触を抑制するための絶縁部材の一部に形成されている、燃料電池。
【００１４】
この構成によれば、流動規制部は、絶縁部材の一部として構成されているため、容易に形成することができる。
【００１５】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池において、
前記一対のセパレータは、前記整流素子と対向している領域における互いの距離である第１の距離が、前記発電体と対向している領域における互いの距離である第２の距離より小さい、燃料電池。
【００１６】
この構成によれば、セパレータと整流素子との間を狭くすることができるため、接着剤の流動量を低減させることができる。
【００１７】
［適用例６］
適用例５に記載の燃料電池において、
前記一対のセパレータは、前記第１の距離が前記第２の距離より小さくなるように、少なくとも一方が前記燃料電池の積層方向に折れ曲がっている、燃料電池。
【００１８】
この構成によれば、セパレータを燃料電池の積層方向に折れ曲げることによって、容易に第１の距離を第２の距離より小さくすることができる。
【００１９】
［適用例７］
燃料電池の製造方法であって、
発電部材と、整流素子とを用意する工程と、
前記整流素子の一方の面において、接着剤が接触可能な領域が前記整流素子の一方の電極のみを含んだ領域となるように接着剤の流動を堰き止めるための流動規制部を形成する工程と、
前記流動規制部によって囲まれた領域に前記接着剤を配置して複合体を形成する工程と、
前記複合体の両側にセパレータを配置する工程と、を備える製造方法。
【００２０】
この構成によれば、接着剤の流動による短絡などの不具合の発生が抑制された燃料電池を製造することができる。
【００２１】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、上記燃料電池を含んで構成される燃料電池システム、上記燃料電池を搭載する車両、上記流動規制部を備える燃料電池の部品などの形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施例に係る燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。
【図２】ダイオードチップの断面構成を例示した説明図である。
【図３】燃料電池のダイオードチップ付近の形状を説明するための説明図である。
【図４】比較例に係る燃料電池のダイオードチップ付近の形状を説明するための説明図である。
【図５】ガスケットがシリコーンゴムによって形成された燃料電池の製造方法を説明するための説明図である。
【図６】ガスケットがシリコーンゴムによって形成された燃料電池の製造方法を説明するための説明図である。
【図７】ガスケットが樹脂フレームによって形成された燃料電池の製造方法を説明するための説明図である。
【図８】ガスケットが樹脂フレームによって形成された燃料電池の製造方法を説明するための説明図である。
【図９】ガスケットが接着剤によって形成された燃料電池の製造方法を説明するための説明図である。
【図１０】第２実施例に係る燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。
【図１１】第３実施例に係る燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。
【図１２】第４実施例に係る燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。
【図１３】第５実施例に係る燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。
【図１４】第６実施例に係る燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池の構成：
図１は、第１実施例に係る燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。図１は、燃料電池スタック１０の断面構成を例示している。燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池１００を積層した構成を備えている。この燃料電池スタック１０は、例えば、車両等の移動体に搭載されて、移動体の動力源として使用される。また、定置型の電源等としても使用される。燃料電池１００は、水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。
【００２４】
燃料電池１００は、ガスケット一体型ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ‐Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜電極接合体）２００と、セパレータ３１０、３３０と、ダイオードチップ５００とを備えている。燃料電池１００は、セパレータ３１０、３３０によってガスケット一体型ＭＥＡ２００を挟持した構成を備えている。
【００２５】
ガスケット一体型ＭＥＡ２００は、ＭＥＡ２１０とガスケット２２０とを備え、略長方形状のＭＥＡ２１０の外周に、枠状のガスケット２２０が形成されている。ＭＥＡ２１０は、電解質膜２１２の一方の面にアノード側触媒層２１４、アノード側ガス拡散層４１０がこの順に積層され、他方の面にカソード側触媒層２１５、カソード側ガス拡散層４３０がこの順に積層された構成を備えている。ＭＥＡ２１０の厚さには特に限定はないが、６００〜７００μｍ程度である。本実施例のＭＥＡ２１０は、特許請求の範囲における「発電部材」に該当する。以後、電解質膜２１２、触媒層２１４、２１５、ガス拡散層４１０、４３０が積層されている方向を単に「積層方向」とも呼ぶ。
【００２６】
電解質膜２１２は、プロトン伝導性の固体高分子材料としてのフッ素系スルホン酸ポリマーにより形成された高分子電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ(登録商標))により構成されている。なお、高分子電解質膜としては、Ｎａｆｉｏｎ(登録商標)に限定されず、例えば、アシプレックス（登録商標）、フレミオン（登録商標）等の他のフッ素系スルホン酸膜を用いてもよい。また、例えば、フッ素系ホスホン酸膜、フッ素系カルボン酸膜、フッ素炭化水素系グラフト膜、炭化水素系グラフト膜、芳香族膜等を用いてもよい。
【００２７】
アノード側触媒層２１４およびカソード側触媒層２１５は、例えば、電気化学反応を進行する触媒金属（例えば、白金）を担持したカーボン粒子（触媒担持担体）と、プロトン伝導性を有する高分子電解質（例えばフッ素系樹脂）を含んで構成されている。導電性担体としては、カーボン粒子の他に、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のほか、炭化ケイ素などに代表される炭素化合物等を用いることができる。また、触媒金属としては、白金の他に、例えば、白金合金、パラジウム、ロジウム、金、銀、オスミウム、イリジウム等を用いることができる。
【００２８】
ガスケット２２０は、その内側に配置されているＭＥＡ２１０やガス流路を流通するガスがガスケット２２０の外側に漏れ出すことを抑制するためのシール部材であり、セパレータ３１０、３３０との間においてガス気密性を確保している。ガスケット２２０は、上述したガス気密性を確保することが可能な材料であれば、種々の材料によって形成することができる。例えは、ガスケット２２０は、シリコーンゴムなどのゴム弾性体のほか、熱可塑性樹脂などによって形成することができる。また、ガスケット２２０は、セパレータ３１０とセパレータ３３０とを互いに接着するための接着剤によって形成されていてもよい。以下では、ガスケット２２０は、シリコーンゴムによって形成されているものとして説明する。
【００２９】
ガスケット２２０は、ダイオードチップ５００を配置するための矩形の開口部（貫通孔）を備えている。また、ガスケット２２０は、図１に示されているアノード排ガス排出用貫通孔２２２とカソードガス供給用貫通孔２２３のほかに、反応ガスや冷却水を流通させるための複数の貫通孔を備えている。各貫通孔は、セパレータ３１０、３３０にそれぞれ形成された貫通孔と共に、反応ガスや冷却水を給排するためのマニホールドを構成する。
【００３０】
ガス拡散層４１０、４３０は、電極反応に用いられる反応ガス（アノードガスおよびカソードガス）を電解質膜２１２の面方向に沿って拡散させる層であり、多孔質の拡散層用基材により構成されている。拡散層用基材としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等のカーボン多孔質体や、金属メッシュや発泡金属等の金属多孔質体を用いることができる。なお、ガス拡散層４１０、４３０は、撥水性を得るために、拡散層用基材が、撥水ペーストによりコーティング（撥水処理）されて撥水層が形成されていてもよい。
【００３１】
セパレータ３１０、３３０は、略矩形の外形を備え、ガス遮断性および電子伝導性を有する部材によって構成されている。本実施例のセパレータ３１０、３３０は、ステンレス鋼やチタン、アルミニウム、銅などの金属の薄板により形成されている。アノード側セパレータ３１０は、一方の主面がガスケット一体型ＭＥＡ２００のアノード側ガス拡散層４１０と接触し、他方の主面がカソード側セパレータ３３０と接触している。カソード側セパレータ３３０は、一方の主面がガスケット一体型ＭＥＡ２００のカソード側ガス拡散層４３０と接触し、他方の主面がアノード側セパレータ３１０と接触している。セパレータ３１０、３３０は、それぞれ、複数の溝によってガスケット一体型ＭＥＡ２００との間にガス流路を形成するためのガス流路形成部３１１、３３１を中心部付近に備え、両端部にマニホールドを構成するための複数の開口部（貫通孔）３１２、３１３、３３２、３３３を備えている。
【００３２】
ダイオードチップ５００は、Ｐ型シリコン５１０とＮ型シリコン５３０からなるシリコンダイオードを含んで構成されている。ダイオードチップ５００は、燃料電池１００と並列に接続されている。具体的には、Ｐ型シリコン５１０がアノード側セパレータ３１０に電気的に接続され、Ｎ型シリコン５３０がカソード側セパレータ３３０に電気的に接続されている。ダイオードチップ５００に使用されるシリコンダイオードは、順方向降下電圧がおよそ０．６Ｖであり、また、逆方向電圧への耐性が大きい特性を有している。ダイオードチップ５００の詳細な構成については、図２を用いて詳述する。本実施例のダイオードチップ５００は、特許請求の範囲における「整流素子」に該当する。
【００３３】
接着剤６００は、ダイオードチップ５００とセパレータ３１０、３３０とを電気的に接続するための導電性の部材であり、銀ペーストや低温ハンダによって構成されている。以下では、ダイオードチップ５００のＰ型シリコン５１０とアノード側セパレータ３１０とを接着する接着剤６００を「アノード側接着剤６００ａ」とも呼び、Ｎ型シリコン５３０とカソード側セパレータ３３０とを接着する接着剤６００を「カソード側接着剤６００ｃ」とも呼ぶ。
【００３４】
図２は、ダイオードチップの断面構成を例示した説明図である。ダイオードチップ５００は、略平板形状の外形を備え、一方の主面５０１側（図２上方側）にＰ型シリコン５１０が形成され、他方の主面５０２側（図２下方側）にＮ型シリコン５３０が形成されている。本実施例のダイオードチップ５００は、両方の端面（側面）５０３と、主面５０１の外周部５０１ｐがＮ型シリコン５３０によって形成されている。ダイオードチップ５００の厚みは、ＭＥＡ２１０よりも薄く、一般的に３００μｍ程度である。
【００３５】
ダイオードチップ５００は、Ｐ型シリコン５１０とＮ型シリコン５３０のほか、アノード電極板５１１と、パッシベーション層５２０と、カソード電極板５１３と、を備えている。アノード電極板５１１は、導電性部材によって形成され、ダイオードチップ５００の主面５０１のＰ型シリコン５１０と接触するように配置されている。パッシベーション層５２０は、ガラスの薄膜などの絶縁性部材によって形成され、アノード電極板５１１の外周部に配置されている。パッシベーション層５２０は、アノード電極板５１１の外周部がＮ型シリコン５３０と接触しないように、アノード電極板５１１の外周部と、主面５０１のＰ型シリコン５１０とＮ型シリコン５３０の境界部付近の領域との間に配置されている。また、パッシベーション層５２０は、アノード電極板５１１の表面側（図２上方側）の外周部を被覆している。カソード電極板５１３は、導電性部材によって形成され、ダイオードチップ５００の主面５０２のＮ型シリコン５３０と接触するように配置されている。
【００３６】
以後、本実施例では、アノード電極板５１１の表面側（図２上方側）において、パッシベーション層５２０に被覆されていない領域、すなわち、外部からアノード電極板５１１に接触可能な領域をアノード電極領域Ａａと呼ぶ。また、アノード電極領域Ａａと、アノード電極板５１１の表面を被覆するパッシベーション層５２０が形成されている領域とを含む領域を規定領域Ａｓと呼ぶ。ダイオードチップ５００のアノード電極は、アノード電極領域Ａａにアノード側接着剤６００ａが接触することによって、アノード側セパレータ３１０と電気的に接続される。一方、アノード側接着剤６００ａがダイオードチップ５００表面の規定領域Ａｓ以外の領域と接触すると、短絡が発生する。これは、ダイオードチップ５００の表面は、規定領域Ａｓ以外の領域がカソード電極となっているためである。すなわち、ダイオードチップ５００は、カソード電極板５１３だけでなく、両方の端面５０３や、主面５０１の外周部５０１ｐもカソード電極となっている。
【００３７】
図３は、燃料電池のダイオードチップ付近の形状を説明するための説明図である。説明の便宜のため、図３では、ダイオードチップ５００のアノード電極板５１１とパッシベーション層５２０の形状を簡略化している。ガスケット２２０は、ダイオードチップ５００の両側の端面５０３と、各主面５０１、５０３の外周部を被覆するように構成されている。ここでは、ガスケット２２０の一部であって、各主面５０１、５０３の外周部を被覆している部分を被覆部２２５と呼ぶ。
【００３８】
主面５０１に形成されたガスケット２２０の被覆部２２５は、主面５０１の外周部５０１ｐとパッシベーション層５２０の一部を被覆している。そのため、主面５０１において、被覆部２２５によって被覆されていない領域を開口領域Ａｐとすると、被覆部２２５は、開口領域Ａｐが規定領域Ａｓの内側に包含されるように構成される。アノード側接着剤６００ａは、被覆部２２５によって囲まれた開口領域Ａｐの内側に存在し、アノード電極板５１１やパッシベーション層５２０と接触している。アノード側接着剤６００ａは、被覆部２２５によって、水平方向（図３矢印方向）の流動が堰き止められる。すなわち、アノード側接着剤６００ａは、被覆部２２５によって、開口領域Ａｐの外側への移動が規制される。開口領域Ａｐは、規定領域Ａｓの内側に形成されているため、言い換えれば、被覆部２２５は、アノード側接着剤６００ａが規定領域Ａｓの外側へ移動することを規制する流動規制部として機能する。このように、燃料電池１００は、ガスケット２２０に被覆部２２５を備えているため、アノード側接着剤６００ａがカソード電極と接触することによる短絡（図４の電流Ｉ）の発生を抑制することができる。
【００３９】
燃料電池１００は、アノード側セパレータ３１０からカソード側セパレータ３３０までの積層方向の距離Ｄが、ダイオードチップ５００と対向している部分と、ＭＥＡ２１０と対向している部分とで異なるように構成されている。具体的には、各セパレータ３１０、３３０がそれぞれダイオードチップ５００と対向している部分におけるセパレータ間の距離を距離Ｄ１とし、それぞれＭＥＡ２１０と対向している部分におけるセパレータ間の距離を距離Ｄ２とすると、燃料電池１００は、距離Ｄ１が距離Ｄ２よりも小さく（Ｄ１＜Ｄ２）なるように構成されている。ここでは、距離Ｄ１、Ｄ２は、それぞれの部分におけるセパレータ間距離の最小値である。
【００４０】
各セパレータ３１０、３３０は、距離Ｄ１が距離Ｄ２よりも小さくなるように、ダイオードチップ５００と対向している部分と、ダイオードチップ５００と対向している部分と、の間の部分において、お互いの距離が狭くなるように積層方向に折れ曲がっている。また、ガスケット２２０は、ダイオードチップ５００が配置されている部分の厚みがＭＥＡ２１０の厚みよりも薄くなるように形成されている。本実施例のガスケット２２０は、ダイオードチップ５００が配置される部分が窪むことによってこの部分の厚みが相対的に薄くなるように構成されている。この窪みは、ガスケット２２０の両側に形成されている。
【００４１】
燃料電池１００は、ダイオードチップ５００と対向している部分のセパレータ間の距離Ｄ１が、ＭＥＡ２１０と対向している部分のセパレータ間の距離Ｄ２よりも小さくなるように構成されているため、距離Ｄ１と距離Ｄ２とを等しくした場合に比べて、接着剤６００の積層方向の厚みを小さくすることができる。これにより、接着剤６００の水平方向の流動量を低減することができる。また、接着剤６００の使用量が減少するため、コストを削減することができる。また、接着剤６００の積層方向の距離が小さくなるため、接着剤６００の積層方向の電気抵抗を低減することができる。
【００４２】
接着剤６００の積層方向の電気抵抗が小さくなると、ダイオードチップ５００をバイパスする際のセル電圧がダイオードチップ５００の順方向降下電圧により近づくため、ＭＥＡ２１０の保護効果をより大きくすることができる。例えば、ダイオードチップを備えていない燃料電池は、水素欠によって負電圧が発生すると、セル電圧が−１Ｖ程度になり、燃料電池の性能低下が生じる。一方、本願のように、ダイオードチップ５００を備えた燃料電池１００では、水素欠時にダイオードチップ５００に電流がバイパスされるので、セル電圧は−０．３Ｖ程度となり、性能低下を抑制することができる。しかし、接着剤６００の抵抗が大きいと、セル電圧が負に大きくなるのでダイオードチップ５００を設けたことによるＭＥＡ２１０の保護効果が小さくなる。よって、接着剤６００の積層方向の電気抵抗は、小さいほど好ましい。
【００４３】
図４は、比較例に係る燃料電池のダイオードチップ付近の形状を説明するための説明図である。比較例の燃料電池１００ｂは、本実施例の燃料電池１００と異なり、ガスケット２２０ｂにダイオードチップ５００の周囲を被覆する被覆部２２５（図３）が形成されていない。そのため、アノード側接着剤６００ａは、規定領域Ａｓの外側へ移動することを規制されない。図４に示すように、アノード側接着剤６００ａが規定領域Ａｓの外側にある主面５０１の外周部５０１ｐや端面５０３と接触すると短絡（電流Ｉ）が発生する。
【００４４】
また、比較例の燃料電池１００ｂは、本実施例の燃料電池１００と異なり、ダイオードチップ５００と対向している部分のセパレータ間の距離Ｄ１と、ＭＥＡ２１０と対向している部分のセパレータ間の距離Ｄ２が等しい（Ｄ１＝Ｄ２）。そのため、本実施例の燃料電池１００よりも、接着剤６００の積層方向の厚みが大きく、接着剤６００が水平方向に流動しやすい。ダイオードチップ５００の積層方向の厚みを大きくすることで、接着剤６００の積層方向の厚みを小さくすることができるが、この場合、ダイオードチップ５００よって燃料電池のコストが増大する。
【００４５】
Ａ−２．燃料電池の製造方法：
図５、図６は、ガスケットがシリコーンゴムによって形成された燃料電池の製造方法を説明するための説明図である。まず、図５（ａ）に示すように、ＭＥＡ２１０とダイオードチップ５００の両側に金型７１０、７３０を配置し、金型７１０、７３０によって、ＭＥＡ２１０とダイオードチップ５００を把持する。なお、ダイオードチップ５００を把持する金型部分には、ダイオードチップ５００を破壊しないようにするための柔軟な層を設けるようにしてもよい。その後、図５（ｂ）に示すように、金型７１０、７３０の間に形成された空間にシリコーンゴムを充填してガスケット２２０を射出成形する。その後、ガスケット２２０によって接合されたＭＥＡ２１０とダイオードチップ５００の複合体を金型７１０、７３０から取り外すことによって、ガスケット一体型ＭＥＡ２００が完成する。その後、図６（ｃ）に示すように、ガスケット一体型ＭＥＡ２００において、ガスケット２２０から露出しているダイオードチップ５００のアノード電極とカソード電極に接着剤６００ａ、６００ｂを配置する。その後、図６（ｄ）に示すように、ガスケット一体型ＭＥＡ２００の両側にセパレータ３１０、３３０を配置することによって燃料電池１００が完成する。
【００４６】
図７、図８は、ガスケットが樹脂フレームによって形成された燃料電池の製造方法を説明するための説明図である。まず、図７（ａ）に示すように、ＭＥＡ２１０とダイオードチップ５００のほか、ガスケットを構成するフレーム（アノード側フレーム２３１、カソード側フレーム２３３）を用意する。各フレーム２３１、２３３は、非導電性の樹脂によって形成され、開口部（貫通孔）２３１ｐ、２３３ｐを備えている。アノード側開口部２３１ｐは、開口領域Ａｐと同じ形状を有している。カソード側開口部２３３ｐは、ダイオードチップ５００を内側に収容可能な形状を備えている。
【００４７】
図７（ｂ）に示すように、アノード側フレーム２３１とカソード側フレーム２３３の間にＭＥＡ２１０の一部とダイオードチップ５００を配置した状態で、アノード側フレーム２３１とカソード側フレーム２３３を重ね合わせる。これによって、ガスケット一体型ＭＥＡ２００が完成する。ガスケット一体型ＭＥＡ２００は、フレーム２３１、２３３によってＭＥＡ２１０の一部が把持され、ダイオードチップ５００がカソード側開口部２３３ｐの内側に配置されている。その後、図８（ｃ）に示すように、開口部２３１ｐ、２３３ｐから露出しているダイオードチップ５００のアノード電極とカソード電極に接着剤６００ａ、６００ｂを配置する。その後、図８（ｄ）に示すように、ガスケット一体型ＭＥＡ２００の両側にセパレータ３１０、３３０を配置することによって燃料電池１００が完成する。この燃料電池１００では、アノード側開口部２３１ｐの内周端部２３５が流動規制部として機能する。
【００４８】
図９は、ガスケットが接着剤によって形成された燃料電池の製造方法を説明するための説明図である。まず、図９（ａ）に示すように、セパレータ３１０、３３０を用意し、カソード側セパレータ３３０には、ガスケットを構成するためのガスケット用接着剤２４０と、カソード側接着剤６００ｃを配置する。また、アノード側セパレータ３１０には、ガスケット用接着剤２４０と、アノード側接着剤６００ａを配置する。その後、図９（ｂ）に示すように、アノード側セパレータ３１０とカソード側セパレータ３３０を重ね合わせる。このとき、各セパレータ３１０、３３０に配置されたガスケット用接着剤２４０によって、ＭＥＡ２１０の一部を把持させ、また、アノード側接着剤６００ａとカソード側接着剤６００ｃによって、ダイオードチップ５００を把持させる。これによって燃料電池１００が完成する。この燃料電池１００は、ダイオードチップ５００の主面５０１の外周部を被覆している被覆部２４５が流動規制部として機能する。
【００４９】
以上説明した、第１実施例の燃料電池１００によれば、ガスケット２２０に被覆部２２５が形成されているため、ダイオードチップ５００の２つの電極が接着剤６００を介して短絡することを抑制することができる。また、ダイオードチップ５００と対向している部分におけるセパレータ間の距離Ｄ１が、ＭＥＡ２１０と対向している部分におけるセパレータ間の距離Ｄ２よりも小さく（Ｄ１＜Ｄ２）なるように構成されているため、接着剤６００の積層方向の電気抵抗を低減することができる。
【００５０】
Ｂ．第２実施例：
図１０は、第２実施例に係る燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。第１実施例の燃料電池１００は、アノード側接着剤６００ａの移動を規制するための流動規制部（図３の被覆部２２５）が、ガスケット２２０に形成されていたが、第２実施例の燃料電池１００ｄは、流動規制部が絶縁部材８１０に形成されている。第２実施例の燃料電池１００ｄは、第１実施例の燃料電池１００と比較すると、絶縁部材８１０を備えている点と、ガスケットの形状が異なる。それ以外の点は、第１実施例の燃料電池１００と同様のため説明を省略する。
【００５１】
ガスケット２５０は、図示しないＭＥＡの外周に配置され、台座部２５１とシールリップ２５２とを備えている。台座部２５１は、矩形形状の断面を備え、アノード側セパレータ３１０に固定されている。シールリップ２５２は、台座部２５１上に形成され、略三角形状の断面の頂部がカソード側セパレータ３３０と接触している。ガスケット２５０は、ＭＥＡやガス流路を流通するガスがガスケット２５０の外側に漏れ出すことを抑制する。
【００５２】
絶縁部材８１０は、アノード側セパレータ３１０とカソード側セパレータ３３０との接触による短絡を防ぐための部材であり、ゴム弾性体や非導電性の樹脂などによって形成されている。絶縁部材８１０は、平板状の外形を備え、アノード側セパレータ３１０に固定されている。絶縁部材８１０は、ＭＥＡの外周に配置されたガスケット２５０の外側（図１０右側）に配置されている。絶縁部材８１０は、ダイオードチップ５００を配置するための開口部（貫通孔）８１５を備えている。開口部８１５は、ダイオードチップ５００を内側に収容可能な上側開口部８１５ｕと、開口領域Ａｐと同じ形状の下側開口部８１５ｄとが連通した構成を備えている。上側開口部８１５ｕの内側には、ダイオードチップ５００が配置され、下側開口部８１５ｄの内側には、アノード側接着剤６００ａが配置されている。
【００５３】
アノード側接着剤６００ａは、下側開口部８１５ｄの内周端部である下側開口端部８１６によって囲まれた開口領域Ａｐの内側に存在している。そのため、下側開口端部８１６によって、水平方向（図１０左右方向）の流動が堰き止められる。すなわち、下側開口端部８１６は、アノード側接着剤６００ａが規定領域Ａｓの外側へ移動することを規制する流動規制部として機能する。このように、燃料電池１００ｄは、絶縁部材８１０に下側開口端部８１６を備えているため、アノード側接着剤６００ａがカソード電極と接触することによる短絡の発生を抑制することができる。
【００５４】
以上説明した、第２実施例の燃料電池１００ｄによれば、アノード側接着剤６００ａが規定領域Ａｓの外側へ移動することを規制する流動規制部を構成するための部材は、ガスケットに限定されず、絶縁部材など燃料電池を構成する種々の部材によって構成することができる。
【００５５】
Ｃ．第３実施例：
図１１は、第３実施例に係る燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。第１実施例の燃料電池１００は、ダイオードチップ５００と対向している部分のセパレータ間の距離Ｄ１が、ＭＥＡ２１０と対向している部分のセパレータ間の距離Ｄ２よりも小さくなるように、セパレータ３１０、３３０の両方が積層方向に折れ曲がっているが、セパレータ３１０、３３０は、両方が折れ曲がっていなくてもよい。例えば、図１１に示す燃料電池１００ｅのように、セパレータ３１０、３３０のいずれか一方のみが積層方向に折れ曲がっていてもよい。この場合であっても、本実施例の燃料電池１００と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
Ｄ．第４実施例：
図１２は、第４実施例に係る燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。第１実施例の燃料電池１００は、セパレータ３１０、３３０が積層方向に折れ曲がっているが、セパレータ３１０、３３０は折れ曲がっていなくてもよい。例えば、図１２に示す燃料電池１００ｆのように、セパレータ３１０、３３０が台座部３１５、３３５を備えることによって、距離Ｄ１を距離Ｄ２よりも小さくすることができる。なお、台座部は、セパレータ３１０、３３０の一方のみに形成されていてもよい。
【００５７】
Ｅ．第５実施例：
図１３は、第５実施例に係る燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。第１実施例の燃料電池１００は、距離Ｄ１が距離Ｄ２よりも小さくなるように構成されているが、距離Ｄ１は、距離Ｄ２より小さくなくてもよい。すなわち、図１３に示す燃料電池１００ｇのように、ガスケット２２０ｇに被覆部２２５ｇが形成されていれば、アノード側接着剤６００ａがカソード電極と接触することによる短絡の発生を抑制するという効果を得ることができる。このように、本願発明には、距離Ｄ１と距離Ｄ２とが等しい構成も含まれる。なお、距離Ｄ１を距離Ｄ２より小さくした方が接着剤６００の積層方向の電気抵抗を低減できるなどの利点があるため、より好ましい。
【００５８】
Ｆ．第６実施例：
図１４は、第６実施例に係る燃料電池の概略構成を説明するための説明図である。第２実施例の燃料電池１００ｄ（図１０）は、絶縁部材８１０に形成された開口部８１５が、上側開口部８１５ｕと下側開口部８１５ｄとが連通した形状を備えているが、開口部８１５の形状は、第２実施例の構成に限定されない。例えば、図１４に示す燃料電池１００ｈのように、絶縁部材８２０に形成された開口部８２５は、開口形状が一定であってもよい。この場合であっても、開口部８２５が開口領域Ａｐと同じ形状であれば、開口部８２５の内周端部である開口端部８２６によってアノード側接着剤６００ａが規定領域Ａｓの外側へ移動することを規制することができる。なお、第２実施例や本実施例の絶縁部材８１０、８２０は、平板状の外形を有しているが、絶縁部材８１０、８２０の形状は平板状に限定されない。例えば、絶縁部材８１０、８２０は、セパレータ３１０、３３０のいずれかに複数点在し、それぞれが半球状の外形を備えていてもよい。
【００５９】
Ｇ．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。
【００６０】
Ｇ−１．変形例１：
本実施例のダイオードチップ５００は、両端面（両側面）５０３と、主面５０１の外周部５０１ｐがＮ型シリコン５３０によって形成されているが、主面５０１の全体がＰ型シリコン５１０によって形成されていてもよい。また、ダイオードチップ５００は、主面５０１と両端面５０３の一部がＰ型シリコン５１０によって形成されていてもよい。
【００６１】
Ｇ−２．変形例２：
本実施例のダイオードチップ５００は、カソードに対してアノードが小さい構成であったが、反対にカソードに対してアノードが大きくてもよい。この場合、ガスケット２２０の被覆部２２５は、カソード電極側に形成されていることが好ましい。
【００６２】
Ｇ−３．変形例３：
本実施例の燃料電池１００は、ダイオードチップ５００を備えているが、ダイオードチップ５００の替わりにダイオード以外の抵抗体や整流素子を使用してもよい。この構成であっても、ガスケット２２０の被覆部２２５が抵抗体や整流素子の電極を被覆することによって、本実施例の燃料電池１００と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
Ｇ−４．変形例４：
燃料電池スタック１０は、ダイオードチップ５００を備える燃料電池１００のみを積層した構成に限定されず、ダイオードチップ５００を備えていない燃料電池を一部含んでいてもよい。また、燃料電池１００は、固体高分子型燃料電池に限定されず、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池であってもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０…燃料電池スタック
１００…燃料電池
２１０…ＭＥＡ
２１２…電解質膜
２１４…アノード側触媒層
２１５…カソード側触媒層
２００…ガスケット一体型ＭＥＡ
２１０…ＭＥＡ
２２０…ガスケット
２２２…アノード排ガス排出用貫通孔
２２３…カソードガス供給用貫通孔
２２５…被覆部
２３１…アノード側フレーム
２３３…カソード側フレーム
２４０…ガスケット用接着剤
２５０…ガスケット
２５１…台座部
２５２…シールリップ
３１０…アノード側セパレータ
３１１…ガス流路形成部
３１５…台座部
３３０…カソード側セパレータ
３３１…ガス流路形成部
３３５…台座部
４１０…アノード側ガス拡散層
４３０…カソード側ガス拡散層
５００…ダイオードチップ
５０１、５０２…主面
５０３…端面
５１１…アノード電極板
５１３…カソード電極板
５２０…パッシベーション層
６００…接着剤
７１０…金型
８１０…絶縁部材
８１５…開口部
８１６…下側開口端部
８２０…絶縁部材
８２５…開口部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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