JP2008171614A - プレートアッセンブリ、プレートアッセンブリの製造方法、燃料電池スタックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＭＥＡが埃等の不純物を吸着することを防止する技術を提供することを目的とする。
【解決手段】プレートアッセンブリ４０は、ＭＥＡ４１０を、１対の金属プレート４２２、４２４で挟持して、そのプレートの周縁部を電気的に絶縁した状態で、電解質膜４１２を間に挟んで接合して成る。プレートアッセンブリ４０は、電極４１４ａ、４１４ｃに反応ガスを供給するための貫通孔４６４ｉ等を有し、その貫通孔４６４ｉ等は、汚染防止シート４３４によって被覆されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池に関するものである。

電解質膜の両側に少なくともアノードとカソードを設けたＭＥＡを含む燃料電池において、ＭＥＡの両側に金属板を配置してその周縁部を電解質膜と共にカシメることによって、アノードに供給される燃料ガスと、カソードに供給される酸化剤ガスとが、相互に漏洩するのを防止する技術が提案されている(例えば、特許文献１。) 。

特開２００５−１５０００８号公報

このような、ＭＥＡの両側に金属板を配置してその周縁部をカシメて成る燃料電池において、金属板には、反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）を各電極に供給するための貫通孔が形成されている。そのような燃料電池が、単体で保管され、流通すると、その貫通孔から埃等の不純物が内部に入り込み、ＭＥＡに吸着することがある。ＭＥＡは、反応ガスの拡散性を良好にするために、電極の外側に多孔質体から成るガス拡散層を備えているため、不純物が吸着すると、ガス拡散層の撥水性が損なわれ、電極反応により生成される生成水によって、フラッディングが生じるおそれがある。そうすると、反応ガスの流通が妨げられることにより、発電不良が生じる場合がある。

そこで、本発明は、上述の従来技術の問題点を解決し、ＭＥＡが埃等の不純物を吸着することを防止する技術を提供することを目的とする。

上述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明におけるプレートアッセンブリは、
燃料電池スタックを構成するプレートアッセンブリであって、
電解質膜の両面に電極がそれぞれ配置された発電体と、
前記発電体の両面に配置され、前記電極に反応ガスを供給するための反応ガス流路と、
前記反応ガス流路の外側にそれぞれ配置され、少なくとも前記反応ガスを前記電極に供給するための貫通孔をそれぞれ備える１対のプレートと、
前記プレートに剥離可能に密着して、前記貫通孔を被覆する被覆部材と、
を備え、
前記１対のプレートの周縁部を電気的に絶縁した状態で、前記電解質膜を間に挟んで前記１対のプレートの周縁部を接合して成ることを要旨とする。

本明細書中において、プレートアッセンブリとは、燃料電池スタックを構成する部品であって、少なくとも発電体と、反応ガス流路と、を１対のプレートで挟んで、その周縁部を電気的に絶縁しつつ、接合して成る部分を含む部品をいう。

本発明のプレートアッセンブリでは、プレートに設けられた貫通孔が被覆部材によって被覆されているため、プレートアッセンブリ内に埃等の不純物が入り込むのを防止することができる。従って、発電体や反応ガス流路に埃等の不純物が吸着するのを防止することができる。

また、被覆部材は、剥離可能にプレートに密着されているため、適時、剥離することができる。したがって、例えば、プレートアッセンブリを複数積層して、燃料電池スタックを製造する直前まで、被覆部材によって貫通孔が被覆された状態にして保管することができる。

上記したプレートアッセンブリにおいて、
前記プレートのいずれか一方に、前記被覆部材を除去することが可能なように接合されているセパレータをさらに備え、
前記セパレータは、
その内部に、前記貫通孔と連通するように形成され、前記電極に反応ガスを供給する反応ガス供給流路を有することが好適である。

このようにすると、発電体と、セパレータとが一体的に一部品を構成することになる。そのため、発電体とセパレータとを別々の部品とする場合と比べると、プレートアッセンブリを複数積層して燃料電池スタックを構成する場合に、部品点数が少なくなるため、位置決めが容易になり、燃料電池スタックの組み付けが容易になる。

上記したプレートアッセンブリにおいて、
前記１対のプレートは、金属材料より成ると共に、その周縁部を巻き締めることによって接合されていることが好ましい。

巻き締めとは、缶詰の缶胴と缶蓋とを接合する場合等に、一般的に使用されている工法であって、例えば、缶詰の場合、缶胴の端部周縁辺に沿って缶蓋の縁を巻き込み、その部分を押しつぶす工法をいう。すなわち、本明細書中において、１対の金属プレートの周縁部を巻き締めるということは、缶詰の周縁部のように、１対の金属プレートの周縁部を一緒に巻き込み、その部分を押しつぶすことをいう。

このようにすることによって、例えば、接着剤によって１対のプレートの周縁部を接合する場合に比べて、短時間で接合することができるようになるため、好適である。

また、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明におけるプレートアッセンブリの製造方法は、
（ａ）電解質膜の両面に電極がそれぞれ配置された発電体と、前記発電体の両面にそれぞれ配置され、電極に反応ガスを供給するための反応ガス流路と、前記反応ガスを前記電極に供給するための貫通孔をそれぞれ備えた１対のプレートと、前記貫通孔を被覆する被覆部材と、を準備する工程と、
（ｂ）前記１対のプレートの間に前記発電体および前記反応ガス流路を挟むと共に、前記１対のプレートの周縁部で前記電解質膜を間に挟みつつ、電気的に絶縁されるように前記１対のプレートを接合する工程と、
（ｃ）前記プレートに形成された前記貫通孔を、前記被覆部材によってそれぞれ被覆する工程と、
を含むことを要旨とする。

また、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明における燃料電池スタックの製造方法は、
（ａ）電解質膜の両面に電極が配置された発電体と、前記発電体の両面に配置された反応ガス流路とを、１対のプレートの間に挟み、前記１対のプレートの周縁部に前記電解質膜を挟むと共に、前記１対のプレートの周縁部を電気的に絶縁した状態で接合して成り、前記１対のプレートに形成された貫通孔が被覆部材によって被覆されているプレートアッセンブリを、複数準備する工程と、
（ｂ）複数の前記プレートアッセンブリを積層する工程と、
（ｃ）前記被覆部材を除去する工程と、
（ｄ）積層された複数の前記プレートアッセンブリを締結部材によって締結する工程と、
を含むことを要旨とする。

本発明の燃料電池スタックの製造方法には、金属プレートに設けられた貫通孔を被覆する被覆部材を除去する工程が含まれている。すなわち、燃料電池スタックを製造する工程の中で被覆部材を除去するまでは、貫通孔が被覆された状態であるため、プレートアッセンブリ内には、ほとんど埃等の不純物が入り込まない。したがって、本発明の燃料電池スタックの製造方法によって燃料電池スタックを製造すれば、電極や反応ガス流路が埃等を吸着することによって発電効率が低下するのを、防止することができるようになる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池スタックの構成：
Ａ２．プレートアッセンブリの構成：
Ａ３．プレートアッセンブリの製造方法：
Ａ４．燃料電池スタックの製造方法：
Ａ５．実施例の効果：
Ｂ．変形例：

Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池スタックの構成：
図１は、本発明の実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。この燃料電池スタック１００は、燃料ガスとしての水素と、酸化剤ガスとしての空気中の酸素が、各電極において電気化学反応を起こすことによって起電力を得るものである。燃料電池スタック１００は、図示する通り、プレートアッセンブリ４０を所定数積層して形成される。プレートアッセンブリ４０の積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。本実施例では、各プレートアッセンブリ４０は、それぞれ固体高分子型燃料電池として形成されているものとする。

燃料電池スタック１００は、一端から、エンドプレート１０、絶縁板２０、集電板３０、複数のプレートアッセンブリ４０、集電板５０、絶縁板６０、エンドプレート７０の順に積層することによって構成されている。これらには、燃料電池スタック１００内に、燃料ガスとしての水素や、酸化剤ガスとしての空気や、冷却水を流すための図示しない供給口や、排出口や、流路が設けられている。水素は、図示しない水素タンクから供給される。また、空気や、冷却水は、図示しないポンプによって加圧されて供給される。

燃料電池スタック１００には、また、図示するように、テンションプレート８０が備えられている。燃料電池スタック１００には、燃料電池スタック１００内における接触不良による電池性能の低下を抑制し、また、シール部のシール性能を十分に得るために、スタック構造の積層方向に押圧力が加えられ、テンションプレート８０をボルト８２によって燃料電池スタック１００の両端のエンドプレート１０、７０に固定することによって、各プレートアッセンブリ４０は、積層方向に所定の締結力で締結されている。

なお、エンドプレート１０、７０、および、テンションプレート８０は、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。絶縁板２０、６０は、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板３０、５０は、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０、５０には、それぞれ図示しない出力端子が設けられており、燃料電池スタック１００で発電した電力を出力可能となっている。

Ａ２．プレートアッセンブリの構成：
プレートアッセンブリ４０について、図２ないし図６に基づいて説明する。図２および図３は、プレートアッセンブリ４０を示す平面図、図４は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図５は、セパレータアッセンブリ４５０を示す平面図、図６は、プレートアッセンブリ４０を複数積層した状態を示す断面図である。

プレートアッセンブリ４０は、図２および図４に示すように、ＭＥＡアッセンブリ４００と、セパレータアッセンブリ４５０とから構成される。図４に示すように、ＭＥＡアッセンブリ４００と、セパレータアッセンブリ４５０とは、導電性の接着剤Ｂにより接合されている。なお、ＭＥＡアッセンブリ４００と、セパレータアッセンブリ４５０とは、接着剤Ｂに代えて、ろう付け、拡散接合、ラミネート樹脂による接合等、その他の方法で接合するようにしてもよい。

ＭＥＡアッセンブリ４００は、図４に示すように、ＭＥＡ４１０を、アノード側金属プレート４２４、カソード側金属プレート４２２とによって挟持して成る。ＭＥＡ４１０は、電解質膜４１２の一方の面にアノード４１４ａ、アノード側拡散層４１６ａが積層され、他方の面にカソード４１４ｃ、カソード側拡散層４１６ｃが積層されて成る。本実施例におけるアノード４１４ａ、カソード４１４ｃが、請求項における電極に、アノード側拡散層４１６ａ、カソード側拡散層４１６ｃが、請求項における反応ガス流路に、アノード側金属プレート４２４、カソード側金属プレート４２２が、請求項における１対のプレートに、それぞれ相当する。そして、ＭＥＡ４１０が、請求項における発電体および反応ガス流路に相当する。

本実施例において、ガス拡散層４１６ａ、４１６ｃには、アノード４１４ａ、カソード４１４ｃと接する面に撥水化処理が施されている。撥水化処理は、例えば、撥水性物質であるフッ素樹脂の分散液とカーボン粉末と溶媒とを混合して得た混合液を、カーボンペーパ上に塗布し、その後熱処理することにより行なうことができる。このようにガス拡散層の表面を撥水化処理することにより、電極に対する反応ガスの供給を確保すると共に、ガス拡散層側から電極への水の移動を抑制することができる。

ＭＥＡ４１０は、図４に示すように、電解質膜４１２がアノード４１４ａ、カソード４１４ｃよりも大きく形成され、電解質膜４１２の周囲がアノード４１４ａ、カソード４１４ｃより露出するように積層されている。そして、電解質膜４１２の露出部分を、カソード側金属プレート４２２およびアノード側金属プレート４２４で挟持して、その周縁部を、内側に向かって巻き込んで、その部分を押しつぶして、巻き締め部４４０（破線で囲まれた部分）を形成している。これにより、カソード側金属プレート４２２とアノード側金属プレート４２４の周縁部を接合している。なお、図２において、斜線ハッチングを施して、巻き締め部４４０を示している。

電解質膜４１２はアノード側金属プレート４２４およびカソード側金属プレート４２２と略同一の大きさに形成されており、アノード側金属プレート４２４、カソード側金属プレート４２２の間に電解質膜４１２を挟むことにより、アノード側金属プレート４２４、カソード側金属プレート４２２を電気的に絶縁している。また、アノード側金属プレート４２４、カソード側金属プレート４２２の間に電解質膜４１２を挟んで巻き締め部４４０を形成することにより、アノード４１４ａに供給された水素、およびカソード４１４ｃに供給された空気が相互に漏洩しないようにしている。

アノード側金属プレート４２４の巻き締め部４４０を構成する部分は、ポリイミド、ポリアミドイミド等の樹脂によって、その表面が絶縁コートされている。これにより、プレートアッセンブリ４０を複数積層して、燃料電池スタック１００を構成する際に、巻き締め部４４０のアノード側金属プレート４２４と、セパレータアッセンブリ４５０のカソード対向プレート４５２(後述する)とが接触することにより電気的短絡が生じるのを防止することができる。なお、カソード側金属プレート４２２の巻き締め部４４０を構成する部分にも、その表面に絶縁コートを施してもよい。これにより、例えば、電解質膜４１２の大きさが、アノード側金属プレート４２４、カソード側金属プレート４２２よりも小さかった場合等、アノード側金属プレート４２４とカソード側金属プレート４２２とが直接接触してしまう場合でも、両者を電気的に絶縁することができる。

また、図２に示すように、電解質膜４１２、アノード側金属プレート４２４、カソード側金属プレート４２２は、４つの角部に所定の半径の丸みをつけて形成されている。角部が直角であると、隣り合う２辺を共に巻き込むことによって、角部の重なりが大きくなり、角部を巻き込むことが困難であるが、角部に丸みを付けることによって、角部も容易に巻き込むことができる。

図２および図４に示すように、カソード側金属プレート４２２には、空気供給用貫通孔４６４ｉ、空気排出用貫通孔４６４ｏが設けられ、アノード側金属プレート４２４には、水素供給用貫通孔４６６ｉ、水素排出用貫通孔４６６ｏが設けられている。そして、カソード側金属プレート４２２の空気供給用貫通孔４６４ｉを被覆するように、汚染防止シート４３４が貼着されている。同様に、空気排出用貫通孔４６４ｏ、アノード側金属プレート４２４の水素供給用貫通孔４６６ｉ、水素排出用貫通孔４６６ｏにも汚染防止シート４３４が貼着されている。本実施例において、汚染防止シート４３４としては、セロファンに接着剤を塗布した、剥離可能な粘着テープを使用しているが、ビニール等に接着剤を塗布したテープを用いてもよい。また、埃等が通過不可能な程度のメッシュのテープを用いてもよい。本実施例における汚染防止シート４３４が、請求項における被覆部材に相当する。

カソード側金属プレート４２２の空気供給用貫通孔４６４ｉ、空気排出用貫通孔４６４ｏ、およびアノード側金属プレート４２４の水素供給用貫通孔４６６ｉ、水素排出用貫通孔４６６ｏは、それぞれ汚染防止シート４３４によって被覆されているため、各貫通孔からプレートアッセンブリ４０内部に埃等の不純物が入り込むのを防止することができる。

続いて、セパレータアッセンブリ４５０について、図４および図５に基づいて簡単に説明する。図４に示すように、セパレータアッセンブリ４５０は、燃料電池スタック１００を構成する際にカソード側に配置されるカソード対向プレート４５２、アノード側に配置されるアノード対向プレート４５４、およびそれらの間に配置される中間プレート４５６の３枚の金属プレートによって構成されている。本実施例におけるセパレータアッセンブリ４５０が、請求項におけるセパレータに相当する。

図５に示すように、これら３枚の金属プレートには、外周部に、マニホールドを構成する空気供給用マニホールド孔４６２ａｉ、空気排出用マニホールド孔４６２ａｏ、水素供給用マニホールド孔４６２ｈｉ、水素排出用マニホールド孔４６２ｈｏが、それぞれ形成されている。また、カソード対向プレート４５２およびアノード対向プレート４５４には、冷却水供給用マニホールド孔４６２ｃｉ、冷却水排出用マニホールド孔４６２ｃｏが、それぞれ形成されている。さらに、カソード対向プレート４５２には、空気供給用貫通孔４６４ｉ、空気排出用貫通孔４６４ｏが形成され、アノード対向プレート４５４には、水素供給用貫通孔４６６ｉ、水素排出用貫通孔４６６ｏが形成されている。水素供給用貫通孔４６６ｉ、水素排出用貫通孔４６６ｏは、ＭＥＡアッセンブリ４００と接合した場合に、アノード側金属プレート４２４に形成された水素供給用貫通孔４６６ｉ、水素排出用貫通孔４６６ｏと連通するように配置されている。一方、空気供給用貫通孔４６４ｉ、空気排出用貫通孔４６４ｏは、プレートアッセンブリ４０を複数積層した場合に、セパレータアッセンブリ４５０のカソード対向プレート４５２に形成された空気供給用貫通孔４６４ｉ、空気排出用貫通孔４６４ｏと連通するように配置されている。

中間プレート４５６には、中間プレート４５６に形成された空気供給用マニホールド孔４６２ａｉと、カソード対向プレート４５２に形成された空気供給用貫通孔４６４ｉとを繋ぐような長孔４６８ｉが複数形成されている。同様に、空気排出用マニホールド孔４６２ａｏと空気排出用貫通孔４６４ｏとを繋ぐように長孔４６８ｏ、水素供給用マニホールド孔４６２ｈｉと水素供給用貫通孔とを繋ぐように長孔４７０ｉ、水素排出用マニホールド孔４６２ｈｏと水素排出用貫通孔４６６ｏとを繋ぐように長孔４７０ｏが形成されている。また、冷却水供給用マニホールド孔４６２ｃｉ、冷却水排出用マニホールド孔４６２ｃｏとを繋ぐように、冷却水流路４７２が複数形成されている。上記した３枚の金属プレートは、周縁部をろう付けにより接合され、一体になっている。

図３に示すように、セパレータアッセンブリ４５０の各マニホールド孔の周囲には、シール部４５８が形成されている。図６に示すように、プレートアッセンブリ４０を積層した際に、マニホールドを流通する反応ガスが、燃料電池スタック１００外へ漏洩するのを防止する。

Ａ３．プレートアッセンブリの製造方法：
プレートアッセンブリ４０の製造方法について、図７および図８に基づいて説明する。図７は、プレートアッセンブリ４０の製造方法を示すフローチャート、図８は、プレートアッセンブリの製造工程の一部を概念的に示す説明図である。
まず、ＭＥＡ４１０、アノード側金属プレート４２４、カソード側金属プレート４２２、セパレータアッセンブリ４５０、汚染防止シート４３４を準備する（ステップ１０２）。セパレータアッセンブリ４５０のアノード対向プレート４５４を上にして、図６に示すように、水素供給用貫通孔４６６ｉ、水素排出用貫通孔４６６ｏを被覆するように、接着面を上にして汚染防止シート４３４を配置する。そして、水素供給用貫通孔４６６ｉ、水素排出用貫通孔４６６ｏの周囲、およびＭＥＡアッセンブリ４００が配置される位置に接着剤Ｂを塗布する。このとき、汚染防止シート４３４を後に除去できるように、汚染防止シート４３４が配置されている部分には、接着剤Ｂを塗布しない。そして、アノード側金属プレート４２４をアノード対向プレート４５４の上に接合する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４において、汚染防止シート４３４は、アノード側金属プレート４２４に貼着されて、水素供給用貫通孔４６６ｉおよび水素排出用貫通孔４６６ｏは、汚染防止シート４３４によって被覆される。アノード側金属プレート４２４の上に、ＭＥＡ４１０、カソード側金属プレート４２２の順に積層する(ステップＳ１０６)。

カソード側金属プレート４２２とアノード側金属プレート４２４との間に、電解質膜４１２を挟んだ状態で、３枚一緒に周縁部を巻き締めて、巻き締め部４４０を形成する（ステップＳ１０８）。最後に、カソード側金属プレート４２２に汚染防止シート４３４を貼着して、空気供給用貫通孔４６４ｉ、空気排出用貫通孔４６４ｏを被覆する（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１０４〜１０６において、各部品を積層するときは、組み立て治具を用いて、各部品の位置決めを行う。例えば、本実施例においては、平板に柱状のポールＰが複数立設されている治具を使用する。図８は、セパレータアッセンブリ４５０の各マニホールド孔に治具のポールＰを通した状態を示している(ポールＰを破線で示す。)。治具のポールＰがセパレータアッセンブリ４５０の各マニホールド孔を通るように、セパレータアッセンブリ４５０を治具の平板の上に配置して、その上に、ポールＰにその外周を沿わせるようにして、アノード側金属プレート４２４、ＭＥＡ４１０、およびをカソード側金属プレート４２２（図８において、一点差線で示す）を積層する。このようにすることによって、各々の水素供給用貫通孔４６６ｉ、水素排出用貫通孔４６６ｏ、空気供給用貫通孔４６４ｉ、空気排出用貫通孔４６４ｏが、所定の位置に配置される。

本実施例におけるステップＳ１０２が請求項４における工程（ａ）に、ステップＳ１０６およびステップＳ１０８が工程（ｂ）に、ステップＳ１０４およびステップＳ１１０が工程（ｃ）に、それぞれ相当する。

Ａ４．燃料電池スタックの製造方法：
燃料電池スタック１００の製造方法について、図９に基づいて説明する。図９は、燃料電池スタック１００の製造方法を示すフローチャートである。
まず、プレートアッセンブリ４０を所定数用意する（ステップＳ２０２）。セパレータアッセンブリ４５０の外周に沿うように配置された複数のポールを備える組み立て治具（図示しない）を用いて、エンドプレート１０、絶縁板２０、集電板３０の位置決めをしながら、その順に積層した後、所定数のプレートアッセンブリ４０を積層する（ステップＳ２０４）。さらに、集電板５０、絶縁板６０、エンドプレート７０を、その順に積層した後、汚染防止シート４３４を引っ張って除去する（ステップＳ２０６）。その後、エンドプレート７０側から所定の荷重を加えながら、テンションプレート８０を、エンドプレート１０、７０にボルト８２で固定することによって、燃料電池スタック１００を締結する（ステップＳ２０８）。このようにすることによって、プレートアッセンブリ４０の積層方向に締結荷重がかかり、カソード側金属プレート４２２と、カソード対向プレート４５２とが密着され、両者の間から空気が漏洩するのを防止することができる。

本実施例におけるステップＳ２０２が請求項５における工程（ａ）に、ステップＳ２０４が工程（ｂ）に、ステップＳ２０６が工程（ｃ）に、ステップＳ２０８が工程（ｄ）にそれぞれ相当する。

以上のように燃料電池スタック１００を製造して、反応ガスを供給すると、図６に示すように、長孔４６８ｉと空気供給用貫通孔４６４ｉが重なるため、カソード４１４ｃに空気が供給される（図中の矢印）。同様に、長孔４７０ｉと水素供給用貫通孔４６６ｉが重なるため、アノード４１４ａに水素が供給される（図示しない）。したがって、各電極において、それらの反応ガスが電気化学反応を起こすことによって起電力を得ることができる。

図８に示すように、アノード側金属プレート４２４と、アノード対向プレート４５４を接着する接着剤Ｂは、水素供給用貫通孔４６６ｉ、水素排出用貫通孔４６６ｏの周囲の一部に塗布されていないため、水素供給用貫通孔４６６ｉに被覆された汚染防止シート４３４を除去したのち、その部分には隙間が生じる。しかしながら、本実施例において、その隙間が０．１ｍｍ程度であるため、その隙間から外へ水素が流出する際の圧損が、水素供給用貫通孔４６６ｉからアノード側拡散層４１６ａへ流入する際の圧損よりも高くなるため、水素が外へ流出せず、アノード側拡散層４１６ａに流入する。なお、本実施例において、その隙間は０．１ｍｍ程度であるが、この距離に限定されず、隙間から外へ水素が流出する際の圧損が、水素供給用貫通孔４６６ｉからアノード側拡散層４１６ａへ流入する際の圧損よりも高くなればよい。

Ａ５．実施例の効果：
本実施例のプレートアッセンブリ４０では、ＭＥＡ４１０をカソード側金属プレート４２２、アノード側金属プレート４２４で覆っており、さらに、空気供給用貫通孔４６４ｉ、空気排出用貫通孔４６４ｏ、水素供給用貫通孔４６６ｉ、水素排出用貫通孔４６６ｏが汚染防止シート４３４に被覆されているため、ＭＥＡ４１０に埃等が吸着するのを防止することができる。すなわち、カソード側拡散層４１６ｃ、アノード側拡散層４１６ａの撥水性が低下することによってフラッディングが生じるのを防止することができるため、アノード４１４ａおよびカソード４１４ｃへの反応ガスの供給を良好に保つことができ、発電性能が低下するのを防止することができる。

また、汚染防止シート４３４は、剥離可能にＭＥＡアッセンブリ４００に貼着され、セパレータアッセンブリ４５０は、汚染防止シート４３４を除去可能なように、隙間を空けてＭＥＡアッセンブリ４００に接合されている。そのため、プレートアッセンブリ４０を複数積層して燃料電池スタック１００を製造する際には、汚染防止シート４３４を容易に除去することができる。

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例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で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。

（１）上記した実施例において、ＭＥＡアッセンブリ４００とセパレータアッセンブリ４５０とを接着剤Ｂによって接合して成るプレートアッセンブリ４０を、一つの単体部品とし、プレートアッセンブリ４０を複数積層して燃料電池スタック１００を製造するものを示したが、ＭＥＡアッセンブリ４００を一つの単体部品として用いるようにしてもよい。例えば、ＭＥＡアッセンブリ４００と、セパレータアッセンブリ４５０とを、別個の部品として製造して、それらを交互に積層した後、汚染防止シート４３４を取り除き、テンションプレート８０によって締結荷重をかけることによって燃料電池スタック１００を製造してもよい。このようにしても、上記した実施例と同様に、ＭＥＡ４１０に埃等が吸着するのを防止することができるため、良好な発電性能を維持することができる。

（２）上記した実施例において、ＭＥＡ４１０を挟持するプレートとして、金属製のプレートを用い、周縁部を巻き締めることによって接合しているが、このような接合方法に限定されない。例えば、金属プレートの周縁部をかしめることによって接合してもよいし、ろう付け、接着剤による接合等種々の接合方法を適用することができる。また、プレートとして、炭素系プレート等の導電性のプレートを用いることも可能である。

（３）上記した実施例において、燃料電池スタック１００を製造するときに、プレートアッセンブリ４０を積層した後に、汚染防止シート４３４を除去しているが、プレートアッセンブリ４０を積層する直前に、汚染防止シート４３４を除去してもよい。このようにしても、燃料電池スタックを製造する直前までは、空気供給用貫通孔４６４ｉ等の貫通孔は汚染防止シート４３４に被覆されているため、プレートアッセンブリ４０内にはほとんど埃等が入り込まない。そのため、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。

（４）上記した実施例において、反応ガス流路として、アノード側拡散層４１６ａ、カソード側拡散層４１６ｃを利用するものを示したが、反応ガス流路は本実施例の形態に限定されない。例えば、ＭＥＡ４１０と金属プレート４２２、４２４との間に、さらに導電性多孔質層を設けて、その空隙を反応ガス流路として利用することもできる。また、電極表面を凹凸状に形成して、その凹凸を反応ガス流路として利用することもできる。金属プレート４２２、４２４のＭＥＡ４１０と接触する面を凹凸状に形成して、その凹凸を反応ガス流路として利用することもできる。

（５）セパレータアッセンブリ４５０の形状、各マニホールド孔の形状および配置、各貫通孔の形状および配置は、本実施例の形状および配置に限定されるものではなく、種々の形状および配置を適用することができる。

（６）上記した実施例において、汚染防止シート４３４として、接着剤が塗布された粘着テープを使用しているが、接着剤が塗布されていないものを使用しても、ＭＥＡアッセンブリ４００に密着できればよい。例えば、上記した実施例のように、セパレータアッセンブリ４５０とＭＥＡアッセンブリ４００との間に汚染防止シートが挟まれるような場合には、セパレータアッセンブリ４５０とＭＥＡアッセンブリ４００との押圧力によって、汚染防止シートがＭＥＡアッセンブリに密着するため、接着剤が塗布されていなくてもよい。また、例えば、粘着力の高い材料によって汚染防止シートを形成することによって、ＭＥＡアッセンブリ４００に密着するようにしてもよい。

本発明の実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す斜視図である。 プレートアッセンブリ４０を示す平面図である。 プレートアッセンブリ４０を示す平面図である。 プレートアッセンブリ４０を示す断面図である。 セパレータアッセンブリ４５０を示す平面図である。 プレートアッセンブリ４０を複数積層した状態を示す断面図である。 プレートアッセンブリ４０の製造方法を示すフローチャートである。 プレートアッセンブリの製造工程の一部を概念的に示す説明図である。 燃料電池スタック１００の製造方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０...エンドプレート
２０...絶縁板
３０...集電板
４０...プレートアッセンブリ
５０...集電板
６０...絶縁板
７０...エンドプレート
８０...テンションプレート
８２...ボルト
１００...燃料電池スタック
４００...ＭＥＡアッセンブリ
４１２...電解質膜
４１４ａ...アノード
４１４ｃ...カソード
４１６ａ...アノード側拡散層
４１６ｃ...カソード側拡散層
４２２...カソード側金属プレート
４２４...アノード側金属プレート
４３４...汚染防止シート
４４０...巻き締め部
４５０...セパレータアッセンブリ
４５２...カソード対向プレート
４５４...アノード対向プレート
４５６...中間プレート
４５８...シール部
４６２ａｉ...空気供給用マニホールド孔
４６２ｃｉ...冷却水供給用マニホールド孔
４６２ａｏ...空気排出用マニホールド孔
４６２ｈｉ...水素供給用マニホールド孔
４６２ｃｏ...冷却水排出用マニホールド孔
４６２ｈｏ...水素排出用マニホールド孔
４６４ｉ...空気供給用貫通孔
４６４ｏ...空気排出用貫通孔
４６６ｉ...水素供給用貫通孔
４６６ｏ...水素排出用貫通孔
４６８ｉ，４６８ｏ，４７０ｉ，４７０ｏ...長孔
４７２...冷却水流路
Ｂ...接着剤
Ｐ...ポール

Claims (5)

1. 燃料電池スタックを構成するプレートアッセンブリであって、
   電解質膜の両面に電極がそれぞれ配置された発電体と、
   前記発電体の両面に配置され、前記電極に反応ガスを供給するための反応ガス流路と、
   前記反応ガス流路の外側にそれぞれ配置され、少なくとも前記反応ガスを前記電極に供給するための貫通孔をそれぞれ備える１対のプレートと、
   前記プレートに剥離可能に密着して、前記貫通孔を被覆する被覆部材と、
   を備え、
   前記１対のプレートの周縁部を電気的に絶縁した状態で、前記電解質膜を間に挟んで前記１対のプレートの周縁部を接合して成ることを特徴とするプレートアッセンブリ。
2. 請求項１に記載のプレートアッセンブリにおいて、
   前記プレートのいずれか一方に、前記被覆部材を除去することが可能なように接合されているセパレータをさらに備え、
   前記セパレータは、
   その内部に、前記貫通孔と連通するように形成され、前記電極に反応ガスを供給する反応ガス供給流路を有することを特徴とするプレートアッセンブリ。
3. 請求項１または請求項２に記載のプレートアッセンブリにおいて、
   前記１対のプレートは、金属材料より成ると共に、その周縁部を巻き締めることによって接合されていることを特徴とするプレートアッセンブリ。
4. 燃料電池スタックを構成するプレートアッセンブリの製造方法であって、
   （ａ）電解質膜の両面に電極がそれぞれ配置された発電体と、前記発電体の両面にそれぞれ配置され、電極に反応ガスを供給するための反応ガス流路と、前記反応ガスを前記電極に供給するための貫通孔をそれぞれ備えた１対のプレートと、前記貫通孔を被覆する被覆部材と、を準備する工程と、
   （ｂ）前記１対のプレートの間に前記発電体および前記反応ガス流路を挟むと共に、前記１対のプレートの周縁部で前記電解質膜を間に挟みつつ、電気的に絶縁されるように前記１対のプレートを接合する工程と、
   （ｃ）前記プレートに形成された前記貫通孔を、前記被覆部材によってそれぞれ被覆する工程と、
   を含むことを特徴とするプレートアッセンブリの製造方法。
5. 燃料電池スタックの製造方法であって、
   （ａ）電解質膜の両面に電極が配置された発電体と、前記発電体の両面に配置された反応ガス流路とを、１対のプレートの間に挟み、前記１対のプレートの周縁部に前記電解質膜を挟むと共に、前記１対のプレートの周縁部を電気的に絶縁した状態で接合して成り、前記１対のプレートに形成された貫通孔が被覆部材によって被覆されているプレートアッセンブリを、複数準備する工程と、
   （ｂ）複数の前記プレートアッセンブリを積層する工程と、
   （ｃ）前記被覆部材を除去する工程と、
   （ｄ）積層された複数の前記プレートアッセンブリを締結部材によって締結する工程と、
   を含むことを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。

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