JP2008204704A - Fuel cell, its manufacturing method, and laminate member for fuel cell - Google Patents

Fuel cell, its manufacturing method, and laminate member for fuel cell Download PDF

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研二 佐藤
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健二 壷阪
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase gas sealing performance at a seal portion when the seal portion is formed integrally with a member having an electrolyte layer and a gas diffusion layer. <P>SOLUTION: The fuel cell is provided with a power generation unit 12 having an electrolyte membrane, a pair of electrodes formed on both faces of the electrolyte membrane, and a pair of gas diffusion layers which are arranged on the electrodes and made of a porous body. Furthermore, the fuel cell is provided with a seal portion 16 formed integrally with the power generation unit 12 and gas separators 30 which are arranged on both sides of the power generation unit 12 and are in contact with the seal portion 16. Herein, the gas diffusion layer is provided with a power generation region corresponding to a region in which an electrochemical reaction is in progress in the fuel cell and an outside region at the outside than the power generation region. Then, an impregnation optimization treatment in which a constituent material of the seal portion 16 can be impregnated more at the outside region than at the power generation region is applied on at least one of the pair of the gas diffusion layers. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池、その製造方法、および燃料電池用積層部材に関する。   The present invention relates to a fuel cell, a method for manufacturing the same, and a laminated member for a fuel cell.

燃料電池は、一般に、電解質層、触媒を備える電極、多孔質体から成るガス拡散層、あるいはガスセパレータなどの部材を、所定の順序で順次積層することによって形成される。このような構成の一例として、電解質膜、電極と一体化したガス拡散層と一体で、これらの部材の外周に、ガスシール性を確保するためのシール部材を設ける構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   In general, a fuel cell is formed by sequentially laminating members such as an electrolyte layer, an electrode including a catalyst, a gas diffusion layer made of a porous material, or a gas separator in a predetermined order. As an example of such a configuration, a configuration has been proposed in which a sealing member is provided integrally with a gas diffusion layer integrated with an electrolyte membrane and an electrode, and a gas sealing property is provided on the outer periphery of these members (for example, , See Patent Document 1).

特開２００１−１５５７４５号公報JP 2001-155745 A 特開２００２−１２４２７６号公報JP 2002-124276 A 特開２００６−２１６４２４号公報JP 2006-216424 A

しかしながら、電解質膜およびガス拡散層と一体でシール部を設ける場合であっても、ガス拡散層とシール部との間に空隙があると、すなわち、シール部の構成材料が充分にガス拡散層に入り込んで一体化していないと、上記空隙を介してガスリークする可能性がある。そのため、電解質膜およびガス拡散層と、シール部とを一体形成する場合には、ガスリークの更なる抑制が望まれていた。   However, even when the seal portion is provided integrally with the electrolyte membrane and the gas diffusion layer, if there is a gap between the gas diffusion layer and the seal portion, that is, the constituent material of the seal portion is sufficiently in the gas diffusion layer. If they are not integrated, gas leakage may occur through the gap. Therefore, when the electrolyte membrane, the gas diffusion layer, and the seal portion are integrally formed, further suppression of gas leakage has been desired.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、電解質層およびガス拡散層を備える部材と一体でシール部を形成する際に、シール部におけるガスシール性を高めることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and when forming a seal portion integrally with a member including an electrolyte layer and a gas diffusion layer, the gas seal performance in the seal portion is improved. Objective.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、
電解質膜と、該電解質膜の両面に形成された一対の電極と、前記電極上に配置された多孔質体から成る一対のガス拡散層と、を備える発電体と、
前記発電体の外周部で該発電体の外周部を内包し、該発電体と一体で形成されたシール部と、
前記発電体の両側に配置され、前記シール部と接触するガスセパレータと
を備え、
前記ガス拡散層は、前記燃料電池において電気化学反応が進行する領域に対応する発電領域と、該発電領域よりも外側の外側領域と、を備え、
前記一対のガス拡散層の少なくとも一方には、前記発電領域に比べて前記外側領域の方が、前記シール部の構成材料がより多く含浸可能となる含浸適正化処理が施されていることを要旨とする。 In order to achieve the above object, the fuel cell of the present invention comprises:
A power generator comprising: an electrolyte membrane; a pair of electrodes formed on both surfaces of the electrolyte membrane; and a pair of gas diffusion layers made of a porous body disposed on the electrodes;
A seal portion that includes the outer periphery of the power generation body at the outer periphery of the power generation body and is formed integrally with the power generation body;
A gas separator disposed on both sides of the power generation body and in contact with the seal portion;
The gas diffusion layer includes a power generation region corresponding to a region where an electrochemical reaction proceeds in the fuel cell, and an outer region outside the power generation region,
The gist is that at least one of the pair of gas diffusion layers is subjected to an impregnation optimization treatment that allows the outer region to be more impregnated with the constituent material of the seal portion than the power generation region. And

以上のように構成された本発明の燃料電池によれば、ガス拡散層の少なくとも一方に対して、発電領域に比べて外側領域の方がシール部構成材料がより多く含浸可能となる含浸適正化処理を施しているため、シール部を発電体と一体で形成する場合には、シール部構成材料の外側領域への含浸を確保することができる。そのため、燃料電池において、ガス拡散層を介したガスリークを抑制することができる。   According to the fuel cell of the present invention configured as described above, it is possible to optimize the impregnation so that at least one of the gas diffusion layers can be impregnated with a larger amount of the constituent material in the outer region than in the power generation region. Since the treatment is performed, when the seal portion is formed integrally with the power generation body, the outer region of the seal portion constituent material can be ensured to be impregnated. Therefore, in the fuel cell, gas leakage through the gas diffusion layer can be suppressed.

本発明の燃料電池において、前記含浸適正化処理は、前記構成材料の前記発電領域への含浸を抑えつつ、前記構成材料の前記外側領域への含浸を許容させる処理であることとしても良い。このような構成とすれば、シール部構成材料の外側領域への含浸を確保しつつ、発電領域への含浸を抑え、ガス拡散層の発電領域におけるガス透過性の低下を抑制することができる。   In the fuel cell of the present invention, the impregnation optimization process may be a process that allows impregnation of the constituent material into the outer region while suppressing impregnation of the constituent material into the power generation region. With such a configuration, it is possible to suppress impregnation into the power generation region while ensuring impregnation into the outer region of the seal portion constituent material, and to suppress a decrease in gas permeability in the power generation region of the gas diffusion layer.

このような本発明の燃料電池において、前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層の前記発電領域のみに対して、撥水性を高める撥水化処理を施す処理であることとしても良い。あるいは、本発明の燃料電池において、前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層において、前記発電領域の方が前記外側領域よりも撥水性が高まるように、前記発電領域を含む領域に対して撥水化処理を施す処理であることとしても良い。このような構成とすれば、発電領域に対して撥水化処理を施すことによる電池性能向上の効果を得つつ、ガス拡散層を介したガスリークを抑制することができる。   In such a fuel cell of the present invention, the impregnation optimization process may be a process of performing a water repellent process for improving water repellency only to the power generation region of the gas diffusion layer. Alternatively, in the fuel cell according to the present invention, the impregnation optimization treatment may be performed on the gas diffusion layer so that the power generation region has a higher water repellency than the outer region. It is good also as processing which performs a hydration process. With such a configuration, it is possible to suppress the gas leak through the gas diffusion layer while obtaining the effect of improving the battery performance by performing the water repellent treatment on the power generation region.

本発明の燃料電池において、前記含浸適正化処理は、前記外側領域における前記構成材料の含浸を促進させる処理であることとしても良い。このような構成とすれば、ガス拡散層の外側領域におけるシール部構成材料の含浸量を増大させることができ、ガスリーク抑制の効果を高めることができる。   In the fuel cell of the present invention, the impregnation optimization process may be a process of promoting the impregnation of the constituent material in the outer region. With such a configuration, it is possible to increase the amount of impregnation of the seal portion constituent material in the outer region of the gas diffusion layer, and to enhance the effect of suppressing gas leak.

このような本発明の燃料電池において、前記含浸適正化処理は、前記外側領域における前記構成材料を含浸可能な空隙容積を増加させる空隙増加加工であることとしても良い。このような構成とすれば、構成材料を含浸可能な空隙容積を増加させることにより、含浸される構成材料の量を増加させることができ、ガスリーク抑制の効果を高めることができる。   In such a fuel cell of the present invention, the impregnation optimization process may be a void increasing process for increasing a void volume capable of impregnating the constituent material in the outer region. With such a configuration, by increasing the void volume that can be impregnated with the constituent material, the amount of the constituent material impregnated can be increased, and the effect of suppressing gas leakage can be enhanced.

このような本発明の燃料電池において、前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層の前記外側領域に対して、前記ガス拡散層を構成する多孔質体が備える細孔よりも容積の大きな貫通穴を形成する処理であることとしても良い。このような構成とすれば、貫通孔を形成することにより、構成材料を含浸可能な空隙容積を増加させることができる。   In such a fuel cell according to the present invention, the impregnation optimization treatment is a through hole having a larger volume than the pores of the porous body constituting the gas diffusion layer with respect to the outer region of the gas diffusion layer. It is good also as processing to form. With such a configuration, the void volume that can be impregnated with the constituent material can be increased by forming the through hole.

あるいは、本発明の燃料電池において、前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層の前記外側領域の表面に溝を形成する処理であることとしても良い。このような構成とすれば、表面に溝を形成することにより、構成材料を含浸可能な空隙容積を増加させることができる。   Alternatively, in the fuel cell of the present invention, the impregnation optimization process may be a process of forming a groove on the surface of the outer region of the gas diffusion layer. With such a configuration, it is possible to increase the void volume that can be impregnated with the constituent material by forming grooves on the surface.

あるいは、本発明の燃料電池において、前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層の外周端から前記発電領域側へと前記ガス拡散層の面方向に沿って延出する横穴を形成する処理であることとしても良い。このような構成とすれば、横穴を形成することにより、構成材料を含浸可能な空隙容積を増加させることができる。   Alternatively, in the fuel cell of the present invention, the impregnation optimization process is a process of forming a lateral hole extending along the surface direction of the gas diffusion layer from the outer peripheral end of the gas diffusion layer to the power generation region side. It's also good. With such a configuration, the void volume that can be impregnated with the constituent material can be increased by forming the lateral hole.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池の製造方法や、燃料電池用積層部材などの形態で実現することが可能である。   The present invention can be realized in various forms other than those described above. For example, the present invention can be realized in the form of a fuel cell manufacturing method, a fuel cell laminated member, or the like.

Ａ．実施例の燃料電池の構成：
図１は、第１実施例の燃料電池の概略構成を表わす断面模式図であり、図２は、図１において破線で囲んだＸ領域を拡大して示す説明図である。本実施例の燃料電池は、固体高分子型燃料電池である。また、本実施例の燃料電池は、電気化学反応が進行する単位であるセルアセンブリ１０を複数備えると共に、各々のセルアセンブリ１０間にガスセパレータ３０を介在させつつセルアセンブリ１０を積層させたスタック構造を有している。 A. Example fuel cell configuration:
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the fuel cell according to the first embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing an enlarged X region surrounded by a broken line in FIG. The fuel cell of this example is a polymer electrolyte fuel cell. In addition, the fuel cell according to the present embodiment includes a plurality of cell assemblies 10 that are units in which an electrochemical reaction proceeds, and a stack structure in which the cell assemblies 10 are stacked with a gas separator 30 interposed between the cell assemblies 10. have.

セルアセンブリ１０は、図１に示すように、発電積層部１１と、シール部１６と、によって構成されている。図２に示すように、発電積層部１１は、発電体１２と、発電体１２を挟持する一対のガス流路形成部１４，１５とによって構成される。発電体１２は、電解質膜２０と、電解質膜２０の表面に形成された一対の電極（カソード２２およびアノード２４）とから成るＭＥＡ（膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly）１３と、ＭＥＡ１３を挟持する一対のガス拡散層２６，２８と、によって形成される。   As shown in FIG. 1, the cell assembly 10 includes a power generation laminate portion 11 and a seal portion 16. As shown in FIG. 2, the power generation stacking unit 11 includes a power generation body 12 and a pair of gas flow path forming portions 14 and 15 that sandwich the power generation body 12. The power generation body 12 sandwiches an MEA 13 and an MEA (Membrane Electrode Assembly) 13 composed of an electrolyte membrane 20 and a pair of electrodes (cathode 22 and anode 24) formed on the surface of the electrolyte membrane 20. And a pair of gas diffusion layers 26, 28.

電解質膜２０は、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。カソード２２およびアノード２４は、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金、あるいは白金と他の金属から成る合金を備えている。カソード２２およびアノード２４を形成するには、例えば、白金等の触媒金属を担持させたカーボン粉を作製し、この触媒担持カーボンと、電解質膜２０を構成する電解質と同様の電解質とを用いてペーストを作製し、作製した触媒ペーストを電解質膜２０上に塗布すればよい。   The electrolyte membrane 20 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluororesin containing perfluorocarbon sulfonic acid, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. The cathode 22 and the anode 24 include a catalyst that promotes an electrochemical reaction, such as platinum or an alloy made of platinum and other metals. In order to form the cathode 22 and the anode 24, for example, a carbon powder carrying a catalyst metal such as platinum is prepared, and a paste using this catalyst-carrying carbon and an electrolyte similar to the electrolyte constituting the electrolyte membrane 20 is used. And the prepared catalyst paste may be applied on the electrolyte membrane 20.

ガス拡散層２６，２８は、導電性多孔質体によって構成されており、例えばカーボンクロスやカーボンペーパによって形成される。電解質膜２０上に触媒電極を形成したＭＥＡ１３とガス拡散層２６，２８とを、プレス接合により一体化することで、発電体１２が作製される。このガス拡散層２６，２８は、後述するガス流路形成部１４，１５よりも平均細孔径が小さな多孔質体によって構成されている。そのため、ガス拡散層２６，２８を設けることによって、触媒電極に対するガス供給効率を向上させると共に、ガス流路形成部１４，１５と触媒電極との間の集電性を高めることができ、さらに電解質膜２０を保護することができる。本実施例は、ガス拡散層２６，２８の特定の領域のみに対して撥水化処理を施していることを特徴とするが、このようなガス拡散層２６，２８に対する撥水化処理については後に詳述する。   The gas diffusion layers 26 and 28 are made of a conductive porous body, and are formed of, for example, carbon cloth or carbon paper. The power generator 12 is manufactured by integrating the MEA 13 having the catalyst electrode formed on the electrolyte membrane 20 and the gas diffusion layers 26 and 28 by press bonding. The gas diffusion layers 26 and 28 are made of a porous body having an average pore diameter smaller than that of gas flow path forming portions 14 and 15 described later. Therefore, by providing the gas diffusion layers 26 and 28, the gas supply efficiency with respect to the catalyst electrode can be improved, and the current collecting property between the gas flow path forming portions 14 and 15 and the catalyst electrode can be increased. The membrane 20 can be protected. This embodiment is characterized in that only a specific region of the gas diffusion layers 26 and 28 is subjected to water repellency treatment. This will be described in detail later.

ガス流路形成部１４，１５は、発泡金属や金属メッシュなどの金属製多孔質体、あるいは、カーボン製の多孔質体によって形成される導電性の薄板状部材であり、本実施例では、チタン製の多孔質体を用いている。ガス流路形成部１４，１５は、発電体１２およびガスセパレータ３０と接触するように配置されており、内部に形成される多数の細孔から成る空間は、電気化学反応に供されるガスが通過するセル内ガス流路として機能する。すなわち、カソード２２とガスセパレータ３０との間に配置されるガス流路形成部１４の細孔が形成する空間は、酸素を含有する酸化ガスが通過するセル内酸化ガス流路として機能する。また、アノード２４とガスセパレータ３０との間に配置されるガス流路形成部１５の細孔が形成する空間は、水素を含有する燃料ガスが通過するセル内燃料ガス流路として機能する。   The gas flow path forming portions 14 and 15 are conductive thin plate members formed of a metal porous body such as foam metal or metal mesh, or a carbon porous body. The porous body made from is used. The gas flow path forming portions 14 and 15 are arranged so as to come into contact with the power generation body 12 and the gas separator 30, and a space formed by a large number of pores formed therein contains a gas used for an electrochemical reaction. It functions as an in-cell gas flow path. That is, the space formed by the pores of the gas flow path forming portion 14 disposed between the cathode 22 and the gas separator 30 functions as an in-cell oxidizing gas flow path through which oxygen-containing oxidizing gas passes. Further, the space formed by the pores of the gas flow path forming portion 15 disposed between the anode 24 and the gas separator 30 functions as an in-cell fuel gas flow path through which the fuel gas containing hydrogen passes.

ここで、隣り合うガスセパレータ３０間であって発電積層部１１の外周部には、発電体１２の外周部を内包するシール部１６が設けられている。シール部１６は、弾性材料、すなわち、ゴム（例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム）や、熱可塑性エラストマによって形成されている。図１および図２に示すように、シール部１６は、一方の側において、隣接する一方のガスセパレータ３０と隙間無く接触している。また、シール部１６の他方の側にはガス止め凸部６０が形成されており、シール部１６は、このガス止め凸部６０の頭頂部において、隣接する他方のガスセパレータ３０と接触する。   Here, between the adjacent gas separators 30 and on the outer peripheral portion of the power generation stacking portion 11, a seal portion 16 that includes the outer peripheral portion of the power generation body 12 is provided. The seal portion 16 is made of an elastic material, that is, rubber (for example, silicon rubber, butyl rubber, fluorine rubber) or a thermoplastic elastomer. As shown in FIGS. 1 and 2, the seal portion 16 is in contact with one of the adjacent gas separators 30 without a gap on one side. Further, a gas stop convex portion 60 is formed on the other side of the seal portion 16, and the seal portion 16 contacts the other gas separator 30 adjacent to the top of the gas stop convex portion 60.

図３は、発電積層部１１とシール部１６とが一体形成されたセルアセンブリ１０の概略構成を表わす平面図である。図３に示すように、シール部１６は、略四角形状の薄板状部材であり、外周部に設けられた６つの穴部（後述する６つの穴部４０〜４５）と、中央部に設けられて発電積層部１１が組み込まれている略四角形の穴部とを有している。この図３は、図１における右側から見た図であって、既述したガス止め凸部６０が形成された側を表わしており、中央部に設けられた穴部に嵌め込まれた発電積層部１１においては、ガス流路形成部１４が表面に表われている。   FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of the cell assembly 10 in which the power generation laminate portion 11 and the seal portion 16 are integrally formed. As shown in FIG. 3, the seal portion 16 is a substantially rectangular thin plate-like member, and is provided at the center portion with six hole portions (six hole portions 40 to 45 described later) provided at the outer peripheral portion. And a substantially square hole into which the power generation laminated portion 11 is incorporated. FIG. 3 is a view seen from the right side in FIG. 1 and shows the side on which the gas stop convex portion 60 described above is formed, and the power generation laminated portion fitted in the hole provided in the center portion. In FIG. 11, the gas flow path forming part 14 appears on the surface.

図３に示すように、ガス止め凸部６０は、シール部１６の中央部に設けられた穴部に組み込まれたガス流路形成部１４の外周、および、シール部１６の外周部に設けられた６つの穴部の各々を囲むように、全体として連続して形成された線状凸部である。シール部１６は、弾性材料から成るため、燃料電池内で積層方向に平行な方向に押圧力が加えられることにより、上記したガス止め凸部６０とガスセパレータ３０との接触部位において、ガスシール性を確保可能となる。ここで、ガス止め凸部６０は、全体として高さおよび頭頂部の幅が略一定に形成されている。そのため、ガス流路形成部１４および６つの穴部を囲むガス止め凸部６０は、全体として略均一な応力を、隣接するガスセパレータ３０との間に生じることができ、良好なガスシール性を実現することができる。なお、以下の説明では、発電積層部１１において、シール部１６の中央部に形成される穴部で露出している部分に対応する領域を、発電領域ＤＡと呼ぶ。   As shown in FIG. 3, the gas stopper convex part 60 is provided on the outer periphery of the gas flow path forming part 14 incorporated in the hole provided in the central part of the seal part 16 and on the outer peripheral part of the seal part 16. In addition, it is a linear protrusion formed continuously as a whole so as to surround each of the six holes. Since the seal portion 16 is made of an elastic material, a gas sealing property is applied at the contact portion between the gas stopper convex portion 60 and the gas separator 30 by applying a pressing force in a direction parallel to the stacking direction in the fuel cell. Can be secured. Here, as for the gas stop convex part 60, the height and the width | variety of a top part are formed substantially constant as a whole. Therefore, the gas flow path forming portion 14 and the gas stopper convex portion 60 surrounding the six hole portions can generate a substantially uniform stress between the adjacent gas separators 30 as a whole, and provide a good gas sealing property. Can be realized. In the following description, a region corresponding to a portion exposed in the hole formed in the central portion of the seal portion 16 in the power generation laminate portion 11 is referred to as a power generation region DA.

ガスセパレータ３０は、図１に示すように、ガス流路形成部１４と接するカソード側プレート３１と、ガス流路形成部１５と接するアノード側プレート３２と、カソード側プレート３１およびアノード側プレート３２に挟持される中間プレート３３と、を備えている。これら３枚のプレートは、導電性材料、例えばステンレス鋼あるいはチタンやチタン合金といった金属によって形成される薄板状部材であり、カソード側プレート３１、中間プレート３３、アノード側プレート３２の順に重ね合わされて、例えば拡散接合により接合されている。これら３種のプレートは、いずれも凹凸のない平坦な表面を有すると共に、各々、所定の位置に所定形状の穴部を有している。図４は、カソード側プレート３１の形状を示す平面図であり、図５は、アノード側プレート３２の形状を示す説明図であり、図６は、中間プレート３３の形状を示す説明図である。これら図４〜図６は、各プレートを、図３に示すシール部１６と同じ側、すなわち、図１における右側から見た様子を表わす図である。これら図４〜図６では、既述した発電領域ＤＡを、一点破線で囲んで示している。   As shown in FIG. 1, the gas separator 30 includes a cathode side plate 31 in contact with the gas flow path forming unit 14, an anode side plate 32 in contact with the gas flow path forming unit 15, a cathode side plate 31 and an anode side plate 32. And an intermediate plate 33 to be sandwiched. These three plates are thin plate-like members formed of a conductive material, for example, a metal such as stainless steel or titanium or a titanium alloy. The cathode side plate 31, the intermediate plate 33, and the anode side plate 32 are superposed in this order. For example, they are joined by diffusion joining. Each of these three types of plates has a flat surface with no irregularities, and each has a hole with a predetermined shape at a predetermined position. 4 is a plan view showing the shape of the cathode side plate 31, FIG. 5 is an explanatory view showing the shape of the anode side plate 32, and FIG. 6 is an explanatory view showing the shape of the intermediate plate 33. 4 to 6 are views showing each plate as viewed from the same side as the seal portion 16 shown in FIG. 3, that is, from the right side in FIG. 4 to 6, the power generation area DA described above is shown surrounded by a one-dot broken line.

カソード側プレート３１、アノード側プレート３２は、いずれも、その外周部においてシール部１６と同様の位置に、６つの穴部を備えている。これらの６つの穴部は、スタック構造を形成するために各々の薄板状部材が積層された際に互いに重なり合って、燃料電池内部において積層方向に平行に流体を導くマニホールドを形成する。上記各薄板状部材では、略四角形状である外周の一辺の近傍に穴部４０が形成されている。また、近傍に穴部４０が形成された辺と対向する辺の近傍には、穴部４１が形成されている。さらに、他の２辺のうちの一方の辺の近傍には穴部４２，４４が形成されており、他方の辺の近傍には穴部４３，４５が形成されている。なお、中間プレート３３は、上記６つの穴部のうち、穴部４４，４５は有していないが、後述する複数の冷媒孔５８が、穴部４４，４５に対応する位置に重なるように設けられている。   Each of the cathode side plate 31 and the anode side plate 32 is provided with six holes at the same position as the seal part 16 on the outer periphery thereof. These six holes overlap each other when the thin plate-like members are stacked to form a stack structure, thereby forming a manifold that guides fluid parallel to the stacking direction inside the fuel cell. In each of the thin plate-like members, a hole 40 is formed in the vicinity of one side of the outer periphery that is substantially rectangular. Further, a hole 41 is formed in the vicinity of the side opposite to the side where the hole 40 is formed in the vicinity. Further, holes 42 and 44 are formed in the vicinity of one of the other two sides, and holes 43 and 45 are formed in the vicinity of the other side. The intermediate plate 33 does not have the holes 44 and 45 among the six holes, but is provided so that a plurality of refrigerant holes 58 to be described later overlap at positions corresponding to the holes 44 and 45. It has been.

上記各薄板状部材が備える穴部４０は、燃料電池に対して供給された酸化ガスを各セル内酸化ガス流路に分配する酸化ガス供給マニホールドを形成し（図中、Ｏ2 inと表わす）、穴部４１は、各セル内酸化ガス流路から排出されて集合した酸化ガスを外部へと導く酸化ガス排出マニホールドを形成する（図中、Ｏ2 outと表わす）。また、穴部４３は、燃料電池に対して供給された燃料ガスを各セル内燃料ガス流路に分配する燃料ガス供給マニホールドを形成し（図中、Ｈ2 inと表わす）、穴部４２は、各セル内燃料ガス流路から排出されて集合した燃料ガスを外部へと導く燃料ガス排出マニホールドを形成する（図中、Ｈ2 outと表わす）。さらに、穴部４４は、燃料電池に対して供給された冷却水などの冷媒を各ガスセパレータ３０内に分配する冷媒供給マニホールドを形成し（図中、ＣＬＴ inと表わす）、穴部４５は、各ガスセパレータ３０から排出されて集合した冷媒を外部へと導く冷媒排出マニホールドを形成する（図中、ＣＬＴ outと表わす）。 The holes 40 provided in each of the thin plate members form an oxidizing gas supply manifold that distributes the oxidizing gas supplied to the fuel cell to the oxidizing gas passages in each cell (denoted as O 2 in in the figure). The hole 41 forms an oxidant gas discharge manifold that guides the oxidant gas discharged and gathered from the oxidant gas flow paths in each cell to the outside (denoted as O 2 out in the figure). The hole 43 forms a fuel gas supply manifold that distributes the fuel gas supplied to the fuel cell to the fuel gas passages in each cell (denoted as H 2 in in the figure). Then, a fuel gas discharge manifold is formed to guide the fuel gas discharged from each cell fuel gas flow path and gathered to the outside (denoted as H 2 out in the figure). Further, the hole portion 44 forms a refrigerant supply manifold that distributes a refrigerant such as cooling water supplied to the fuel cell into each gas separator 30 (denoted as CLT in in the drawing). A refrigerant discharge manifold is formed to guide the refrigerant discharged and collected from each gas separator 30 to the outside (denoted as CLT out in the figure).

また、カソード側プレート３１は、穴部４０におけるプレート中央部側の辺の近傍において発電領域ＤＡの一辺（図４における上端部）に沿って設けられ、カソード側プレート３１を貫通して形成された酸化ガス供給スリット５０を備えている。また、同様に、穴部４１におけるプレート中央部側の辺の近傍において発電領域ＤＡの他の一辺（図４における下端部）に沿って設けられた酸化ガス排出スリット５１を備えている（図４参照）。   Further, the cathode side plate 31 is provided along one side (the upper end portion in FIG. 4) of the power generation area DA in the vicinity of the side on the plate center side in the hole 40 and is formed so as to penetrate the cathode side plate 31. An oxidizing gas supply slit 50 is provided. Similarly, an oxidizing gas discharge slit 51 provided along the other side (the lower end in FIG. 4) of the power generation area DA is provided in the vicinity of the side on the plate center side in the hole 41 (FIG. 4). reference).

アノード側プレート３２は、カソード側プレート３１と同様に、穴部４０におけるプレート中央部側の辺の近傍において発電領域ＤＡの一辺（図５における上端部）に沿って設けられ、アノード側プレート３２を貫通して形成された燃料ガス排出スリット５２を備えている。また、穴部４１におけるプレート中央部側の辺の近傍において発電領域ＤＡの他の一辺（図５における下端部）に沿って設けられた燃料ガス供給スリット５３を備えている（図５参照）。これらの燃料ガス排出スリット５２および燃料ガス供給スリット５３は、それぞれ、酸化ガス供給スリット５０および酸化ガス排出スリット５１と重ならないように、プレートのさらに中央部寄りに配置されている。   Similar to the cathode side plate 31, the anode side plate 32 is provided along one side (upper end portion in FIG. 5) of the power generation area DA in the vicinity of the side of the hole 40 at the center of the plate. A fuel gas discharge slit 52 formed therethrough is provided. Moreover, the fuel gas supply slit 53 provided along the other side (lower end part in FIG. 5) of electric power generation area DA in the vicinity of the edge by the side of the plate center part in the hole part 41 is provided (refer FIG. 5). The fuel gas discharge slit 52 and the fuel gas supply slit 53 are arranged closer to the center of the plate so as not to overlap with the oxidizing gas supply slit 50 and the oxidizing gas discharge slit 51, respectively.

中間プレート３３においては、穴部４０の形状が他のプレートとは異なっており、中間プレート３３の穴部４０は、この穴部４０のプレート中央部側の辺が、プレート中央部方向へと突出する複数の突出部を備える形状となっている。穴部４０が有する上記複数の突出部を、連通部５４と呼ぶ。この連通部５４は、中間プレート３３とカソード側プレート３１とが積層されたときに酸化ガス供給スリット５０と重なり合うように形成されており、酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス供給スリット５０とを連通させる。また、穴部４１においても同様に、酸化ガス排出スリット５１と重なるように、複数の連通部５５が設けられている（図６参照）。さらに、中間プレート３３には、穴部４３および穴部４２の各々に連通して、アノード側プレート３２の燃料ガス供給スリット５３あるいは燃料ガス排出スリット５２と重なる形状の、連通部５７および連通部５６が設けられている。   In the intermediate plate 33, the shape of the hole 40 is different from that of other plates, and the hole 40 of the intermediate plate 33 has a side of the hole 40 on the side of the center of the plate protruding toward the center of the plate. The shape is provided with a plurality of protruding portions. The plurality of protrusions included in the hole 40 are referred to as communication portions 54. The communication portion 54 is formed so as to overlap the oxidizing gas supply slit 50 when the intermediate plate 33 and the cathode side plate 31 are laminated, and communicates the oxidizing gas supply manifold and the oxidizing gas supply slit 50. Similarly, the hole 41 is provided with a plurality of communication portions 55 so as to overlap the oxidizing gas discharge slit 51 (see FIG. 6). Further, the intermediate plate 33 communicates with each of the hole 43 and the hole 42 and overlaps with the fuel gas supply slit 53 or the fuel gas discharge slit 52 of the anode side plate 32. Is provided.

燃料電池の内部において、穴部４０が形成する酸化ガス供給マニホールドを流れる酸化ガスは、中間プレート３３の連通部５４が形成する空間と、カソード側プレート３１の酸化ガス供給スリット５０とを介して、ガス流路形成部１４内に形成されるセル内酸化ガス流路へと流入する。セル内酸化ガス流路において酸化ガスは、ガス流路形成部１４に平行な方向（面方向）に流れると共に、面方向に垂直な方向（積層方向）へとさらに拡散する。積層方向に拡散した酸化ガスは、ガス流路形成部１４からガス拡散層２６を介してカソード２２に至り、電気化学反応に供される。このように電気化学反応に寄与しつつセル内酸化ガス流路を通過した酸化ガスは、ガス流路形成部１４から、カソード側プレート３１の酸化ガス排出スリット５１および中間プレート３３の連通部５５が形成する空間を介して、穴部４１が形成する酸化ガス排出マニホールドへと排出される。同様に、燃料電池の内部において、穴部４３が形成する燃料ガス供給マニホールドを流れる燃料ガスは、中間プレート３３の連通部５７が形成する空間と、アノード側プレート３２の燃料ガス供給スリット５３とを介して、ガス流路形成部１５内に形成されるセル内燃料ガス流路へと流入する。セル内燃料ガス流路において燃料ガスは、面方向に流れると共に、積層方向へとさらに拡散する。積層方向に拡散した燃料ガスは、ガス流路形成部１５からガス拡散層２８を介してアノード２４に至り、電気化学反応に供される。このように電気化学反応に寄与しつつセル内燃料ガス流路を通過した燃料ガスは、ガス流路形成部１５から、アノード側プレート３２の燃料ガス排出スリット５２および中間プレート３３の連通部５６が形成する空間を介して、穴部４２が形成する燃料ガス排出マニホールドへと排出される。   Inside the fuel cell, the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas supply manifold formed by the hole 40 passes through the space formed by the communication portion 54 of the intermediate plate 33 and the oxidizing gas supply slit 50 of the cathode side plate 31. It flows into the in-cell oxidizing gas channel formed in the gas channel forming part 14. In the in-cell oxidizing gas flow path, the oxidizing gas flows in a direction (plane direction) parallel to the gas flow path forming portion 14 and further diffuses in a direction perpendicular to the plane direction (stacking direction). The oxidizing gas diffused in the stacking direction reaches the cathode 22 via the gas diffusion layer 26 from the gas flow path forming part 14 and is subjected to an electrochemical reaction. Thus, the oxidizing gas that has passed through the in-cell oxidizing gas flow path while contributing to the electrochemical reaction is transferred from the gas flow path forming portion 14 to the oxidizing gas discharge slit 51 of the cathode side plate 31 and the communication portion 55 of the intermediate plate 33. It is discharged to the oxidizing gas discharge manifold formed by the hole 41 through the space to be formed. Similarly, the fuel gas flowing through the fuel gas supply manifold formed by the hole 43 inside the fuel cell passes through the space formed by the communication portion 57 of the intermediate plate 33 and the fuel gas supply slit 53 of the anode side plate 32. Then, it flows into the in-cell fuel gas flow path formed in the gas flow path forming portion 15. In the in-cell fuel gas flow path, the fuel gas flows in the plane direction and further diffuses in the stacking direction. The fuel gas diffused in the stacking direction reaches the anode 24 from the gas flow path forming part 15 through the gas diffusion layer 28 and is subjected to an electrochemical reaction. The fuel gas that has passed through the in-cell fuel gas flow path while contributing to the electrochemical reaction in this manner is transferred from the gas flow path forming portion 15 to the fuel gas discharge slit 52 of the anode side plate 32 and the communication portion 56 of the intermediate plate 33. It is discharged to the fuel gas discharge manifold formed by the hole 42 through the space to be formed.

図３ないし図６では、図１に示した断面図に相当する位置を、１−１断面として示している。図１では、１−１断面において、穴部４０が形成する酸化ガス供給マニホールドから、中間プレート３３の連通部５４およびカソード側プレート３１の酸化ガス供給スリット５０を介して、ガス流路形成部１４内へと酸化ガスが供給される様子が矢印で表わされている。また、１−１断面において、ガス流路形成部１４から、カソード側プレート３１の酸化ガス排出スリット５１および中間プレート３３の連通部５５を介して、穴部４１が形成する酸化ガス排出マニホールドへと酸化ガスが排出される様子が表わされている。   3 to 6, the position corresponding to the cross-sectional view shown in FIG. 1 is shown as a 1-1 cross section. In FIG. 1, in the section 1-1, the gas flow path forming portion 14 is passed from the oxidizing gas supply manifold formed by the hole portion 40 through the communicating portion 54 of the intermediate plate 33 and the oxidizing gas supply slit 50 of the cathode side plate 31. The state in which the oxidizing gas is supplied into the interior is indicated by arrows. Further, in the cross section 1-1, from the gas flow path forming portion 14 to the oxidizing gas discharge manifold formed by the hole portion 41 through the oxidizing gas discharge slit 51 of the cathode side plate 31 and the communication portion 55 of the intermediate plate 33. A state in which the oxidizing gas is discharged is shown.

なお、中間プレート３３は、さらに、発電領域ＤＡを含む領域に、互いに平行に形成された細長い複数の冷媒孔５８を備えている。これらの冷媒孔５８の端部は、中間プレート３３を他の薄板状部材と重ね合わせたときに、穴部４４，４５と重なり合い、冷媒が流れるためのセル間冷媒流路をガスセパレータ３０内で形成する。すなわち、燃料電池の内部において、穴部４４が形成する冷媒供給マニホールドを流れる冷媒は、上記冷媒孔５８によって形成されるセル間冷媒流路に分配され、セル間冷媒流路から排出される冷媒は、穴部４５が形成する冷媒排出マニホールドに排出される。   The intermediate plate 33 further includes a plurality of elongated refrigerant holes 58 formed in parallel to each other in a region including the power generation region DA. The end portions of these refrigerant holes 58 overlap with the hole portions 44 and 45 when the intermediate plate 33 is overlapped with other thin plate-like members, and an inter-cell refrigerant flow path for the refrigerant to flow is formed in the gas separator 30. Form. That is, the refrigerant flowing through the refrigerant supply manifold formed by the hole 44 inside the fuel cell is distributed to the inter-cell refrigerant flow path formed by the refrigerant hole 58, and the refrigerant discharged from the inter-cell refrigerant flow path is , And is discharged to the refrigerant discharge manifold formed by the hole 45.

Ｂ．実施例の燃料電池の製造方法：
本実施例では、燃料電池を作製する際に、シール部１６を、発電積層部１１に加えて、隣接する一方のガスセパレータ３０と一体で成形している。図７は、本実施例の燃料電池の製造工程を表わす説明図である。 B. Manufacturing method of fuel cell of example:
In this embodiment, when the fuel cell is manufactured, the seal portion 16 is formed integrally with the adjacent gas separator 30 in addition to the power generation stacking portion 11. FIG. 7 is an explanatory view showing the manufacturing process of the fuel cell of this embodiment.

本実施例の燃料電池を製造する際には、まず、カーボン多孔質体を用意すると共に、このカーボン多孔質体に対して撥水化処理を施し、ガス拡散層２６，２８を作製する（ステップＳ１００）。本実施例では、ステップＳ１００において、既述した発電領域ＤＡに対応する領域に対してのみ、撥水化処理を施している。図８は、作製したガス拡散層２６，２８の様子を表わす平面図である。図８では、撥水領域を施したＤＡ領域にハッチを付して示している。   When manufacturing the fuel cell of the present embodiment, first, a carbon porous body is prepared, and the carbon porous body is subjected to water repellency treatment to produce gas diffusion layers 26 and 28 (steps). S100). In this embodiment, in step S100, the water repellent process is performed only on the region corresponding to the power generation region DA described above. FIG. 8 is a plan view showing the state of the produced gas diffusion layers 26 and 28. In FIG. 8, the DA area to which the water repellent area is applied is shown with hatching.

撥水化処理は、例えば、撥水性物質を、上記カーボン多孔質体に対して塗布することにより行なう。撥水性物質としては、例えば、粒径がサブミクロン程度のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粒子のようなフッ素系樹脂を用いることができる。このような撥水性物質の塗布は、例えば、上記撥水性物質粒子を含有するペーストをカーボン多孔質体上に塗りつけたり、あるいは、撥水性物質粒子を含有する分散液を用いてカーボン多孔質体上にスプレー塗布を行なえばよい。このとき、発電領域ＤＡに対してのみ撥水化処理を行なうためには、例えば、発電領域ＤＡ以外の領域に対して、上記塗布の処理に先立ってマスキングを行なえばよい。   The water repellent treatment is performed, for example, by applying a water repellent substance to the carbon porous body. As the water repellent substance, for example, a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) particles having a particle size of about submicron can be used. Such a water-repellent substance is applied, for example, by applying a paste containing the water-repellent substance particles on the carbon porous body, or using a dispersion containing the water-repellent substance particles on the carbon porous body. Spray coating may be performed. At this time, in order to perform the water-repellent treatment only on the power generation area DA, for example, the areas other than the power generation area DA may be masked prior to the coating process.

その後、ステップ１００で作製したガス拡散層２６，２８を用いて発電体１２を作製すると共に、発電体１２とは別に、ガス流路形成部１４，１５とガスセパレータ３０とを用意する（ステップＳ１１０）。発電体１２を作製する際に、本実施例では、電極を電解質膜２０上に形成しているが、予めガス拡散層２６，２８上に電極を形成することも可能である。これらの部材を用意すると、次に、シール部１６を一体成形するための金型を用意する（ステップＳ１２０）。図９（Ａ）は、所定の形状の金型を用いて、射出成形によって、シール部１６を、発電積層部１１およびガスセパレータ３０と一体形成する様子を表わす説明図であり、図９（Ｂ）は、一体形成された部材の様子を表わす断面模式図である。金型は、図９（Ａ）に示すように、上型７２と下型７０とを備えている。金型内には、ガスセパレータ３０と発電体１２とガス流路形成部１４，１５が丁度嵌り込む凹凸形状が形成されている。また、上型７２には、形成すべきシール部１６の形状に対応する凹凸形状、具体的には、既述したガス止め凸部６０の形状に対応する凹凸形状が形成されている。   Thereafter, the power generator 12 is manufactured using the gas diffusion layers 26 and 28 manufactured in step 100, and the gas flow path forming portions 14 and 15 and the gas separator 30 are prepared separately from the power generator 12 (step S110). ). In producing the power generator 12, in this embodiment, the electrode is formed on the electrolyte membrane 20, but it is also possible to form the electrode on the gas diffusion layers 26 and 28 in advance. Once these members are prepared, a mold for integrally molding the seal portion 16 is then prepared (step S120). FIG. 9A is an explanatory diagram showing a state in which the seal portion 16 is integrally formed with the power generation laminate portion 11 and the gas separator 30 by injection molding using a mold having a predetermined shape, and FIG. ) Is a schematic cross-sectional view showing a state of an integrally formed member. As shown in FIG. 9A, the mold includes an upper mold 72 and a lower mold 70. In the mold, an uneven shape is formed in which the gas separator 30, the power generation body 12, and the gas flow path forming portions 14 and 15 are just fitted. Further, the upper mold 72 is provided with a concavo-convex shape corresponding to the shape of the seal portion 16 to be formed, specifically, a concavo-convex shape corresponding to the shape of the gas stop convex portion 60 described above.

ステップＳ１２０で金型を用意すると、次に、下型７０に、ガスセパレータ３０を配置する（ステップＳ１３０）。本実施例では、ガスセパレータ３０は、カソード側プレート３１を下方にして配置される。そして、配置したガスセパレータ３０上に、さらに、ガス流路形成部１５、発電体１２、ガス流路形成部１４を、位置合わせをしながら、すなわち、ガス拡散層２６，２８において撥水化処理を施した領域がガス流路形成部１４，１５と重なるように、順次配置する（ステップＳ１４０）。   Once the mold is prepared in step S120, the gas separator 30 is then placed on the lower mold 70 (step S130). In this embodiment, the gas separator 30 is arranged with the cathode side plate 31 facing downward. Then, the gas flow path forming portion 15, the power generator 12, and the gas flow path forming portion 14 are further aligned on the gas separator 30, that is, in the gas diffusion layers 26 and 28, the water repellency treatment is performed. Are sequentially arranged so that the regions subjected to the process overlap with the gas flow path forming units 14 and 15 (step S140).

金型内に各部材を配置すると、所定の型圧で型締めし、射出成形を行なってシール部１６を一体成形する（ステップＳ１５０）。図９（Ａ）に示すように、各部材が配置された金型内には、発電積層部１１の外側近傍において、シール部１６の形状を有する空間ＳＰが形成される。この空間ＳＰは、図９（Ａ）に示すように、ガスセパレータ３０のアノード側プレート３２側の面と、下型７０および上型７２の内壁面と、発電積層部１１の外周部表面とによって区画される。また、金型の上型７２においては、マニホールド用穴部４０〜４５が形成される位置に、開口７４を備えて厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されている。射出成形の際には、シール部１６の成形材料としての液状ゴムが、上述した開口７４から貫通孔を介して空間ＳＰへと投入された後、加硫工程が行われる。なお、本実施例では、射出成形時には、燃料電池を組み立てた際に燃料電池に加えられる締結圧と同じ圧力が、発電積層部１１およびガスセパレータ３０に加えられるように、型締めが行なわれる。すなわち、積層された燃料電池内と同じ状態にして、シール部１６の一体形成が行なわれる。   When each member is arranged in the mold, the mold is clamped with a predetermined mold pressure, injection molding is performed, and the seal portion 16 is integrally molded (step S150). As shown in FIG. 9A, a space SP having the shape of the seal portion 16 is formed in the mold where the respective members are arranged in the vicinity of the outside of the power generation laminate portion 11. As shown in FIG. 9A, the space SP is formed by the surface on the anode side plate 32 side of the gas separator 30, the inner wall surfaces of the lower mold 70 and the upper mold 72, and the outer peripheral surface of the power generation laminate 11. Partitioned. Further, in the upper mold 72 of the mold, a through hole that has an opening 74 and penetrates in the thickness direction is formed at a position where the manifold holes 40 to 45 are formed. At the time of injection molding, liquid rubber as a molding material of the seal portion 16 is introduced into the space SP through the through hole from the opening 74 described above, and then a vulcanization process is performed. In the present embodiment, at the time of injection molding, the mold clamping is performed so that the same pressure as the fastening pressure applied to the fuel cell when the fuel cell is assembled is applied to the power generation stack 11 and the gas separator 30. That is, the seal portion 16 is integrally formed in the same state as in the stacked fuel cells.

このような射出成形においては、成形材料がガス拡散層２６，２８およびガス流路形成部１４，１５の端部に含浸されるように、すなわち、これらの多孔質体の外周部の細孔内に成形材料が入り込んで、発電積層部１１とシール部１６とが一体化するように、成形材料の投入圧力が制御される。ここで、成形材料、すなわちシール部１６の構成材料は、既述した撥水性物質とは馴染み難い性質を有するため、撥水化処理を施した領域においては、成形材料のガス拡散層内部への入り込みが抑制される。本実施例では、ガス拡散層２６，２８において、シール部１６と一体化される領域である一体化領域には撥水化処理が施されていないため、成形材料は、撥水性物質の影響を受けることなくガス拡散層内部に入り込んで、シール部１６とガス拡散層２６，２８とが一体化する。また、成形材料にシランカップリング剤を添加することにより、シール部１６とガスセパレータ３０の接触面における結合力が確保され、シール部１６とガスセパレータ３０とが接着・密着される。射出成形後、型開きすることで、図９（Ｂ）に示すように、セルアセンブリ１０とガスセパレータ３０とが一体化した構成単位が得られる。   In such injection molding, the molding material is impregnated in the end portions of the gas diffusion layers 26 and 28 and the gas flow path forming portions 14 and 15, that is, in the pores in the outer peripheral portion of these porous bodies. The injection pressure of the molding material is controlled so that the molding material enters and the power generation laminate portion 11 and the seal portion 16 are integrated. Here, since the molding material, that is, the constituent material of the seal portion 16 has a property that is difficult to adjust to the water-repellent substance described above, in the region subjected to the water-repellent treatment, the molding material enters the gas diffusion layer. Intrusion is suppressed. In the present embodiment, in the gas diffusion layers 26 and 28, the integrated region which is the region integrated with the seal portion 16 is not subjected to the water repellent treatment, and therefore the molding material is affected by the water repellent substance. The seal portion 16 and the gas diffusion layers 26 and 28 are integrated with each other without entering the gas diffusion layer. Further, by adding a silane coupling agent to the molding material, a bonding force at the contact surface between the seal portion 16 and the gas separator 30 is ensured, and the seal portion 16 and the gas separator 30 are adhered and adhered to each other. By opening the mold after injection molding, as shown in FIG. 9B, a structural unit in which the cell assembly 10 and the gas separator 30 are integrated is obtained.

このようにして構成単位を複数作製すると、これらの構成単位を複数積層すると共に、構成単位から成る積層体の両端部に、出力端子を備える集電板と、絶縁性材料から成る絶縁板と、剛性の高いエンドプレートとをさらに積層して組み立てを行なう。そして、組み立てた積層体全体に積層方向に締結圧を加えつつ固定して（ステップＳ１６０）、燃料電池を完成する。   When a plurality of structural units are produced in this way, a plurality of these structural units are stacked, and at both ends of the laminate composed of the structural units, a current collector plate having output terminals, an insulating plate made of an insulating material, The assembly is performed by further stacking a rigid end plate. And it fixes, applying a fastening pressure to the whole laminated body in the lamination direction (step S160), and completes a fuel cell.

以上のように構成された本実施例の燃料電池によれば、ガス拡散層２６，２８の発電領域ＤＡのみに撥水化処理を施し、一体化領域には撥水化処理を施していないため、シール部１６を一体成形する際に、シール部１６の構成材料のガス拡散層２６，２８内への入り込みが撥水性物質によって妨げられることがない。ここで、ガス拡散層の撥水化処理は、電極における排水性の向上および電解質膜の乾燥抑制のための処理として知られている。しかしながら、ガス拡散層に撥水化処理を施すと、既述したようにシール部構成材料がガス拡散層内へと含浸し難くなる。本実施例のように、撥水化処理を施す領域を発電部ＤＡに限定することにより、シール部構成材料の、ガス拡散層２６，２８の一体化領域への含浸を確保することができ、シール部１６とガス拡散層２６，２８とは、容易に隙間無く一体化することができる。そのため、発電体１２の外周近傍におけるガス拡散層２６，２８を介したガスリークを抑制することができる。さらに、撥水化処理が施された発電領域ＤＡへのシール部構成材料の含浸が抑えられるため、シール部構成材料が含浸することによってガス拡散層の発電領域ＤＡにおけるガス透過性が低下して、電池性能が低下することがない。   According to the fuel cell of the present embodiment configured as described above, only the power generation area DA of the gas diffusion layers 26 and 28 is subjected to water repellency treatment, and the integrated area is not subjected to water repellency treatment. When the seal part 16 is integrally formed, the water repellent substance does not prevent the constituent material of the seal part 16 from entering the gas diffusion layers 26 and 28. Here, the water repellency treatment of the gas diffusion layer is known as a treatment for improving drainage of the electrode and suppressing drying of the electrolyte membrane. However, if the gas diffusion layer is subjected to a water repellency treatment, it is difficult to impregnate the seal diffusion member into the gas diffusion layer as described above. As in this embodiment, by limiting the region to be subjected to the water repellency treatment to the power generation unit DA, it is possible to ensure the impregnation of the gas diffusion layers 26 and 28 into the integrated region of the gas diffusion layers 26, 28, The seal part 16 and the gas diffusion layers 26 and 28 can be easily integrated without a gap. Therefore, gas leakage through the gas diffusion layers 26 and 28 in the vicinity of the outer periphery of the power generator 12 can be suppressed. Further, since the impregnation of the seal portion constituent material into the power generation area DA subjected to the water repellent treatment is suppressed, the gas permeability in the power generation area DA of the gas diffusion layer is lowered by the impregnation of the seal portion constituent material. Battery performance will not be degraded.

特に、シール部１６を発電体１２およびガスセパレータ３０と一体形成する場合には、金型内で下側に配置されて電解質膜２０とガスセパレータ３０とに挟まれるガス拡散層２８において、シール部１６の構成材料が含浸しにくくなる。本実施例のように、ガス拡散層における撥水化処理を施す領域を限定することで、一体成形の際に下側に配置されるガス拡散層においても、一体化領域におけるシール部構成材料の含浸を確保することが容易になる。   In particular, when the seal portion 16 is formed integrally with the power generator 12 and the gas separator 30, the seal portion is disposed in the gas diffusion layer 28 that is disposed on the lower side in the mold and sandwiched between the electrolyte membrane 20 and the gas separator 30. It becomes difficult to impregnate 16 constituent materials. By limiting the region of the gas diffusion layer to be subjected to the water repellency treatment as in this embodiment, the gas diffusion layer disposed on the lower side during the integral molding can be used for the seal portion constituting material in the integrated region. It is easy to ensure the impregnation.

また、ガス拡散層の外周領域において、シール部構成材料の含浸が不十分な場所があると、含浸が不十分な場所では、含浸が充分である場所に比べてガス拡散層の剛性が低くなる。このようにガス拡散層の剛性が低くなる場所が、シール部１６に形成されるガス止め凸部６０と積層方向に重なる場所である場合には、燃料電池の内部においてガス止め凸部６０で生じる反力にばらつきが生じ、ガス止め凸部６０でのシール性が不十分となる可能性がある。本実施例では、ガス拡散層の一体化領域でシール部構成材料の含浸が確保されるため、含浸不良に起因する剛性低下部位の発生が抑えられ、ガス止め凸部６０によるシール性を確保することができる。   In addition, if there is a place where the impregnation of the seal portion constituent material is insufficient in the outer peripheral region of the gas diffusion layer, the rigidity of the gas diffusion layer becomes lower in the place where the impregnation is insufficient compared to the place where the impregnation is sufficient. . When the place where the rigidity of the gas diffusion layer is lowered is a place where the gas stop protrusion 60 formed in the seal portion 16 overlaps with the stacking direction, the gas stop protrusion 60 is generated inside the fuel cell. There is a possibility that the reaction force varies and the sealing performance at the gas stopper convex portion 60 is insufficient. In the present embodiment, since the impregnation of the seal portion constituent material is ensured in the integrated region of the gas diffusion layer, the occurrence of the rigidity reduction portion due to the impregnation failure is suppressed, and the sealing performance by the gas stopper convex portion 60 is ensured. be able to.

さらに、本実施例の燃料電池によれば、ガス拡散層２６，２８の一体化領域において、シール部構成材料の含浸が支障なく行なわれることにより、シール部１６の一体成形の際に、シール部構成材料の投入圧（射出圧）を抑えることができる。   Further, according to the fuel cell of the present embodiment, the sealing portion is impregnated in the integrated region of the gas diffusion layers 26 and 28 without any trouble, so that the sealing portion 16 is integrally formed when the sealing portion 16 is integrally formed. The input pressure (injection pressure) of the constituent material can be suppressed.

上記第１実施例では、ガス拡散層の発電領域ＤＡのみに対して撥水化処理を施し、発電領域ＤＡ以外の一体化領域には撥水化処理を施さないこととしたが、異なる構成としても良い。撥水化処理は、発電領域ＤＡを含む領域に対して施されていればよい。このとき、撥水化処理を施さない領域は、一体化領域全体でなくても良く、発電領域ＤＡの外側であって、発電体１２の外周近傍の外周領域であれば、ガスリークを抑制する同様の効果が得られる。   In the first embodiment, only the power generation area DA of the gas diffusion layer is subjected to water repellency treatment, and the integrated area other than the power generation area DA is not subjected to water repellency treatment. Also good. The water repellent treatment may be applied to the area including the power generation area DA. At this time, the region where the water repellent treatment is not performed may not be the entire integrated region, and if it is outside the power generation region DA and in the vicinity of the outer periphery of the power generation body 12, the gas leak is suppressed similarly. The effect is obtained.

また、一体化領域に対して撥水処理を行なう際に、一体化領域全体に撥水化処理を施すことも可能である。このように、一体化領域の少なくとも一部に対して撥水化処理を施す場合には、一体化領域に塗布する撥水性物質量を、発電領域ＤＡに塗布する撥水性物質量よりも少なくすることにより、シール部１６とガス拡散層２６，２８との一体化を容易にする同様の効果が得られる。このような構成は、例えば、発電領域ＤＡと外側領域とで、撥水性物質を含む分散液の塗布量を異ならせたり、塗布する分散液の配合を異ならせることにより実現することができる。   Further, when the water repellent treatment is performed on the integrated region, it is possible to perform the water repellent treatment on the entire integrated region. As described above, when the water repellent treatment is performed on at least a part of the integrated region, the amount of the water repellent material applied to the integrated region is made smaller than the amount of the water repellent material applied to the power generation region DA. Thus, the same effect that facilitates the integration of the seal portion 16 and the gas diffusion layers 26 and 28 is obtained. Such a configuration can be realized, for example, by changing the application amount of the dispersion liquid containing the water-repellent substance in the power generation area DA and the outer area, or by changing the composition of the dispersion liquid to be applied.

また、第１実施例では、ガス拡散層２６，２８の両方において、外側領域には撥水化処理を施さないこととしたが、異なる構成としても良い。すなわち、片方のガス拡散層だけ、例えば、金型内で下方に位置するガス拡散層２８の外周領域には撥水化処理を施さず、他方のガス拡散層２６では全体に対して撥水化処理を施すこととしても良い。製造工程の特性上、特にシール部構成材料が含浸し難い側のガス拡散層において、撥水化処理を施す領域を限定することで、既述した効果が顕著に得られる。   In the first embodiment, the water repellent treatment is not performed on the outer region in both of the gas diffusion layers 26 and 28. However, different configurations may be adopted. That is, only one gas diffusion layer, for example, the outer peripheral region of the gas diffusion layer 28 positioned below in the mold is not subjected to water repellent treatment, and the other gas diffusion layer 26 is water repellent to the whole. It is good also as processing. Due to the characteristics of the manufacturing process, in particular, in the gas diffusion layer on the side that is difficult to be impregnated with the seal portion constituent material, by limiting the region to be subjected to the water repellent treatment, the above-described effects can be obtained remarkably.

第１実施例では、シール部構成材料の発電領域ＤＡへの含浸を抑えつつ、外側領域への含浸を許容させる処理として、限定された領域への撥水化処理を行なっているが、異なる処理を対象としても良い。燃料電池では、電池性能を向上させるために、ガス拡散層を構成する多孔質体に対して撥水化処理以外の処理を施す場合があり、このような処理を施すことで多孔質体表面の性質が変化する場合がある。このような処理として、例えば、親水性物質の塗布や親水基の導入による親水化処理を挙げることができる。このような処理によりシール部構成材料の多孔質体への含浸が妨げられる場合には、処理領域を発電領域を含む特定領域に限定して外周部近傍の外側領域に当該処理を行なわない、あるいは呂いきごとに処理の程度を異ならせることにより、同様の効果が得られる。   In the first embodiment, water repellency treatment is performed on a limited area as a process that allows the outer area to be impregnated while suppressing the impregnation of the seal portion constituting material into the power generation area DA. May be targeted. In a fuel cell, in order to improve battery performance, the porous body constituting the gas diffusion layer may be subjected to a treatment other than the water repellency treatment. By performing such a treatment, the surface of the porous body is treated. Properties may change. Examples of such treatment include hydrophilic treatment by applying a hydrophilic substance or introducing a hydrophilic group. When such treatment prevents impregnation of the seal member constituting material into the porous body, the treatment region is limited to a specific region including the power generation region, and the treatment is not performed on the outer region near the outer periphery, or The same effect can be obtained by varying the degree of processing for each rookie.

Ｃ．第２実施例の燃料電池：
ガス拡散層に対して、発電領域に比べて外側領域の方がシール部構成材料がより多く含浸可能となる処理として、外側領域におけるシール部構成材料の含浸を促進させる処理を施すこととしても良い。このような構成の一例を、第２実施例として以下に説明する。第２実施例の燃料電池は、ガス拡散層２８に代えてガス拡散層１２８を備える以外は第１実施例と同様の構成を有しており、同様の方法により製造されるため、共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。 C. Fuel cell of second embodiment:
The gas diffusion layer may be subjected to a treatment that promotes the impregnation of the seal portion constituent material in the outer region as a treatment that allows the outer portion to be more impregnated with the seal portion constituent material than the power generation region. . An example of such a configuration will be described below as a second embodiment. The fuel cell of the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the gas diffusion layer 128 is provided instead of the gas diffusion layer 28, and is manufactured by the same method. Are denoted by the same reference numerals and will not be described in detail.

図１０は、第２実施例の燃料電池の構成の概略を表わす断面図である。図１０は、第２実施例の燃料電池の構成単位であって、シール部１６を発電積層部１１およびガスセパレータ３０と一体成形した部材の様子を、図９（Ｂ）と同様に表わしている。なお、第２実施例の燃料電池は、ガス拡散層の構成に特徴があるため、図１０では、発電体１２におけるガス拡散層を相対的により大きく表わしている。また、図１１は、ガス拡散層１２８の構成を平面的に表わす説明図である。   FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the fuel cell of the second embodiment. FIG. 10 is a structural unit of the fuel cell of the second embodiment, and shows the state of a member in which the seal portion 16 is integrally formed with the power generation laminate portion 11 and the gas separator 30 as in FIG. 9B. . Since the fuel cell of the second embodiment is characterized by the structure of the gas diffusion layer, the gas diffusion layer in the power generator 12 is shown relatively larger in FIG. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the configuration of the gas diffusion layer 128 in a plan view.

図１０および図１１に示すように、第２実施例のガス拡散層１２８は、一体化領域全体にわたって、ガス拡散層１２８を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔１６２が形成されている。この貫通孔１６２は、図７のステップＳ１１０に先だって、多孔質体に対して穴あけ加工、例えば、打ち抜き加工やレーザ加工を施すことにより形成される。貫通孔１６２は、孔径を例えば１００μｍ〜２ｍｍとすることができ、穴間の距離（ピッチ）を例えば孔径と同等の長さとすることができる。   As shown in FIGS. 10 and 11, in the gas diffusion layer 128 of the second embodiment, a plurality of through holes 162 penetrating the gas diffusion layer 128 in the thickness direction are formed over the entire integrated region. Prior to step S110 in FIG. 7, the through-hole 162 is formed by drilling the porous body, for example, punching or laser processing. The through holes 162 can have a hole diameter of, for example, 100 μm to 2 mm, and a distance (pitch) between the holes can be, for example, a length equivalent to the hole diameter.

このようなガス拡散層１２８を備える燃料電池によれば、ガス拡散層１２８の一体化領域に貫通孔１６２を形成しているため、一体化領域における表面積が増加して、シール部構成材料の含浸が促進される。すなわち、ガス拡散層に設けた穴部である貫通孔１６２へのシール部構成材料の滲入は、ガス拡散層が備える細孔へのシール部構成材料の滲入よりも遙かに容易であり、ガス拡散層１２８への構成材料の含浸が促進される。   According to the fuel cell including such a gas diffusion layer 128, since the through holes 162 are formed in the integrated region of the gas diffusion layer 128, the surface area in the integrated region is increased, and the seal portion constituting material is impregnated. Is promoted. That is, the penetration of the seal portion constituting material into the through-hole 162 that is the hole provided in the gas diffusion layer is much easier than the penetration of the seal portion constituting material into the pores of the gas diffusion layer. Impregnation of the constituent material into the diffusion layer 128 is promoted.

なお、貫通孔１６２は、ガス拡散層１２８を構成する多孔質体が備える細孔よりも容積が大きければ良い。例えば、貫通孔１６２を断面円形に形成すると共に、貫通孔１６２の孔径を、ガス拡散層１２８を構成する多孔質体に形成された細孔の径よりも大きくすれば良い。貫通孔１６２の容積を大きくするほど、シール部構成材料の含浸を促進する効果を高めることができる。また、貫通孔１６２の孔径を大きくしたりピッチを小さくして空隙率を高めるほど、ガス拡散層１２８の強度は低下するため、多孔質体の平均細孔径や厚みを考慮して、穴あけ加工による強度低下が許容範囲となるように、貫通孔１６２の孔径やピッチを適宜設定すればよい。   The through-hole 162 only needs to have a larger volume than the pores included in the porous body constituting the gas diffusion layer 128. For example, the through hole 162 may be formed in a circular shape in cross section, and the diameter of the through hole 162 may be larger than the diameter of the pore formed in the porous body constituting the gas diffusion layer 128. As the volume of the through hole 162 is increased, the effect of promoting the impregnation of the seal portion constituent material can be enhanced. Further, as the hole diameter of the through-hole 162 is increased or the pitch is decreased to increase the porosity, the strength of the gas diffusion layer 128 decreases. Therefore, in consideration of the average pore diameter and thickness of the porous body, the drilling process is performed. What is necessary is just to set the hole diameter and pitch of the through-hole 162 suitably so that intensity | strength fall may become an allowable range.

上記第２実施例では、一体化領域全体に対して穴あけ加工を施したが、発電領域ＤＡよりも外側の外側領域に穴あけ加工を施せば、同様の効果が得られる。また、第２実施例では、金型内で下側に配置されるガス拡散層１２８のみに穴あけ加工を施したが、両方のガス拡散層に対して穴あけ加工を施しても良い。また、第２実施例においては、ガス拡散層全体に撥水化処理を施しても、穴あけ加工によるシール部構成材料の含浸促進の効果が得られるが、第１実施例と組み合わせて、撥水化処理を行なう領域を限定しても良い。   In the second embodiment, the entire integrated region is drilled, but the same effect can be obtained by drilling the outer region outside the power generation region DA. In the second embodiment, only the gas diffusion layer 128 disposed on the lower side in the mold is perforated. However, both the gas diffusion layers may be perforated. Further, in the second embodiment, even if the entire gas diffusion layer is subjected to water repellency treatment, the effect of promoting impregnation of the seal portion constituting material by drilling can be obtained, but in combination with the first embodiment, The region for performing the digitization process may be limited.

Ｄ．第２実施例の変形例：
上記第２実施例では、ガス拡散層となる多孔質体に対して貫通孔１６２を設けて、ガス拡散層の外側領域におけるシール部構成材料を含浸可能な空隙容積を増加させているが、異なる構成としても良い。ガス拡散層内に、シール部構成材料が入り込みやすくなるように物理的な加工を施すならば、同様の効果が得られる。 D. Modification of the second embodiment:
In the second embodiment, a through-hole 162 is provided in the porous body serving as the gas diffusion layer to increase the void volume that can be impregnated with the seal portion constituent material in the outer region of the gas diffusion layer. It is good also as a structure. The same effect can be obtained if physical processing is performed so that the constituent material of the seal portion can easily enter the gas diffusion layer.

例えば、ガス拡散層の外周領域に対して、ガス拡散層を厚み方向に貫通する切れ込み（スリット）を形成しても良い。このような構成の一例を、スリット２６２を有するガス拡散層２２８として、図１２に示す。図１２では、ガス拡散層２２８の四辺において、外周から中央部側に向かって複数のスリット２６２を設けている。このような場合にも、シール部を一体成形する際に、スリット２６２においてシール部構成材料のガス拡散層への含浸が促進されるため、同様の効果を得ることができる。なお、四辺すべてにスリットを形成するのではなく、例えば、対向する２辺に形成しても良い。この場合には、ガス拡散層を製造する際に、ガス拡散層となる多孔質体を、複数が直列に連続した帯状で用意して、このような多孔質体に対して一度にスリット形成の処理を施し、その後に多孔質体を分割することにより、複数のガス拡散層を効率よく製造することが可能になる。   For example, a slit (slit) penetrating the gas diffusion layer in the thickness direction may be formed in the outer peripheral region of the gas diffusion layer. An example of such a configuration is shown in FIG. 12 as a gas diffusion layer 228 having a slit 262. In FIG. 12, a plurality of slits 262 are provided from the outer periphery toward the center on the four sides of the gas diffusion layer 228. Even in such a case, when the seal portion is integrally formed, the slit 262 promotes the impregnation of the seal portion constituent material into the gas diffusion layer, and thus the same effect can be obtained. Instead of forming slits on all four sides, for example, they may be formed on two opposing sides. In this case, when manufacturing the gas diffusion layer, a porous body to be the gas diffusion layer is prepared in a strip shape in which a plurality of continuous porous bodies are connected in series, and slits are formed on such a porous body at a time. By performing the treatment and then dividing the porous body, a plurality of gas diffusion layers can be efficiently produced.

また、貫通孔１６２を設ける穴あけ加工に代えて、ガス拡散層となる多孔質体に対して、厚み方向に貫通しない溝を形成する溝加工を施しても良い。溝加工は、例えば、図１２に示したスリット２６２と同様の場所に行なうことができ、ガス拡散層の一方の面、あるいは両方の面に対して行なうことができる。上記スリット形成や溝加工は、例えば、機械加工により行なっても良く、レーザ加工により行なっても良い。   Moreover, it may replace with the drilling process which provides the through-hole 162, and may perform the groove process which forms the groove | channel which does not penetrate in the thickness direction with respect to the porous body used as a gas diffusion layer. The groove processing can be performed, for example, at the same location as the slit 262 shown in FIG. 12, and can be performed on one surface or both surfaces of the gas diffusion layer. The slit formation and groove processing may be performed by, for example, machining or laser processing.

あるいは、ガス拡散層の外周部近傍において、外周から中央部側へと延出すると共にガス拡散層の面方向に略平行に設けられた横穴を形成することとしても良い。このような横穴３６２を形成したガス拡散層３２８の外周近傍の様子を、拡大して図１３に示す。ガス拡散層３２８は、例えば、ガス拡散層を構成するカーボンペーパを形成するための樹脂ペーパを作製する際に、焼成工程で消失する材料から成ると共に樹脂ペーパの厚み以下の径である繊維を樹脂ペーパ内部に配置し、この樹脂ペーパを焼成することにより作製することができる。   Alternatively, in the vicinity of the outer peripheral portion of the gas diffusion layer, a lateral hole extending from the outer periphery to the central portion side and provided substantially parallel to the surface direction of the gas diffusion layer may be formed. FIG. 13 shows an enlarged view of the vicinity of the outer periphery of the gas diffusion layer 328 in which such a horizontal hole 362 is formed. The gas diffusion layer 328 is made of, for example, a resin that is made of a material that disappears in the firing process and has a diameter equal to or less than the thickness of the resin paper when a resin paper for forming the carbon paper constituting the gas diffusion layer is produced. It can be produced by placing inside the paper and firing the resin paper.

Ｅ．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。 E. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

Ｅ１．変形例１：
発電積層部１１およびガスセパレータ３０と一体成形するシール部１６は、射出成形以外の方法により形成しても良い。例えば、圧縮成形により、シール部１６を一体成形することができる。この場合には、金型内の空間ＳＰに固形の未加硫ゴムを充填し、金型を型締めして加熱することにより、成形と加硫とを同時に行う加硫圧縮成形を行なえば良い。 E1. Modification 1:
The seal portion 16 integrally formed with the power generation laminate portion 11 and the gas separator 30 may be formed by a method other than injection molding. For example, the seal portion 16 can be integrally formed by compression molding. In this case, it is sufficient to perform vulcanization compression molding in which molding and vulcanization are performed simultaneously by filling the space SP in the mold with solid unvulcanized rubber, clamping the mold and heating the mold. .

Ｅ２．変形例２：
実施例では、ガスセパレータ３０は、３枚のプレートを積層した三層構造を有することとしたが、異なる構成としても良い。異なる構造のガスセパレータを用いる場合であっても、ガス拡散層に対して、発電領域に比べて外側領域の方がシール部構成材料がより多く含浸可能となる処理が施されていれば、シール部を発電体１２およびガスセパレータと一体成形する際に、同様の効果が得られる。ここで、ガスセパレータにおける発電領域ＤＡは平坦面である必要はなく、例えば、ガスセパレータ表面にセル内ガス流路を形成するための溝を設けることとしても良い。 E2. Modification 2:
In the embodiment, the gas separator 30 has a three-layer structure in which three plates are laminated, but may have a different configuration. Even when a gas separator having a different structure is used, if the gas diffusion layer is subjected to a treatment that allows more of the seal portion constituent material to be impregnated in the outer region than in the power generation region, the seal The same effect can be obtained when the part is integrally formed with the power generator 12 and the gas separator. Here, the power generation area DA in the gas separator does not have to be a flat surface. For example, a groove for forming an in-cell gas flow path may be provided on the surface of the gas separator.

Ｅ３．変形例３：
実施例では、シール部１６において、アノード側プレート３２と接する側を平坦面にして、カソード側プレート３１と接する側にガス止め凸部６０を設けたが、異なる形状としても良い。例えば、シール部１６においてガス止め凸部６０を設ける面と平坦面とを逆にして、カソード側プレート３１上で、発電積層部１１と共にシール部１６を一体成形することとしても良い。 E3. Modification 3:
In the embodiment, in the seal portion 16, the side in contact with the anode side plate 32 is a flat surface, and the gas stopper convex portion 60 is provided on the side in contact with the cathode side plate 31. For example, the sealing portion 16 may be integrally formed with the power generation laminate portion 11 on the cathode side plate 31 by reversing the surface on which the gas stopper convex portion 60 is provided and the flat surface in the sealing portion 16.

ここで、実施例のように、シール部１６におけるアノード側プレート３２と接する面を平坦面として、シール部１６とガスセパレータ３０とを接着・密着させる場合には、漏れが生じやすい水素に関するシール性を、より高めることができる。また、シール部１６におけるカソード側プレート３１と接する面を平坦面として、シール部１６とガスセパレータ３０とを接着・密着させる場合には、一般的にガス圧がより高い酸化ガス側において、シール性をより高めることができる。   Here, as in the embodiment, when the surface in contact with the anode side plate 32 in the seal portion 16 is a flat surface, and the seal portion 16 and the gas separator 30 are adhered and closely adhered, the sealing property related to hydrogen that is likely to leak. Can be further enhanced. In addition, when the surface of the seal portion 16 in contact with the cathode side plate 31 is a flat surface and the seal portion 16 and the gas separator 30 are bonded and intimately bonded, the sealing property is generally provided on the oxidizing gas side having a higher gas pressure. Can be further enhanced.

あるいは、シール部において、アノード側とカソード側の両面に、ガス止め凸部を設けることとしても良い。この場合には、シール部を発電体１２と一体成形する際に、ガスセパレータとは一体成形しないこととしても良い。このような場合であっても、発電体１２が備える少なくとも一方のガス拡散層において、既述した処理を施すことにより、ガスリークを抑制する同様の効果が得られる。   Or it is good also as providing a gas stop convex part in both surfaces of an anode side and a cathode side in a seal | sticker part. In this case, when the seal portion is integrally formed with the power generation body 12, it may not be integrally formed with the gas separator. Even in such a case, the same effect of suppressing gas leakage can be obtained by performing the above-described treatment in at least one gas diffusion layer provided in the power generation body 12.

Ｅ４．変形例４：
実施例では、発電積層部１１を構成する各部材は、いずれも略同一の大きさであって互いに重なり合い、発電積層部１１の端部は１つの平面を形成することとしたが、異なる構成としても良い。すなわち、ＭＥＡ１３とガス拡散層２６，２８とは、各々が異なる大きさに形成される、あるいは、各々の外周の位置が互いにずれるように配置されることとしても良い。 E4. Modification 4:
In the embodiment, the members constituting the power generation laminate portion 11 are substantially the same size and overlap each other, and the end portions of the power generation laminate portion 11 form a single plane. Also good. That is, the MEA 13 and the gas diffusion layers 26 and 28 may be formed to have different sizes, or may be arranged so that the positions of the outer circumferences thereof are shifted from each other.

Ｅ５．変形例５：
実施例では、燃料電池は固体高分子型燃料電池としたが、異なる種類の燃料電池であっても良い。例えば、固体酸化物電解質型燃料電池とすることができる。シール部の構成材料を、ゴムや熱可塑性エラストマーなどの弾性材料から適宜選択可能な運転温度を示す燃料電池であれば、本発明を適用することができる。 E5. Modification 5:
In the embodiment, the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell, but may be a different type of fuel cell. For example, a solid oxide electrolyte fuel cell can be obtained. The present invention can be applied to any fuel cell that exhibits an operation temperature that can be appropriately selected from elastic materials such as rubber and thermoplastic elastomer as a constituent material of the seal portion.

第１実施例の燃料電池の概略構成を表わす断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram showing schematic structure of the fuel cell of 1st Example. 図１において破線で囲んだＸ領域を拡大して示す説明図である。It is explanatory drawing which expands and shows the X area | region enclosed with the broken line in FIG. セルアセンブリ１０の概略構成を表わす平面図である。2 is a plan view illustrating a schematic configuration of a cell assembly 10. FIG. カソード側プレート３１の形状を示す平面図である。3 is a plan view showing the shape of a cathode side plate 31. FIG. アノード側プレート３２の形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of the anode side plate 32. FIG. 中間プレート３３の形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of the intermediate | middle plate. 第１実施例の燃料電池の製造工程を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the manufacturing process of the fuel cell of 1st Example. ガス拡散層２６，２８の様子を表わす平面図である。3 is a plan view showing a state of gas diffusion layers 26 and 28. FIG. シール部１６を一体形成する様子、および、一体形成された部材の様子を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing a mode that the seal | sticker part 16 is integrally formed, and the mode of the member formed integrally. 第２実施例の燃料電池の構成の概略を表わす断面図である。It is sectional drawing showing the outline of a structure of the fuel cell of 2nd Example. ガス拡散層１２８の構成を平面的に表わす説明図である。3 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a gas diffusion layer 128 in a plan view. FIG. 第２実施例の変形例の構成を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the structure of the modification of 2nd Example. 第２実施例の変形例の構成を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the structure of the modification of 2nd Example.

符号の説明Explanation of symbols

１０…セルアセンブリ
１１…発電積層部
１２…発電体
１３…ＭＥＡ
１４，１５…ガス流路形成部
１６…シール部
２０…電解質膜
２２…カソード
２４…アノード
２６，２８，１２８，２２８，３２８…ガス拡散層
３０…ガスセパレータ
３１…カソード側プレート
３２…アノード側プレート
３３…中間プレート
４０〜４５…マニホールド用穴部
５０…酸化ガス供給スリット
５１…酸化ガス排出スリット
５２…燃料ガス排出スリット
５３…燃料ガス供給スリット
５４〜５７…連通部
５８…冷媒孔
６０…ガス止め凸部
７０…下型
７２…上型
７４…開口
１６２…貫通孔
２６２…スリット
３６２…横穴 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Cell assembly 11 ... Power generation lamination | stacking part 12 ... Power generation body 13 ... MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14, 15 ... Gas flow path formation part 16 ... Seal part 20 ... Electrolyte membrane 22 ... Cathode 24 ... Anode 26, 28, 128, 228, 328 ... Gas diffusion layer 30 ... Gas separator 31 ... Cathode side plate 32 ... Anode side plate 33 ... Intermediate plate 40-45 ... Hole for manifold 50 ... Oxidation gas supply slit 51 ... Oxidation gas discharge slit 52 ... Fuel gas discharge slit 53 ... Fuel gas supply slit 54-57 ... Communication part 58 ... Refrigerant hole 60 ... Gas stop Convex part 70 ... Lower mold 72 ... Upper mold 74 ... Opening 162 ... Through hole 262 ... Slit 362 ... Horizontal hole

Claims (21)

燃料電池であって、
電解質膜と、該電解質膜の両面に形成された一対の電極と、前記電極上に配置された多孔質体から成る一対のガス拡散層と、を備える発電体と、
前記発電体の外周部で該発電体の外周部を内包し、該発電体と一体で形成されたシール部と、
前記発電体の両側に配置され、前記シール部と接触するガスセパレータと
を備え、
前記ガス拡散層は、前記燃料電池において電気化学反応が進行する領域に対応する発電領域と、該発電領域よりも外側の外側領域と、を備え、
前記一対のガス拡散層の少なくとも一方には、前記発電領域に比べて前記外側領域の方が、前記シール部の構成材料がより多く含浸可能となる含浸適正化処理が施されている
燃料電池。 A fuel cell,
A power generator comprising: an electrolyte membrane; a pair of electrodes formed on both surfaces of the electrolyte membrane; and a pair of gas diffusion layers made of a porous body disposed on the electrodes;
A seal portion that includes the outer periphery of the power generation body at the outer periphery of the power generation body and is formed integrally with the power generation body;
A gas separator disposed on both sides of the power generation body and in contact with the seal portion;
The gas diffusion layer includes a power generation region corresponding to a region where an electrochemical reaction proceeds in the fuel cell, and an outer region outside the power generation region,
At least one of the pair of gas diffusion layers is subjected to an impregnation optimization treatment that allows more of the constituent material of the seal portion to be impregnated in the outer region than in the power generation region. 請求項１記載の燃料電池であって、
前記含浸適正化処理は、前記構成材料の前記発電領域への含浸を抑えつつ、前記構成材料の前記外側領域への含浸を許容させる処理である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The impregnation optimization process is a process of allowing impregnation of the constituent material into the outer region while suppressing impregnation of the constituent material into the power generation region. 請求項２記載の燃料電池であって、
前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層の前記発電領域のみに対して、撥水性を高める撥水化処理を施す処理である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 2, wherein
The impregnation optimization process is a process of performing a water repellency treatment that increases water repellency only on the power generation region of the gas diffusion layer. 請求項２記載の燃料電池であって、
前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層において、前記発電領域の方が前記外側領域よりも撥水性が高まるように、前記発電領域を含む領域に対して撥水化処理を施す処理である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 2, wherein
The impregnation optimization process is a process in which, in the gas diffusion layer, the region including the power generation region is subjected to a water repellency process such that the water generation region has higher water repellency than the outer region. battery. 請求項１記載の燃料電池であって、
前記含浸適正化処理は、前記外側領域における前記構成材料の含浸を促進させる処理である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The impregnation optimization process is a process for promoting the impregnation of the constituent material in the outer region. 請求項５記載の燃料電池であって、
前記含浸適正化処理は、前記外側領域における前記構成材料を含浸可能な空隙容積を増加させる空隙増加加工である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 5, wherein
The impregnation optimization process is a void increasing process for increasing a void volume capable of impregnating the constituent material in the outer region. 請求項６記載の燃料電池であって、
前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層の前記外側領域に対して、前記ガス拡散層を構成する多孔質体が備える細孔よりも容積の大きな貫通穴を形成する処理である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 6, wherein
The impregnation optimization process is a process of forming, in the outer region of the gas diffusion layer, a through-hole having a larger volume than the pores of the porous body constituting the gas diffusion layer. 請求項６記載の燃料電池であって、
前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層の前記外側領域の表面に溝を形成する処理である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 6, wherein
The impregnation optimization process is a process of forming a groove in the surface of the outer region of the gas diffusion layer. 請求項６記載の燃料電池であって、
前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層の外周端から前記発電領域側へと前記ガス拡散層の面方向に沿って延出する横穴を形成する処理である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 6, wherein
The impregnation optimization process is a process of forming a lateral hole extending along the surface direction of the gas diffusion layer from the outer peripheral end of the gas diffusion layer to the power generation region side. 電極を形成した電解質膜および該電解質膜上に配置した一対のガス拡散層を備える発電体と、ガスセパレータとを積層して成る燃料電池の製造方法であって、
前記ガス拡散層を形成するための多孔質体であって、該多孔質体から得られる前記ガス拡散層を組み込んで成る前記燃料電池において電気化学反応が進行する領域に対応する発電領域と、該発電領域よりも外側の外側領域と、を備える多孔質体を用意する第１の工程と、
前記多孔質体に対して、前記発電領域に比べて前記外側領域の方が所定の弾性材料がより多く含浸可能となる含浸適正化処理を施して、前記多孔質体から被処理ガス拡散層を作製する第２の工程と、
前記電極を形成した電解質膜上に、少なくとも一方は前記被処理ガス拡散層を用いて前記一対のガス拡散層を配置して、前記発電体を得る第３の工程と、
金型内に前記発電体を配置した後に、前記金型内に前記弾性材料を投入することによって、該弾性材料から成ると共に前記発電体の外周部を内包するシール部を、前記発電体と一体成形する第４の工程と
を備える燃料電池の製造方法。 A method of manufacturing a fuel cell comprising an electrolyte membrane having electrodes formed thereon and a power generator including a pair of gas diffusion layers disposed on the electrolyte membrane, and a gas separator,
A porous body for forming the gas diffusion layer, the power generation region corresponding to a region where an electrochemical reaction proceeds in the fuel cell incorporating the gas diffusion layer obtained from the porous body; A first step of preparing a porous body comprising an outer region outside the power generation region;
The porous body is subjected to an impregnation optimization treatment that allows the predetermined elastic material to be impregnated more in the outer region than in the power generation region, and the gas diffusion layer to be treated is formed from the porous body. A second step to produce;
A third step of obtaining the power generator by disposing at least one of the pair of gas diffusion layers using the gas diffusion layer to be treated on the electrolyte membrane on which the electrode is formed;
After the power generation body is disposed in the mold, the elastic material is put into the mold, whereby a seal portion made of the elastic material and enclosing the outer periphery of the power generation body is integrated with the power generation body. A fuel cell manufacturing method comprising: a fourth step of molding. 請求項１０記載の燃料電池の製造方法であって、
前記第４の工程は、前記金型内に前記ガスセパレータを配置した後に、配置した前記ガスセパレータ上に前記発電体を配置して、前記シール部を、前記発電体および前記ガスセパレータと一体形成する工程であって、前記発電体を配置する際には、前記一対のガスセパレータのうち、少なくとも前記ガスセパレータ側の前記ガス拡散層が、前記被処理ガス拡散層となるように前記発電体を配置する
を備える燃料電池の製造方法。 A method of manufacturing a fuel cell according to claim 10,
In the fourth step, after the gas separator is disposed in the mold, the power generation body is disposed on the disposed gas separator, and the seal portion is integrally formed with the power generation body and the gas separator. When arranging the power generator, the power generator is arranged such that at least the gas diffusion layer on the gas separator side of the pair of gas separators becomes the gas diffusion layer to be treated. A method of manufacturing a fuel cell comprising: arranging. 請求項１０または１１記載の燃料電池の製造方法であって、
前記含浸適正化処理は、前記弾性材料の前記発電領域への含浸を抑えつつ、前記弾性材料の前記外側領域への含浸を許容させる処理である
燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell according to claim 10 or 11,
The impregnation optimization process is a process that allows impregnation of the elastic material into the outer region while suppressing impregnation of the elastic material into the power generation region. 請求項１２記載の燃料電池の製造方法であって、
前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層の前記発電領域のみに対して、撥水性を高める撥水化処理を施す処理である
燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell according to claim 12, comprising:
The impregnation optimization process is a process of performing a water repellent process for improving water repellency only on the power generation region of the gas diffusion layer. 請求項１２記載の燃料電池の製造方法であって、
前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層において、前記発電領域の方が前記外側領域よりも撥水性が高まるように、前記発電領域を含む領域に対して撥水化処理を施す処理である
燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell according to claim 12, comprising:
The impregnation optimization process is a process in which, in the gas diffusion layer, the region including the power generation region is subjected to a water repellency process such that the water generation region has higher water repellency than the outer region. Battery manufacturing method. 請求項１０または１１記載の燃料電池の製造方法であって、
前記含浸適正化処理は、前記外側領域における前記弾性材料の含浸を促進させる処理である
燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell according to claim 10 or 11,
The impregnation optimization process is a process for promoting the impregnation of the elastic material in the outer region. 請求項１５記載の燃料電池の製造方法であって、
前記含浸適正化処理は、前記外側領域における前記弾性材料を含浸可能な空隙容積を増加させる空隙増加加工である
燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell according to claim 15, comprising:
The impregnation optimization treatment is a void increasing process for increasing a void volume that can be impregnated with the elastic material in the outer region. 請求項１６記載の燃料電池の製造方法であって、
前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層の前記外側領域に対して、前記ガス拡散層を構成する多孔質体が備える細孔よりも容積の大きな貫通穴を形成する処理である
燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell according to claim 16, comprising:
The impregnation optimization process is a process of forming a through-hole having a larger volume than the pores of the porous body constituting the gas diffusion layer in the outer region of the gas diffusion layer. Method. 請求項１６記載の燃料電池の製造方法であって、
前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層の前記外側領域の表面に溝を形成する処理である
燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell according to claim 16, comprising:
The impregnation optimization process is a process of forming a groove in the surface of the outer region of the gas diffusion layer. 請求項１６記載の燃料電池の製造方法であって、
前記含浸適正化処理は、前記ガス拡散層の外周端から前記発電領域側へと前記ガス拡散層の面方向に沿って延出する横穴を形成する処理である
燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell according to claim 16, comprising:
The said impregnation optimization process is a process which forms the horizontal hole extended along the surface direction of the said gas diffusion layer from the outer peripheral end of the said gas diffusion layer to the said electric power generation area side. The manufacturing method of a fuel cell. 請求項１０ないし１９いずれか記載の燃料電池の製造方法によって製造された燃料電池。   A fuel cell manufactured by the method for manufacturing a fuel cell according to any one of claims 10 to 19. 複数個積層されることにより燃料電池を構成する燃料電池用積層部材であって、
ガスセパレータと、
前記ガスセパレータの一方の面側に配置され、電解質膜と、該電解質膜の両面に形成された一対の電極と、前記電極上に配置された多孔質体から成る一対のガス拡散層と、を備える発電体と、
前記発電体の外周部で該発電体の外周部を内包し、前記ガスセパレータおよび前記発電体と一体で形成されたシール部と
を備え、
前記ガス拡散層は、前記燃料電池において電気化学反応が進行する領域に対応する発電領域と、該発電領域よりも外側の外側領域と、を備え、
前記一対のガス拡散層のうち、少なくとも前記ガスセパレータ側に配置されたガス拡散層には、前記発電領域に比べて前記外側領域の方が、前記シール部の構成材料がより多く含浸可能となる含浸適正化処理が施されている
燃料電池用積層部材。 A laminated member for a fuel cell that constitutes a fuel cell by being laminated in a plurality,
A gas separator;
An electrolyte membrane disposed on one side of the gas separator, a pair of electrodes formed on both sides of the electrolyte membrane, and a pair of gas diffusion layers made of a porous body disposed on the electrodes, A power generator comprising:
Including the outer periphery of the power generation body at the outer periphery of the power generation body, the gas separator and a seal portion formed integrally with the power generation body, and
The gas diffusion layer includes a power generation region corresponding to a region where an electrochemical reaction proceeds in the fuel cell, and an outer region outside the power generation region,
Of the pair of gas diffusion layers, at least the gas diffusion layer disposed on the gas separator side can be more impregnated with the constituent material of the seal portion in the outer region than in the power generation region. A laminated member for fuel cells that has been subjected to impregnation optimization treatment.
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