JP4258561B2 - 燃料電池、およびその膜−電極接合体の位置合わせ方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池、およびその膜−電極接合体の位置合わせ方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池の内部構造の改良に関する。

一般に、燃料電池（例えば固体高分子型燃料電池）は電解質膜およびその両面に配した一対の電極からなる接合体（例えばＭＥＧＡ）と、該接合体を挟持する一対のセパレータとで構成されている。また、このような燃料電池として、ＭＥＧＡの両面に例えばラスカットメタル（エキスパンドメタル）のような導電性多孔体からなるアノード（多孔体アノード）やカソード（多孔体カソード）を配した構造のものがある（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−０８７３１８号公報

しかしながら、上述のような構造の燃料電池においては、多孔体カソードと多孔体アノードの間に挟持されるＭＥＧＡの位置ずれが生じることがある。一方で、位置ずれを抑えようとすると導電性多孔体の強度が確保し難くなるという問題もある。

そこで、本発明は、導電性多孔体の強度を確保しつつ接合体（例えばＭＥＧＡ）の位置ずれを効果的に抑止しうる燃料電池、およびその膜−電極接合体の位置合わせ方法を提供することを目的とする。

上述のように多孔体アノードと多孔体カソードとで接合体（例えばＭＥＧＡ）を挟み込む従来構造の場合、両多孔体の間に位置するＭＥＧＡには拘束がない。この点、ＭＥＧＡの構成部品である膜に例えば位置決め用の孔を設けることも考えられるが、成形時の熱により膜が収縮して位置が正確に決まらないおそれがある。これらの点に着目してさらに検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。

本発明はかかる知見に基づくもので、電解質膜の両面に電極が設けられてなる膜−電極接合体と、該膜−電極接合体の一方側に設けられたアノード側導電性多孔体および他方側に設けられたカソード側導電性多孔体と、膜−電極接合体、アノード側導電性多孔体およびカソード側導電性多孔体を挟持するセパレータと、を有する燃料電池において、アノード側導電性多孔体およびカソード側導電性多孔体の一方に凹部が形成され、該凹部に膜−電極接合体の一部が収容されているというものである。

また、本発明にかかる膜−電極接合体の位置合わせ方法は、膜−電極接合体と、該膜−電極接合体の一方側に設けられたアノード側導電性多孔体および他方側に設けられたカソード側導電性多孔体と、膜−電極接合体、アノード側導電性多孔体およびカソード側導電性多孔体を挟持するセパレータと、を有する燃料電池におけるアノード側導電性多孔体およびカソード側導電性多孔体の一方に凹部を形成しておき、該凹部に膜−電極接合体の一部を収容した状態とするものである。

このように膜−電極接合体の一部を凹部に収容した状態とする本発明の場合、かかる凹部が膜−電極接合体の位置ずれを抑止する拘束部材として機能する。

また本発明の燃料電池においては、アノード側導電性多孔体およびカソード側導電性多孔体の一方に凹部が形成され、他方は平面状である。このように一方の導電性多孔体にのみ凹部を形成する構造とした場合、もう一方の導電性多孔体は平板状に形成すればよいという利点がある。

また、かかる燃料電池においては、平面状である導電性多孔体が膜−電極接合体よりも小さく形成されていることが好ましい。こうした場合、小さく形成された当該平面状導電性多孔体を膜−電極接合体の内側に収まるように配置しやすく、これによって集電性多孔体どうしの短絡を抑止することが容易となる。

さらに、本発明にかかる燃料電池において、膜−電極接合体は、電解質膜と、この電解質膜よりも外周が小さく該電解質膜の外周内に収まる電極とが積層されてなり、平面状の導電性多孔体は、電極よりも外周が小さく当該電極の外周内に収まる形状に形成されている。この場合、平面状の導電性多孔体を平面視で目視確認しやすく、位置合わせしやすい。

また、膜−電極接合体、アノード側導電性多孔体、カソード側導電性多孔体およびセパレータを有する燃料電池セルが複数積層された構造の燃料電池であって、発電用の反応ガスを各燃料電池セルに供給しまたは各燃料電池セルから排出するためのマニホールドを備えるとともに、凹部が形成された導電性多孔体の外周付近は、電解質膜の平面方向に延長してマニホールドの付近まで延びる形状となっていることも好ましい。

さらに、本発明にかかる燃料電池は、導電性多孔体のうち凹部以外の部分の少なくとも一部の金属密度が他の部分よりも高くなっている。当該密度が高くされた部分は強度が向上する。また、導電性多孔体のうち凹部以外の部分の少なくとも一部は、加圧されて潰されることによって金属密度が高められている。

また、燃料電池は、発電用の反応ガスを各燃料電池セルに供給しまたは各燃料電池セルから排出するためのマニホールドを備えるとともに、導電性多孔体のうちマニホールドの周辺に該当する部分が、燃料電池セルの積層方向に関して当該燃料電池セルの厚みの略中央に形成されているものであることが好ましい。導電性多孔体のうち当該部分が厚み方向のいずれかに偏っていると荷重のバランスが崩れやすくなるが、このように厚み方向の略中央に形成すれば荷重バランスを確保しやすい。

本発明によれば、導電性多孔体の強度を確保しつつ接合体（例えばＭＥＧＡ）の位置ずれを効果的に抑止することができる。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１〜図５に本発明の実施形態を示す。本発明にかかる燃料電池１は、電解質膜２１の両面に電極が設けられてなる膜−電極接合体１１と、該膜−電極接合体１１の一方側に設けられたアノード側導電性多孔体２４および他方側に設けられたカソード側導電性多孔体２５と、膜−電極接合体１１および導電性多孔体２４，２５を挟持するセパレータ１２，１３と、を有するものである。

なお、以下に説明する燃料電池１は例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして利用可能なものであるが特にこれに限られることはなく、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の発電システムにおいても利用することが可能である。

ここで、まず本実施形態における燃料電池１の全体について概略的に示しておく（図５参照）。燃料電池１は、複数のセル２が積層されてなるセル積層体（セルスタック）３と、該セル積層体３の両端のセル２，２の外側に順次配置された出力端子５ａ付きの集電板（ターミナルプレート）５、絶縁板（インシュレータ）６およびエンドプレート（図示省略）とを有する構造となっている。さらに、燃料電池１は、例えば両エンドプレート間を架け渡すようにして設けられたテンションプレート（図示省略）により、セル２の積層方向に所定の圧縮力がかけられた状態となっている。

また、各セル２は、膜−電極接合体１１と、その両面に配置された導電性多孔体２４，２５と、さらにこれらを両側から挟持する一対のセパレータとが積層された構造となっている（図２等参照）。さらに、膜−電極接合体１１の周囲にはガスケット１４が設けられている。

膜−電極接合体１１は、高分子材料のイオン交換膜（例えばフッ素系膜、ＨＣ膜など）からなる電解質膜２１と、この電解質膜２１の両面に設けられた一対の電極（カソードおよびアノード）とを含む構成となっている。膜−電極接合体１１としては例えばＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）、あるいはさらに拡散層を含むＭＥＧＡ（Membrane Electrode ＆ Gas Diffusion Layer Assembly：膜−電極−拡散層接合体）のいずれをも用いることができる。例えば本実施形態では膜−電極接合体１１としてＭＥＧＡを用いている（以下、ＭＥＧＡ１１とも表現する）。

ＭＥＧＡ１１を構成する拡散層２２，２３は、白金などの触媒を担持した多孔質（ポーラス）な素材で構成されている。一方のアノード側拡散層２２には燃料ガスとしての水素ガスが供給され、他方のカソード側拡散層２３には空気や酸化剤などの酸化ガスが供給される（図２等参照）。それぞれの拡散層２２，２３に供給されたこれら２種類の反応ガスにより発電部としてのＭＥＧＡ３０内で電気化学反応が生じ、セル２の起電力が得られるようになっている。なお、拡散層２２，２３としては例えばペーパー、クロス、高クッションペーパー等の多孔質素材が利用されうる。

導電性多孔体２４，２５はＭＥＧＡ１１の両面に配置された例えば略板状の多孔性部材からなる。本実施形態の場合、アノード側導電性多孔体２４、カソード側導電性多孔体２５ともラスカットメタル（エキスパンドメタル）からなる多孔性材料（ラスメタル多孔体）によって構成されている。

セパレータ１２，１３は、ガス不透過の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属（メタル）が挙げられる。また、セパレータ１２，１３の端部付近には、反応ガスおよび冷却水の流通用のマニホールドが形成されている。なお、セパレータ１２，１３のうち拡散層２２，２３に面する部分の表裏各面には、複数の凹凸が例えばプレス成形によって形成されていてもよい。これら複数の凸部および凹部は、それぞれ一方向（あるいはサーペンタイン状であってもよい）に延在しており、酸化ガスのガス流路、水素ガスのガス流路、または冷却水流路を画定している。

ガスケット１４は、ＭＥＧＡ１１の周囲であって上述したセパレータ１２，１３のマニホールドに対応した位置にシール部材として設けられている。例えば本実施形態のガスケット１４は、射出成形により、セパレータ１２，１３に向かって突出する凸状のリップ部を備えた形状に形成されている。また、ガスケット１４には例えば熱硬化型シリコン系や熱可塑性樹脂などの材料が利用されうる。

ここで、本実施形態においては上述した導電性多孔体２４，２５の一方、例えばカソード側の導電性多孔体２５に、ＭＥＧＡ１１の一部を収容可能な凹部２５ｄを形成している（図４等参照）。この場合の凹部２５ｄの形状や深さは特に限定されるものではないが、例えば本実施形態では、ＭＥＧＡ１１の形状に合わせた略矩形の凹部２５ｄを当該カソード側導電性多孔体２５の中央に形成している（図１等参照）。もう一方の導電性多孔体であるアノード側多孔体２４はこのような凹部のない平板状に形成されている（図４等参照）。

また、カソード側導電性多孔体２５は、上述したマニホールド部分まで拡がる大きさと形状に形成されていることが好ましい。例えば本実施形態では、このカソード側導電性多孔体２５を、セパレータ１２，１３よりも小さく尚かつセパレータ１２，１３に形成されているマニホールド位置よりは大きくなるよう、電解質膜２１の平面方向に延長して形成している（図１、図３参照）。このようなカソード側導電性多孔体２５の縁付近（発電体たるＭＥＧＡ１１よりも外側の部分）には、セパレータ１２，１３のマニホールドと対応するように水素ガス用マニホールド２５ａ、酸化ガス用マニホールド２５ｂ、そして冷媒用マニホールド２５ｃがそれぞれ形成されている（図１等参照）。

このような構造のカソード側導電性多孔体２５は、当該多孔体２５の全域をラスカット処理することによって形成されうる。具体的一例を挙げれば、金属板の全域に千鳥状に切れ目を入れると同時に押し広げ、菱形あるいは亀甲形の三次元的な網目（メッシュ）構造とすることにより、厚さ方向にも面方向に優れた多孔性の部材を形成することができる。このような、いわゆるラスカット処理により形成されたエキスパンドメタルは変形可能である点で焼結体よりも有利であり、尚かつ導電性にも優れる。また、このような加工品（エキスパンドメタルないしはラスメタル）をさらにプレス加工（絞り加工）することによって中央部に略矩形の凹部２５ｄを有する導電性多孔体２５を形成することができる。

さらに本実施形態では、凹部２５ｄが形成されたカソード側導電性多孔体２５のうちの当該凹部２５ｄ以外の外周寄り部分（図中符号２５ｅで示す）が、セル形成時に当該セル２の厚みの略中央に位置するようにしている（図２参照）。また、上述したガスケット１４がかかる外周寄り部分２５ｅの両面に配置されている。導電性多孔体２５の当該部分が厚み方向のいずれかに偏っていると荷重のバランスが崩れやすくなるが、このように厚み方向の略中央に配置されていれば荷重バランスを確保しやすい。

加えて、本実施形態では、カソード側導電性多孔体２５のうち凹部２５ｄ以外の外周寄り部分２５ｅについて、その一部または全部の部分の金属密度が高くなるように加工している。例えば、マニホールド２５ａ〜２５ｃの周辺部分の金属密度を、ＭＥＧＡ１１と重なる部分（凹部２５ｄが形成されている部分）の金属密度よりも高くすれば、当該密度が高くなった部分の強度を相対的に向上させることができる。金属密度を高くするいわゆる圧密化は、例えばカソード導電性多孔体２５の対象となる部分を加圧して潰すことによって実施することが可能である。

以上のような構造の本実施形態における燃料電池１の利点を従来技術の参考例と対比しながら以下に説明する（図６〜図２１参照）。

（Ａ）まず、本実施形態においては、上述のように導電性多孔体２５に凹部２５ｄを形成し、ＭＥＧＡ１１の一部を当該凹部２５ｄに収容する構造としたことから、ＭＥＧＡ１１の位置ずれを抑制しうるという点で好適である。すなわち、このように凹部２５ｄが一体的に成形された導電性多孔体２５を利用することにより、成形前のＭＥＧＡ１１の位置合わせを可能とし、燃料電池１（ないしはセル２）の成形時に位置ずれが生じるのを抑制することが可能である。換言すれば、導電性多孔体２５に一体的に成形された凹部２５ｄはＭＥＧＡ１１の位置ずれを抑止する拘束部材として機能しうる。

この点、従来構造の燃料電池１においてはＭＥＧＡ１１の位置ずれを抑制するのが困難である。例示して説明すると、マニホールドの周辺部分に非多孔質の平板部材（図中ではクロスハッチングを付して表示）を用いた場合（図６、図７参照）、導電性多孔体において当該マニホールド周辺部分の強度を確保しやすい反面、製造可能条件が限られるという問題が生じる。すなわち、形成しようとする凹部２５ｄにのみラスカット処理を施すとすると（図８参照）、処理対象部分はカットにより延びるのに対してそれ以外の部分（カットされない部分）は延びないことから、伸び率の違いが生じて変形してしまい、端部付近（図８において一点鎖線で囲んだ部分参照）において皺が生じてしまう。このため、図８に示すような略矩形の凹部を中央に有する導電性多孔体を製造することが不可能であった。

したがって、従来は、一対の導電性多孔体の一方２４’を横長形状、もう一方２５’を縦長形状とし、ラスカット時の送り方向の始端付近と終端付近にはラスカット処理を行わない（刻まない）という製法を採っている。この場合、加工品の送り方向に垂直な断面は平坦状にしかならず、シルクハット形状（ないしはお椀形状）の凹部は成形され得ない。従来は、このような横長の導電性多孔体２４’と縦長の導電性多孔体２５’とを十字状に組み合わせるいわば互い違い構造としていたため、導電性多孔体２４’、ＭＥＧＡ１１’、そして導電性多孔体２５’とを一体成形する際、中央に位置すべきＭＥＧＡ１１’を十分に拘束することができずに位置ずれが生じることがあった。

これに対し、一方の導電性多孔体（例えばカソード側導電性多孔体２５）に一体的な凹部２５ｄを成形する本実施形態の燃料電池１においては、かかる凹部２５ｄを拘束部材として機能させることによってＭＥＧＡ１１の位置ずれを抑止できるという点で好適である。

（Ｂ）本実施形態の燃料電池１においては、導電性多孔体２４，２５における反応ガスの分配・拡散性能、排出性能を確保して燃料電池１の高い性能を実現しやすい。

この点、上述のように横長の導電性多孔体２４’と縦長の導電性多孔体２５’とを十字状に組み合わせると、反応ガスの分配・拡散性能、排出性能が劣る場合がある。すなわち、ラスカット処理が施された多孔部分において孔（例えばパンチ孔）がラスカット送り方向に傾斜した状態となっている場合、当該方向とガスの流れ方向とが一致していれば問題はないが（図１０参照）、一致していない（直交している）と性能が低下してしまう（図９参照）。この場合、反応ガスの一方（例えばアノード側での水素ガス）において流れの低下が生じる。

これに対し、本実施形態の場合には、アノード側導電性多孔体２４およびカソード側導電性多孔体２５のラスカット送り方向を適宜変え、ガス流れ方向と一致させることができる。このため、これら導電性多孔体２４，２５における反応ガスの分配・拡散性能、排出性能を確保しやすい。

（Ｃ）本実施形態の燃料電池１においては、ガスケット１４の機能を維持しやすい。

この点、上述のように横長の導電性多孔体２４’と縦長の導電性多孔体２５’とを十字状に組み合わせると（互い違い構造）、ブラケット１４中へのインサート材料（例えば導電性多孔体２４’の両縁付近の部分）が、セル厚み方向の中央に位置し得ない場合がある（図１１、図１２参照）。この場合、かかるインサート材料の表側と裏側とでガスケット１４に作用する応力に差が生じ、荷重バランスが崩れやすくなってしまう。また、いわば土手の薄い方（図１２であれば上側）でより強い応力が生じ、ゴム等の材料の破断に至りやすい。一方で、インサート材料がセル厚み方向中央に位置するよう導電性多孔体を加工するとすれば、導電性多孔体２４’，２５’の両方にて加工が必要であり、そのぶん工程が増す。また、これら導電性多孔体とガスケット１４との密着度を十分に確保しないとガスリークが生じるという問題もある。

これに対し、本実施形態の場合には、凹部２５ｄが形成されたカソード側導電性多孔体２５のうちの当該凹部２５ｄ以外の外周寄り部分（インサート部分）２５ｅを、セル２の厚みの略中央に位置するようにしている（図２参照）。このため荷重バランスを確保しやすく、ひいてはガスケット１４の機能を維持しやすい。

（Ｄ）本実施形態の燃料電池１においては、マニホールド付近における導電性多孔体２５の金属密度を上げて強度を向上させることができる。

上述のように横長の導電性多孔体２４’と縦長の導電性多孔体２５’とを十字状に組み合わせる互い違い構造において、これら導電性多孔体２４’，２５’のすべてを多孔体にする（非多孔質部分を形成しない）とすれば（図１４参照）、ラスカット送り方向を適宜変え、導電性多孔体２４’と導電性多孔体２５’とでガス流れ方向を一致させることが可能となる（図１５参照）。ところが、こうした場合にはマニホールド周辺におけるブラケット４へのインサート部分までもが多孔質材料となり、十分な強度が確保できないおそれが生じる（図１６、図１７参照）。

これに対し、本実施形態の場合には、カソード側導電性多孔体２５のうち凹部２５ｄ以外の外周寄り部分２５ｅについて、その一部または全部の部分の金属密度が高くなるように加工しているため、当該部分の強度を相対的に向上させることができる。

（Ｅ）本実施形態の燃料電池１においては、シールの反力不足によるガスリークを抑制できる。さらに、電気的短絡を抑制することもできる。

この点、上述のように横長の導電性多孔体２４’と縦長の導電性多孔体２５’とを十字状に組み合わせ（互い違い構造）、破線に沿ってシールラインを形成した場合（図１８参照）、発電部の四隅において電解質膜２１のみがバックアップ部材となり（図１９参照）、剛体によるバックアップが十分でなく、シールの半力不足によってガスリークが生じるおそれがある。また、図２０や図２１に示すいずれの構成においても、ＭＥＧＡの拘束が十分でなく位置ずれが生じるおそれがある（図２０、図２１参照）。さらには、成形時に導電性多孔体２４’，２５’が電解質膜２１にダメージを与え、電気的な短絡を生じる可能性もある（図２２参照）。

これに対し、本実施形態の場合には、発電部（ＭＥＧＡ１１）の四隅において剛体（導電性多孔体２４，２５）がバックアップする構造であり、当該四隅のシール反力不足によるガスリークを抑制することができる。また、カソード側導電性多孔体２５のうち凹部２５ｄ以外の外周寄り部分２５ｅについて、金属密度が高くして当該部分の強度を相対的に向上させており、導電性多孔体２４，２５どうしの接触による短絡をも抑制することができる。さらに、四方に壁部を有する形状の凹部２５ｄを形成しているため、ＭＥＧＡ１１の位置ずれを縦横両方向にて抑制する点も好適である。加えて、本実施形態の場合には導電性多孔体２４，２５の一方にのみ凹部２５ｄを形成すれば足りるため、そのぶん工程が少なく効率がよいという利点もある。

以上、ここまで本実施形態における燃料電池１の利点を従来技術との対比にて説明したが、さらに他方の導電性多孔体（アノード側導電性多孔体２４）について以下のように構成することも好ましい。

すなわち、アノード側導電性多孔体２４を板状とし、尚かつＭＥＧＡ１１の拡散層２２よりも小さくなるように形成することが好ましい（図４等参照）。こうした場合、小さく形成された当該平面状のアノード側導電性多孔体２４をＭＥＧＡ１１の内側に収まるように配置しやすく、これによって集電性多孔体２４，２５どうしの短絡をさらに抑制することが容易となる。加えて、ＭＥＧＡ１１を、電解質膜２１と、この電解質膜２１よりも外周が小さく該電解質膜の外周内に収まるアノード電極（拡散層２２）とを積層して構成することがさらに好ましい。こうした場合、平面状のアノード側導電性多孔体２４は、アノード電極よりも外周が小さく当該電極の外周内に収まるから、成形時に当該平面状の導電性多孔体２４を平面視で目視確認しやすく、位置合わせしやすくなる。これによれば導電性多孔体２４，２５どうしの相対的な位置合わせが容易となり、燃料電池１におけるＭＥＧＡ１１や導電性多孔体２４，２５の位置合わせにさらに好適な構造を実現できる。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態ではカソード側導電性多孔体２５に凹部２５ｄを形成した場合について例示したが、これとは逆の構成、すなわちアノード側導電性多孔体２４に凹部を形成しても構わない。

また、上述した実施形態では膜−電極接合体としてＭＥＧＡ（膜−電極−拡散層接合体）１１が用いられている場合を例示して説明したが、これがＭＥＡ（膜−電極接合体）であっても同様の作用効果を実現しうる。

本発明の一実施形態を示すカソード側導電性多孔体、ＭＥＧＡ、アノード側導電性多孔体を積層した状態の平面図である。 図１のII-II線における断面図である。 導電性多孔体およびＭＥＧＡの構成例を示す図である。 積層された導電性多孔体およびＭＥＧＡの側面図である。 燃料電池の構成例を示す斜視図である。 従来技術の参考例として示す導電性多孔体およびＭＥＧＡの平面図である。 ラスカット時の板状部材の送り方向と製造可能な形状との関係を示す図であり、（Ａ）は板状部材の幅方向、（Ｂ）は板状部材の長手方向に送る場合である。 従来のラスカット処理によっては製造不可能な形状の一例を示す図である。 ラスカットの送り方向と反応ガスの流れ方向との関係が電池性性能に及ぼす影響を示すための図で、（Ａ）はアノード側導電性多孔体の平面図、（Ｂ）はラスカット処理された部分の拡大図である。 ラスカットの送り方向と反応ガスの流れ方向との関係が電池性性能に及ぼす影響を示すための図で、（Ａ）はカソード側導電性多孔体の平面図、（Ｂ）はラスカット処理された部分の拡大図である。 横長の導電性多孔体と縦長の導電性多孔体とを十字状に組み合わせた場合の構造例を示す平面図である。 図１１のXII-XII線における断面図である。 図１２におけるインサート材料がセル厚み方向中央に位置するよう導電性多孔体を加工した場合の構造例を示す断面図である。 横長の導電性多孔体と縦長の導電性多孔体とを十字状に組み合わせる互い違い構造の一例を示す平面図である。 図１４に示した互い違い構造において、複数の導電性多孔体におけるガス流れ方向を一致させた様子を示す（Ａ）一方の導電性多孔体、（Ｂ）他方の導電性多孔体、（Ｃ）ラスカット処理された部分の拡大図である。 マニホールド周辺におけるブラケットへのインサート部分まで多孔質材料である導電性多孔体の一例を示す平面図である。 図１６のXVII-XVII線における導電性多孔体の断面図である。 マニホールド周辺におけるブラケットへのインサート部分まで多孔質材料である互い違い構造の導電性多孔体の一例を示す平面図である。 ガスケット中におけるバックアップ部材が電解質膜のみである様子を示す断面図である。 図１８のXX-XX線における断面図である。 図２０におけるインサート材料がセル厚み方向中央に位置するよう導電性多孔体を加工した場合の構造例を示す断面図である。 導電性多孔体が電解質膜にダメージを与え、電気的な短絡を生じる場合の様子を示す断面図である。

符号の説明

１…燃料電池、２…セル（燃料電池セル）、１１…ＭＥＧＡ（膜−電極接合体）、１２…セパレータ、１３…セパレータ、２１…電解質膜、２４…アノード側導電性多孔体、２５…カソード側導電性多孔体、２５ｄ…（導電性多孔体の）凹部、２５ｅ…（導電性多孔体の）外周寄り部分（凹部が形成された導電性多孔体の外周付近）

Claims (10)

1. 膜−電極接合体と、該膜−電極接合体の一方側に設けられたアノード側導電性ラスカットメタルおよび他方側に設けられたカソード側導電性ラスカットメタルと、前記膜−電極接合体、アノード側導電性ラスカットメタルおよびカソード側導電性ラスカットメタルを挟持するセパレータと、を有する燃料電池において、
   前記アノード側導電性ラスカットメタルおよびカソード側導電性ラスカットメタルの一方に四方に壁部を有する形状の凹部が形成され、該凹部に前記膜−電極接合体の厚み方向の一部が収容されていることを特徴とする燃料電池。
2. 前記アノード側導電性ラスカットメタルおよびカソード側導電性ラスカットメタルの一方に凹部が形成され、他方は平面状である請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記平面状である導電性ラスカットメタルが前記膜−電極接合体よりも小さく形成されている請求項２に記載の燃料電池。
4. 前記膜−電極接合体は、電解質膜と、この電解質膜よりも外周が小さく該電解質膜の外周内に収まる電極とが積層されてなり、
   前記平面状の導電性ラスカットメタルは、前記電極よりも外周が小さく当該電極の外周内に収まる形状に形成されている
   請求項３に記載の燃料電池。
5. 前記膜−電極接合体、アノード側導電性ラスカットメタル、カソード側導電性ラスカットメタルおよびセパレータを有する燃料電池セルが複数積層された構造の燃料電池であって、
   発電用の反応ガスを各燃料電池セルに供給しまたは各燃料電池セルから排出するためのマニホールドを備えるとともに、
   前記凹部が形成された前記導電性ラスカットメタルの外周付近は、前記電解質膜の平面方向に延長して前記マニホールドの付近まで延びる形状となっている請求項４に記載の燃料電池。
6. 前記導電性ラスカットメタルのうち前記凹部以外の部分の少なくとも一部の金属密度が前記凹部が形成された部分よりも高い請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料電池。
7. 前記導電性ラスカットメタルのうち前記凹部以外の部分の少なくとも一部が加圧されて潰されることによって金属密度が高められている請求項６に記載の燃料電池。
8. 発電用の反応ガスを各燃料電池セルに供給しまたは各燃料電池セルから排出するためのマニホールドを備えるとともに、前記導電性ラスカットメタルのうち前記マニホールドの周辺に該当する部分が、前記燃料電池セルの積層方向に関して当該燃料電池セルの厚みの略中央に形成されている請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料電池。
9. 膜−電極接合体と、該膜−電極接合体の一方側に設けられたアノード側導電性ラスカットメタルおよび他方側に設けられたカソード側導電性ラスカットメタルと、前記膜−電極接合体、アノード側導電性ラスカットメタルおよびカソード側導電性ラスカットメタルを挟持するセパレータと、を有する燃料電池における前記アノード側導電性ラスカットメタルおよびカソード側導電性ラスカットメタルの一方に四方に壁部を有する形状の凹部を形成しておき、
   該凹部に前記膜−電極接合体の厚み方向の一部を収容した状態とすることを特徴とする燃料電池における膜−電極接合体の位置合わせ方法。
10. 請求項９に記載の膜−電極接合体の位置合わせ方法を用いた燃料電池の製造方法。

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