燃料電池およびその製造方法
【課題】確実に端子をセパレータに保持することができるとともに、容易に製造することができ、低コスト化を図ることができる燃料電池およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】膜・電極接合体２と、膜・電極接合体２を挟むように対向配置される一対の第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂと、各セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子５とを備え、第２セパレータ３ｂの、第１セパレータ３ａと対向する対向面には、対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝６が形成されており、検出端子５が、対向方向に弾性変形した状態で挿入溝６に挿入されている燃料電池１を、膜・電極接合体２、各セパレータおよび検出端子５を用意し、膜・電極接合体２を挟むように各セパレータを対向させ、各セパレータの挿入溝６に、前記検出端子５を挿入し、各セパレータを締結させることにより、製造する。
【解決手段】膜・電極接合体２と、膜・電極接合体２を挟むように対向配置される一対の第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂと、各セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子５とを備え、第２セパレータ３ｂの、第１セパレータ３ａと対向する対向面には、対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝６が形成されており、検出端子５が、対向方向に弾性変形した状態で挿入溝６に挿入されている燃料電池１を、膜・電極接合体２、各セパレータおよび検出端子５を用意し、膜・電極接合体２を挟むように各セパレータを対向させ、各セパレータの挿入溝６に、前記検出端子５を挿入し、各セパレータを締結させることにより、製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池およびその製造方法、詳しくは、固体高分子形の燃料電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子形の燃料電池としては、燃料として水素などのガスを使用する燃料電池や、燃料としてメタノール、ジメチルエーテルまたはヒドラジンなどの液体を使用する燃料電池が知られている。
【０００３】
固体高分子形の燃料電池では、一般的には、高分子電解質膜からなる電解質層、その電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極を備える膜・電極接合体（ＭＥＡ）と、燃料側電極および酸素側電極の外側にそれぞれ配置されるガス拡散層（ＧＤＬ）と、燃料側電極にガス拡散層を挟んで対向配置される燃料側セパレータと、酸素側電極にガス拡散層を挟んで対向配置される酸素側セパレータとを備える単位セルが、複数スタックされている。
【０００４】
そして、このような燃料電池では、各単位セルそれぞれが正常に機能することが要求されており、例えば、特定の単位セルに異常が生じ、その発電電圧が低下する場合に、発電を継続すると、燃料電池全体として多大な損傷を生じる場合がある。
【０００５】
そのため、各単位セルを数セル毎に、または、単位セルの全てにおいて、電圧や電流などを計測して、単位セルの異常を検知することが要求されている。
【０００６】
このような方法としては、例えば、セパレータに穴を設け、その穴に検査用の端子を挿入し、単位セルの電圧などを検査することにより、単位セルの異常を検知する方法が、知られている。
【０００７】
具体的には、例えば、燃料電池のセパレータに形成された端子取付穴（凹部）と、セパレータから電圧を検出するために端子取付穴に挿入されるセル電圧検出端子とを備え、端子取付穴には、その内壁に凸部（顎部）を突出させることによって、入口部よりも狭い狭小部を形成し、一方、セル電圧検出端子には、弾性変形時に狭小部を越えることが可能なかえし部を設けて、そのかえし部が狭小部を越えた後に弾性変形し、凸部と噛み合い抜け止めされるように形成された、燃料電池用セル電圧検出端子装置が、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２５６９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池用セル電圧検出端子装置は、セパレータに形成される端子取付穴が、凸部および狭小部を備える複雑な形状であり、さらに、セル電圧検出端子もまた、端子取付穴に適合する複雑な形状であるため、それらの加工が困難であり、コストがかかるという不具合がある。
【００１０】
さらに、このような燃料電池用セル電圧検出端子装置では、端子取付穴およびセル電圧検出端子の公差によって、それらを確実に嵌合させることができず、振動などによっては、端子がセパレータから脱落する場合があり、脱落を防止するために嵌合力を上げると、端子の挿入力が上がり、組付性が悪化する。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、確実に端子をセパレータに保持することができるとともに、容易に製造することができ、低コスト化を図ることができる燃料電池およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、膜・電極接合体と、前記膜・電極接合体を挟むように対向配置される一対のセパレータと、前記セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子とを備え、少なくとも一方の前記セパレータの、他方の前記セパレータと対向する対向面には、前記対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝が形成されており、前記検出端子が、前記対向方向に弾性変形した状態で前記挿入溝に挿入されていることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の燃料電池の製造方法は、膜・電極接合体と、前記膜・電極接合体を挟むように対向配置される一対のセパレータと、前記セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子とを備え、少なくとも一方の前記セパレータの、他方の前記セパレータと対向する対向面には、前記対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝が形成されており、前記検出端子が、前記対向方向に弾性変形した状態で前記挿入溝に挿入されている燃料電池の製造方法であって、前記膜・電極接合体、前記セパレータおよび前記検出端子を用意する工程と、前記膜・電極接合体を挟むように前記セパレータを対向させる工程と、前記セパレータの前記挿入溝に、前記検出端子を挿入する工程と、一対の前記セパレータを締結させる工程とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池およびその製造方法では、一対のセパレータの対向面に挿入溝が形成され、また、その対向方向に弾性変形可能な検出端子が、互いに対向するセパレータ間において、弾性変形した状態で挿入溝に挿入されているので、検出端子を確実にセパレータ間に保持することができる。
【００１５】
さらに、本発明の燃料電池およびその製造方法では、セパレータに挿入溝を形成するという簡易な構成によって、検出端子をセパレータ間に保持することができるので、燃料電池を容易に製造することができ、また、複数の検出端子を短時間で効率的に取り付けることができ、これにより、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す燃料電池における単位セルの拡大断面図である。
【図３】図１に示す燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図であって、（ａ）は、膜・電極接合体、燃料側セパレータ、空気側セパレータおよび検出端子を用意する工程、（ｂ）は、膜・電極接合体を挟むように、燃料側セパレータおよび空気側セパレータを対向させる工程を示す。
【図４】図３に続いて、図１に示す燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図であって、（ｃ）は、空気側セパレータの挿入溝に、検出端子を挿入する工程、（ｄ）は、燃料側セパレータと空気側セパレータとを締結させる工程を示す。
【図５】本発明の燃料電池の他の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図６】本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態（かえし部を備える形態）を示す概略図である。
【図７】本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態（対向方向に沿う角部が互い違いに複数形成される形態）を示す概略図である。
【図８】本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態（先部が側面視略Ｃ字状に形成される形態）を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．燃料電池
（１−１）燃料電池の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す概略構成図、図２は、図１に示す燃料電池における単位セルの拡大断面図である。
【００１８】
図１および図２において、燃料電池１は、例えば、気体または液体の燃料成分が供給される固体高分子形の燃料電池である。燃料電池１には、発電のために燃料成分が供給されるとともに、空気（酸素）が供給される。また、燃料電池１には、燃料成分および空気を冷却するための冷却水が供給される。
【００１９】
燃料電池１に供給される燃料成分としては、例えば、水素などの気体（ガス）、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン（水加ヒドラジン、無水ヒドラジンなどを含む）などの液体などが挙げられる。
【００２０】
燃料電池１は、膜・電極接合体２と、膜・電極接合体２を挟むように対向配置される一対のセパレータ３（以下、一対のセパレータ３を区別する場合は、便宜上、第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂとする。）とを備える単位セル１０が複数積層された燃料電池スタックとして形成されている。
【００２１】
具体的には、単位セル１０は、膜・電極接合体２、膜・電極接合体２の一方側（アノード側）に積層されるアノード側ＧＤＬ一体型シール８、アノード側ＧＤＬ一体型シール８における膜・電極接合体２の他方側に積層される第１セパレータ３ａ、膜・電極接合体２の他方側（カソード側）に積層されるカソード側ＧＤＬ一体型シール９およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９における膜・電極接合体２の他方側に積層される第２セパレータ３ｂを備えている。
【００２２】
また、図１では、複数の単位セル１０のうち１つだけを取り出して分解して表し、その他の単位セル１０については積層状態を示している。
【００２３】
膜・電極接合体２は、公知の構成でよく、詳しくは図示しないが、電解質層（図示せず）、電解質層（図示せず）の厚み方向一方側の表面に積層される燃料側電極としてのアノード電極（図示せず）、および、電解質層（図示せず）の厚み方向他方側の表面に積層される酸素側電極としてのカソード電極（図示せず）を備えている。
【００２４】
電解質層（図示せず）は、アニオン交換型またはカチオン交換型などの高分子電解質膜から形成されている。電解質層（図示せず）の膜厚は、例えば、１０〜１００μｍである。
【００２５】
アノード電極（図示せず）は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。また、触媒担体を用いずに、触媒を、直接、アノード電極（図示せず）として形成することもできる。アノード電極（図示せず）の厚みは、例えば、１０〜２００μｍ、好ましくは、２０〜１００μｍである。
【００２６】
カソード電極（図示せず）は、例えば、アノード電極（図示せず）と同様に、触媒を担持した触媒担体により形成されている。カソード電極（図示せず）の厚みは、例えば、１０〜３００μｍ、好ましくは、２０〜１５０μｍである。
【００２７】
アノード側ＧＤＬ一体型シール８は、アノード側拡散層１１およびアノード側シール部１２を一体的に備えている。
【００２８】
アノード側拡散層１１は、例えば、カーボンペーパーあるいはカーボンクロスなどが、必要によりフッ素処理されている硬質のガス透過性材料から、略矩形平板形状に形成されている。なお、アノード側拡散層１１は、集電体としても作用する。
【００２９】
アノード側拡散層１１の厚みは、例えば、５０〜５００μｍ、好ましくは、１００〜３００μｍである。
【００３０】
アノード側シール部１２は、アノード側拡散層１１の積層方向と直交する方向の周端部に接合されるとともに、その周端部の両側方（セパレータ３の長手方向両側方）において、後述する第１セパレータ３ａに形成された６つの開口部２０をそれぞれ取り囲むように、格子形状に形成されている。
【００３１】
アノード側シール部１２は、例えば、ゴムなどの弾性を有する材料から形成されており、アノード側拡散層１１よりも積層方向に厚くなるように、アノード側拡散層１１の積層方向両側に膨出している。
【００３２】
アノード側シール部１２の厚みは、例えば、１００〜１０００μｍ、好ましくは、２００〜７００μｍである。
【００３３】
カソード側ＧＤＬ一体型シール９は、カソード側拡散層１５およびカソード側シール部１６を一体的に備えている。
【００３４】
カソード側拡散層１５は、例えば、アノード側拡散層１１として例示した、硬質のガス透過性材料から、略矩形平板形状に形成されている。なお、アノード側拡散層１１と同様に、カソード側拡散層１５も、集電体としても作用する。カソード側拡散層１５の厚みは、例えば、５０〜５００μｍ、好ましくは、１５０〜３５０μｍである。
【００３５】
カソード側シール部１６は、カソード側拡散層１５の積層方向と直交する方向の周端部に接合されるとともに、その周端部の長手方向両側方において、後述する第２セパレータ３ｂに形成された６つの開口部２０をそれぞれ取り囲むように、格子形状に形成されている。
【００３６】
カソード側シール部１６は、例えば、ゴムなどの弾性を有する材料から形成されており、カソード側拡散層１５よりも積層方向に厚くなるように、カソード側拡散層１５の積層方向両側に膨出している。カソード側シール部１６の厚みは、例えば、１００〜１０００μｍ、好ましくは、２５０〜７５０μｍである。
【００３７】
一対のセパレータ３（第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂ）は、ガス不透過性の導電性部材からなり、燃料供給部材および空気供給部材としても兼用される。
【００３８】
このようなセパレータ３の表面および裏面の両面には、その表面および裏面から凹む複数の流路溝１９が並列に形成されている。
【００３９】
流路溝１９は、詳しくは後述するが、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８、カソード側ＧＤＬ一体型シール９およびセパレータ３を積層したときに、流路溝１９とアノード側拡散層１１の表面との間に、燃料供給路（図示せず）を形成するとともに、流路溝１９とカソード側拡散層１５の表面との間に、空気供給路（図示せず）を形成する。
【００４０】
つまり、各セパレータ３は、一方面に燃料供給路（図示せず）が形成され、他方面に空気供給路（図示せず）が形成される。そして、詳しくは後述するが、燃料供給路（図示せず）が、アノード側拡散層１１を介して、アノード電極（図示せず）に液体燃料を供給するとともに、空気供給路（図示せず）が、カソード側拡散層１５を介して、カソード電極（図示せず）に空気を供給する。
【００４１】
また、図１に示すように、セパレータ３には、単位セル１０が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、燃料電池１をその積層方向に貫通する６つの開口部２０が形成されている。６つの開口部２０は、流路溝１９の両側方（セパレータ３の長手方向両側方）に形成されており、図示しない燃料供給路への燃料の供給または排出、図示しない空気供給路への空気の供給または排出、および図示しない水供給路への冷却水の供給または排出のためにそれぞれ使用される。
【００４２】
また、図１および図２に示すように、少なくとも一方のセパレータ３（図１および図２では、第１セパレータ３ａ）の、他方のセパレータ３（図１および図２では、第２セパレータ３ｂ）と対向する対向面（すなわち、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとが、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９が介在せずに直接面する対向面、具体的には、第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂの長手方向一端部）には、その対向方向と直交する方向の端面、具体的には、セパレータ３の長手方向一方側の端面に臨む挿入溝６が形成されている。
【００４３】
挿入溝６は、第１セパレータ３ａの表面、具体的には、第２セパレータ３ｂに対向する対向面から、第１セパレータ３ａの厚み方向途中まで切り欠かれる側面視略Ｌ字状（図２参照）の切欠部として形成されている。
【００４４】
このような挿入溝６は、開口部２０よりも周方向外側、より具体的には、図２に示すように、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８、カソード側ＧＤＬ一体型シール９およびセパレータ３を積層したときに、アノード側シール部１２およびカソード側シール部１６よりも周方向外側になるように、形成されている。
【００４５】
また、挿入溝６は、一対のセパレータ３を対向させたときに凹部７（後述）と対向するように、より具体的には、一対のセパレータ３の対向方向に投影したときに、その投影面が凹部７（後述）の投影面を内包するように、形成される。
【００４６】
また、挿入溝６は、図１に示されるように、単位セル１０が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、積層方向に対して互いにずれるように、すなわち、各単位セル１０における挿入溝６が、第１セパレータ３ａの長手方向と面方向において直交する幅方向にずれるように、順次形成されている。
【００４７】
これに対して、第２セパレータ３ｂには、第１セパレータ３ａと対向する対向面において、凹部７が形成されている（図１の破線参照）。
【００４８】
凹部７は、第２セパレータ３ｂの表面、具体的には、第１セパレータ３ａに対向する対向面から、第２セパレータ３ｂの厚み方向途中まで陥没する側面視略コ字状（図２参照）の窪みとして、一対のセパレータ３の対向方向に直交する方向の端面、具体的には、セパレータ３の長手方向一方側の端面に臨まないように、形成されている。
【００４９】
このような凹部７は、開口部２０よりも周方向外側、より具体的には、図２に示すように、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８、カソード側ＧＤＬ一体型シール９およびセパレータ３を積層したときに、アノード側シール部１２およびカソード側シール部１６よりも周方向外側になるように、形成されている。
【００５０】
また、凹部７は、一対のセパレータ３を対向させたときに挿入溝６と対向するように、より具体的には一対のセパレータ３の対向方向に投影したときに、その投影面が挿入溝６の投影面内に収まるように、形成される。
【００５１】
また、凹部７は、図１に示されるように、単位セル１０が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、積層方向に対して互いにずれるように、すなわち、各単位セル１０における凹部７が、第２セパレータ３ｂの幅方向にずれるように、順次形成されている。
【００５２】
また、単位セル１０は、さらに、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの対向方向に弾性変形可能な検出端子５を備えている。
【００５３】
検出端子５は、図１において仮想線で示すように、セパレータ３の面方向に沿って延びる平帯形状に形成されている。また、検出端子５は、図２に示すように、その先部が第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの対向方向に沿って、側面視略く字形状に屈曲され、これにより、角部２１が形成されている。また、検出端子５の角部２１よりも先側においては、再度、上記面方向に沿って延びるように、形成されている。
【００５４】
このような検出端子５は、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの対向方向に弾性変形した状態で、挿入溝６に挿入されている。これにより、検出端子５の先端部と第２セパレータ３ｂとが接触するとともに、挿入溝６に対向する凹部７内において、角部２１と第１セパレータ３ａとが接触している。
（１−２）燃料電池の製造方法
図３は、図１に示す燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図、図４は、図３に続いて、図１に示す燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【００５５】
次に、本実施形態の燃料電池の製造方法について、図３および図４に基づいて説明する。
【００５６】
この方法では、詳しくは図示しないが、まず、電解質層（図示せず）と、電解質層（図示せず）を挟むように積層されるアノード電極（図示せず）およびカソード電極（図示せず）とを備える膜・電極接合体２を作製し、図３（ａ）に示すように、膜・電極接合体２と、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９と、一対のセパレータ３（第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂ）と、検出端子５とを用意する。
【００５７】
次いで、この方法では、図３（ｂ）に示すように、膜・電極接合体２に接触するように、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を積層するとともに、それら膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を挟むように、一対のセパレータ３（第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂ）を対向させる。
【００５８】
具体的には、まず、膜・電極接合体２の両側に、アノード側ＧＤＬ一体型シール８がアノード電極（図示せず）の表面を被覆し、カソード側ＧＤＬ一体型シール９がカソード電極（図示せず）の表面を被覆するように、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を配置する。
【００５９】
その後、第１セパレータ３ａの流路溝１９がアノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側拡散層１１に対向するように、また、第２セパレータ３ｂの流路溝１９がカソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側拡散層１５に対向接触するように、一対のセパレータ３を配置する。
【００６０】
これにより、第１セパレータ３ａとアノード側拡散層１１とが接触し、流路溝１９とアノード側拡散層１１の表面との間に、アノード電極（図示せず）全体に燃料成分を接触させるための燃料供給路（図示せず）が形成される。
【００６１】
また、第２セパレータ３ｂとカソード側拡散層１５とが接触し、流路溝１９とカソード側拡散層１５の表面との間に、カソード電極（図示せず）全体に空気を接触させるための空気供給路（図示せず）が形成される。
【００６２】
次いで、この方法では、図４（ｃ）に示すように、第２セパレータ３ｂの挿入溝６に、検出端子５を挿入する。
【００６３】
なお、詳しくは後述するが、このとき、一対のセパレータ３が後述するように締結されていないので、セパレータ３には比較的広い間隙が形成されており、そのため、検出端子５を挿入溝６に容易に挿入することができる。また、検出端子５は、弾性変形せずに、その形状が保持されている。
【００６４】
次いで、この方法では、図４（ｄ）に示すように、一対のセパレータ３を、それらの対向方向に加圧し、それらを締結させる。
【００６５】
このとき、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間において、アノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側シール部１２、および、カソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側シール部１６が、積層方向に圧縮され、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとが近接する。
【００６６】
これにより、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの押圧により、検出端子５を、挿入溝６に挿入されている状態において、セパレータ３の対向方向に弾性変形させる。そして、検出端子５の先端部と第２セパレータ３ｂとを接触させるとともに、角部２１を凹部７に係止させ、その凹部７内において、角部２１と第１セパレータ３ａとを接触させる。
【００６７】
これにより、単位セル１０を得ることができる。
【００６８】
そして、この方法では、単位セル１０を複数スタックすることにより、図１に示す燃料電池１を製造することができる。単位セル１０をスタックする方法は、特に制限されず、公知の手法に準拠できる。
２．作用効果
このような燃料電池１およびその製造方法では、一対のセパレータ３（第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂ）の対向面に挿入溝６が形成され、また、その対向方向に弾性変形可能な検出端子５が、互いに対向する第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂ間において、弾性変形した状態で挿入溝６に挿入されているので、検出端子５を確実に第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂの間に保持することができる。
【００６９】
また、このような燃料電池１およびその製造方法では、第１セパレータ３ａに挿入溝６を形成するという簡易な構成によって、検出端子５を第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂの間に保持することができるので、燃料電池１を容易に製造することができるとともに、複数の検出端子５を短時間で効率的に取り付けることができ、低コスト化を図ることができる。
【００７０】
また、このような燃料電池１およびその製造方法では、挿入溝６に、検出端子５を挿入するときには、セパレータ３が締結されていないので、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間には、アノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側シール部１２、および、カソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側シール部１６によって、比較的広い間隙が形成されている。そのため、検出端子５を挿入溝６に容易に挿入することができる。
【００７１】
そして、このような燃料電池１およびその製造方法では、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとを締結させるときに、アノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側シール部１２、および、カソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側シール部１６を圧縮し、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとを、互いに近接させる。
【００７２】
これにより、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間隙を狭くすることができるので、検出端子５の、挿入溝６からの脱落を抑制することができる。
【００７３】
また、このような燃料電池１およびその製造方法では、検出端子５は、側面視略く字形状に屈曲され、角部２１が形成されているので、上記したように第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとを締結させるときに、角部２１を凹部７に係止させることができ、検出端子５の、挿入溝６からの脱落を、より一層抑制することができる。
【００７４】
さらに、このような燃料電池１およびその製造方法では、検出端子５の露出面が少ないので、検出端子５間における短絡を抑制することができる。
【００７５】
加えて、このような燃料電池１では、単位セル１０が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、挿入溝６および凹部７が、積層方向において互いにずれるように配置されるので、その挿入溝６に挿入される検出端子５もまた、積層方向において互いにずれるように、配置される。
【００７６】
そのため、各検出端子５が積層方向において互いに重複するように配置される場合に比べ、各検出端子５間における短絡を防止することができる。
【００７７】
そして、このような燃料電池１では、検出端子５によって、例えば、各単位セル１０における発電電圧や、電流、発電電力などを検出し、例えば、図示しないＣＰＵなどによって、単位セル１０の不良を判断する。
【００７８】
通常、単位セル１０が積層されて得られる燃料電池１では、各単位セル１０それぞれが正常に機能することが要求されており、例えば、特定の単位セル１０に異常が生じ、その発電電圧が低下する場合に、発電を継続すると、燃料電池１全体として多大な損傷を生じる場合がある。
【００７９】
一方、このような燃料電池１によって、各単位セル１０を数セル毎に、または、各単位セル１０の全てにおいて、電圧などを計測して、単位セル１０の異常を検知することにより、不良な単位セル１０を特定することができる。その結果、燃料電池１の損傷を抑制することができる。
【００８０】
なお、上記した説明では、挿入溝６を第１セパレータ３ａに形成するとともに、凹部７を第２セパレータ３ｂに形成したが、挿入溝６は、少なくとも一方のセパレータに形成されていれば、特に制限されず、例えば、第２セパレータ３ｂに形成することができる。なお、そのような場合には、凹部７を第１セパレータ３ａに形成することができる。
【００８１】
さらには、凹部７を、第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂのいずれにも形成せずともよく、また、挿入溝６を、第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂの両方に形成することもできる。
【００８２】
また、上記した説明では、挿入溝６を、アノード側シール部１２およびカソード側シール部１６よりも周方向外側になるように形成したが、挿入溝６の形成位置は、セパレータの対向方向と直交する方向の端面に臨むように形成されていれば、特に制限されず、図示しないが、カソード側シール部１６よりも周方向内側となるように、形成することもできる。
【００８３】
また、上記した説明では、挿入溝６を、第１セパレータ３ａの長手方向一方側の端面に臨むように形成したが、図１において仮想線で示すように、例えば、第１セパレータ３ａの幅方向一方側の端面に臨むように形成することもできる。このような場合において、凹部７を形成する場合には、その凹部７もまた、第２セパレータ３ｂの幅方向一方側に形成することができる。
【００８４】
図５は、本発明の燃料電池の他の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【００８５】
また、上記した説明では、挿入溝６を、側面視略Ｌ字状の切欠部として形成したが、挿入溝の形状としては、特に限定されず、例えば、図５に示すように、挿入溝６を、セパレータ３の対向方向と直交する方向における端面、具体的には、セパレータ３の長手方向一方側の端面に臨むとともに、その長手方向一方側において凸部２３を有する側面視略Ｌ字状の切欠部として、形成することができる。
【００８６】
このような実施形態では、第１セパレータ３ａには、挿入溝６および凹部７が形成されておらず、第２セパレータ３ｂのみに、挿入溝６が形成されている。
【００８７】
そして、挿入溝６は、側面視略Ｌ字状の切欠部として形成されるとともに、第２セパレータ３ｂの長手方向一方側端部において、凸部２３を備えている。
【００８８】
凸部２３は、側面視略Ｌ字状の切り欠きの高さよりも低く形成されており、これにより、挿入溝６が、セパレータ３の対向方向と直交する方向における長手方向一方側の端面に臨んでいる。
【００８９】
このような実施形態においても、上記と同様、挿入溝６に、検出端子５を挿入するときには、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとが締結されていないので、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間には、アノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側シール部１２、および、カソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側シール部１６によって、比較的広い間隙が形成されている。そのため、検出端子５を挿入溝６に容易に挿入することができる。
【００９０】
また、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとを締結させるときには、アノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側シール部１２、および、カソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側シール部１６が
圧縮され、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとが、互いに近接し、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間隙が、比較的狭くなるので、挿入溝６に挿入された検出端子５の、挿入溝６からの脱落を抑制できる。
【００９１】
図６は、本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態（かえし部を備える形態）を示す概略図、図７は、本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態（対向方向に沿う角部が互い違いに複数形成される形態）を示す概略図、図８は、本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態（先部が側面視略Ｃ字状に形成される形態）を示す概略図である。
【００９２】
上記した説明では、検出端子５を、第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂの面方向に沿って延びる平帯形状に形成するとともに、先部を第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの対向方向に沿って、側面視略く字形状に屈曲し、角部２１を形成するとともに、さらに、その先側において、上記面方向に沿って延びるように形成したが、検出端子５の形状としては、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの対向方向に弾性変形可能であれば、特に制限されず、例えば、図６に示すように、角部２１の先側において、さらに、上記対向方向に沿って折れるかえし部２２を形成することができ、また、例えば、図７に示すように、対向方向に沿って側面視略く字形状に屈曲する角部２１を互い違いに複数（例えば、２つ）形成することができ、また、図８に示されるように、先部を側面視略Ｃ字状に形成することもでき、さらには、図示しないが、側面視略く字形状に屈曲する角部２１を、複数、同一方向に向かって形成することができ、加えて、図示しないが、検出端子５を、塊状の導電性ゴムなどを用いて形成することもできる。
【００９３】
このような実施形態においても、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間において、検出端子が弾性変形した状態で挿入溝６に挿入されているので、検出端子５を挿入溝６内において係止させ、確実に第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間に保持することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１ 燃料電池
２ 膜・電極接合体
３ 燃料側セパレータ
４ 空気側セパレータ
５ 検出端子
６ 挿入溝
７ 凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池およびその製造方法、詳しくは、固体高分子形の燃料電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子形の燃料電池としては、燃料として水素などのガスを使用する燃料電池や、燃料としてメタノール、ジメチルエーテルまたはヒドラジンなどの液体を使用する燃料電池が知られている。
【０００３】
固体高分子形の燃料電池では、一般的には、高分子電解質膜からなる電解質層、その電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極を備える膜・電極接合体（ＭＥＡ）と、燃料側電極および酸素側電極の外側にそれぞれ配置されるガス拡散層（ＧＤＬ）と、燃料側電極にガス拡散層を挟んで対向配置される燃料側セパレータと、酸素側電極にガス拡散層を挟んで対向配置される酸素側セパレータとを備える単位セルが、複数スタックされている。
【０００４】
そして、このような燃料電池では、各単位セルそれぞれが正常に機能することが要求されており、例えば、特定の単位セルに異常が生じ、その発電電圧が低下する場合に、発電を継続すると、燃料電池全体として多大な損傷を生じる場合がある。
【０００５】
そのため、各単位セルを数セル毎に、または、単位セルの全てにおいて、電圧や電流などを計測して、単位セルの異常を検知することが要求されている。
【０００６】
このような方法としては、例えば、セパレータに穴を設け、その穴に検査用の端子を挿入し、単位セルの電圧などを検査することにより、単位セルの異常を検知する方法が、知られている。
【０００７】
具体的には、例えば、燃料電池のセパレータに形成された端子取付穴（凹部）と、セパレータから電圧を検出するために端子取付穴に挿入されるセル電圧検出端子とを備え、端子取付穴には、その内壁に凸部（顎部）を突出させることによって、入口部よりも狭い狭小部を形成し、一方、セル電圧検出端子には、弾性変形時に狭小部を越えることが可能なかえし部を設けて、そのかえし部が狭小部を越えた後に弾性変形し、凸部と噛み合い抜け止めされるように形成された、燃料電池用セル電圧検出端子装置が、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２５６９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池用セル電圧検出端子装置は、セパレータに形成される端子取付穴が、凸部および狭小部を備える複雑な形状であり、さらに、セル電圧検出端子もまた、端子取付穴に適合する複雑な形状であるため、それらの加工が困難であり、コストがかかるという不具合がある。
【００１０】
さらに、このような燃料電池用セル電圧検出端子装置では、端子取付穴およびセル電圧検出端子の公差によって、それらを確実に嵌合させることができず、振動などによっては、端子がセパレータから脱落する場合があり、脱落を防止するために嵌合力を上げると、端子の挿入力が上がり、組付性が悪化する。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、確実に端子をセパレータに保持することができるとともに、容易に製造することができ、低コスト化を図ることができる燃料電池およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、膜・電極接合体と、前記膜・電極接合体を挟むように対向配置される一対のセパレータと、前記セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子とを備え、少なくとも一方の前記セパレータの、他方の前記セパレータと対向する対向面には、前記対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝が形成されており、前記検出端子が、前記対向方向に弾性変形した状態で前記挿入溝に挿入されていることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の燃料電池の製造方法は、膜・電極接合体と、前記膜・電極接合体を挟むように対向配置される一対のセパレータと、前記セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子とを備え、少なくとも一方の前記セパレータの、他方の前記セパレータと対向する対向面には、前記対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝が形成されており、前記検出端子が、前記対向方向に弾性変形した状態で前記挿入溝に挿入されている燃料電池の製造方法であって、前記膜・電極接合体、前記セパレータおよび前記検出端子を用意する工程と、前記膜・電極接合体を挟むように前記セパレータを対向させる工程と、前記セパレータの前記挿入溝に、前記検出端子を挿入する工程と、一対の前記セパレータを締結させる工程とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池およびその製造方法では、一対のセパレータの対向面に挿入溝が形成され、また、その対向方向に弾性変形可能な検出端子が、互いに対向するセパレータ間において、弾性変形した状態で挿入溝に挿入されているので、検出端子を確実にセパレータ間に保持することができる。
【００１５】
さらに、本発明の燃料電池およびその製造方法では、セパレータに挿入溝を形成するという簡易な構成によって、検出端子をセパレータ間に保持することができるので、燃料電池を容易に製造することができ、また、複数の検出端子を短時間で効率的に取り付けることができ、これにより、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す燃料電池における単位セルの拡大断面図である。
【図３】図１に示す燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図であって、（ａ）は、膜・電極接合体、燃料側セパレータ、空気側セパレータおよび検出端子を用意する工程、（ｂ）は、膜・電極接合体を挟むように、燃料側セパレータおよび空気側セパレータを対向させる工程を示す。
【図４】図３に続いて、図１に示す燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図であって、（ｃ）は、空気側セパレータの挿入溝に、検出端子を挿入する工程、（ｄ）は、燃料側セパレータと空気側セパレータとを締結させる工程を示す。
【図５】本発明の燃料電池の他の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図６】本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態（かえし部を備える形態）を示す概略図である。
【図７】本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態（対向方向に沿う角部が互い違いに複数形成される形態）を示す概略図である。
【図８】本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態（先部が側面視略Ｃ字状に形成される形態）を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．燃料電池
（１−１）燃料電池の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す概略構成図、図２は、図１に示す燃料電池における単位セルの拡大断面図である。
【００１８】
図１および図２において、燃料電池１は、例えば、気体または液体の燃料成分が供給される固体高分子形の燃料電池である。燃料電池１には、発電のために燃料成分が供給されるとともに、空気（酸素）が供給される。また、燃料電池１には、燃料成分および空気を冷却するための冷却水が供給される。
【００１９】
燃料電池１に供給される燃料成分としては、例えば、水素などの気体（ガス）、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン（水加ヒドラジン、無水ヒドラジンなどを含む）などの液体などが挙げられる。
【００２０】
燃料電池１は、膜・電極接合体２と、膜・電極接合体２を挟むように対向配置される一対のセパレータ３（以下、一対のセパレータ３を区別する場合は、便宜上、第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂとする。）とを備える単位セル１０が複数積層された燃料電池スタックとして形成されている。
【００２１】
具体的には、単位セル１０は、膜・電極接合体２、膜・電極接合体２の一方側（アノード側）に積層されるアノード側ＧＤＬ一体型シール８、アノード側ＧＤＬ一体型シール８における膜・電極接合体２の他方側に積層される第１セパレータ３ａ、膜・電極接合体２の他方側（カソード側）に積層されるカソード側ＧＤＬ一体型シール９およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９における膜・電極接合体２の他方側に積層される第２セパレータ３ｂを備えている。
【００２２】
また、図１では、複数の単位セル１０のうち１つだけを取り出して分解して表し、その他の単位セル１０については積層状態を示している。
【００２３】
膜・電極接合体２は、公知の構成でよく、詳しくは図示しないが、電解質層（図示せず）、電解質層（図示せず）の厚み方向一方側の表面に積層される燃料側電極としてのアノード電極（図示せず）、および、電解質層（図示せず）の厚み方向他方側の表面に積層される酸素側電極としてのカソード電極（図示せず）を備えている。
【００２４】
電解質層（図示せず）は、アニオン交換型またはカチオン交換型などの高分子電解質膜から形成されている。電解質層（図示せず）の膜厚は、例えば、１０〜１００μｍである。
【００２５】
アノード電極（図示せず）は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。また、触媒担体を用いずに、触媒を、直接、アノード電極（図示せず）として形成することもできる。アノード電極（図示せず）の厚みは、例えば、１０〜２００μｍ、好ましくは、２０〜１００μｍである。
【００２６】
カソード電極（図示せず）は、例えば、アノード電極（図示せず）と同様に、触媒を担持した触媒担体により形成されている。カソード電極（図示せず）の厚みは、例えば、１０〜３００μｍ、好ましくは、２０〜１５０μｍである。
【００２７】
アノード側ＧＤＬ一体型シール８は、アノード側拡散層１１およびアノード側シール部１２を一体的に備えている。
【００２８】
アノード側拡散層１１は、例えば、カーボンペーパーあるいはカーボンクロスなどが、必要によりフッ素処理されている硬質のガス透過性材料から、略矩形平板形状に形成されている。なお、アノード側拡散層１１は、集電体としても作用する。
【００２９】
アノード側拡散層１１の厚みは、例えば、５０〜５００μｍ、好ましくは、１００〜３００μｍである。
【００３０】
アノード側シール部１２は、アノード側拡散層１１の積層方向と直交する方向の周端部に接合されるとともに、その周端部の両側方（セパレータ３の長手方向両側方）において、後述する第１セパレータ３ａに形成された６つの開口部２０をそれぞれ取り囲むように、格子形状に形成されている。
【００３１】
アノード側シール部１２は、例えば、ゴムなどの弾性を有する材料から形成されており、アノード側拡散層１１よりも積層方向に厚くなるように、アノード側拡散層１１の積層方向両側に膨出している。
【００３２】
アノード側シール部１２の厚みは、例えば、１００〜１０００μｍ、好ましくは、２００〜７００μｍである。
【００３３】
カソード側ＧＤＬ一体型シール９は、カソード側拡散層１５およびカソード側シール部１６を一体的に備えている。
【００３４】
カソード側拡散層１５は、例えば、アノード側拡散層１１として例示した、硬質のガス透過性材料から、略矩形平板形状に形成されている。なお、アノード側拡散層１１と同様に、カソード側拡散層１５も、集電体としても作用する。カソード側拡散層１５の厚みは、例えば、５０〜５００μｍ、好ましくは、１５０〜３５０μｍである。
【００３５】
カソード側シール部１６は、カソード側拡散層１５の積層方向と直交する方向の周端部に接合されるとともに、その周端部の長手方向両側方において、後述する第２セパレータ３ｂに形成された６つの開口部２０をそれぞれ取り囲むように、格子形状に形成されている。
【００３６】
カソード側シール部１６は、例えば、ゴムなどの弾性を有する材料から形成されており、カソード側拡散層１５よりも積層方向に厚くなるように、カソード側拡散層１５の積層方向両側に膨出している。カソード側シール部１６の厚みは、例えば、１００〜１０００μｍ、好ましくは、２５０〜７５０μｍである。
【００３７】
一対のセパレータ３（第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂ）は、ガス不透過性の導電性部材からなり、燃料供給部材および空気供給部材としても兼用される。
【００３８】
このようなセパレータ３の表面および裏面の両面には、その表面および裏面から凹む複数の流路溝１９が並列に形成されている。
【００３９】
流路溝１９は、詳しくは後述するが、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８、カソード側ＧＤＬ一体型シール９およびセパレータ３を積層したときに、流路溝１９とアノード側拡散層１１の表面との間に、燃料供給路（図示せず）を形成するとともに、流路溝１９とカソード側拡散層１５の表面との間に、空気供給路（図示せず）を形成する。
【００４０】
つまり、各セパレータ３は、一方面に燃料供給路（図示せず）が形成され、他方面に空気供給路（図示せず）が形成される。そして、詳しくは後述するが、燃料供給路（図示せず）が、アノード側拡散層１１を介して、アノード電極（図示せず）に液体燃料を供給するとともに、空気供給路（図示せず）が、カソード側拡散層１５を介して、カソード電極（図示せず）に空気を供給する。
【００４１】
また、図１に示すように、セパレータ３には、単位セル１０が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、燃料電池１をその積層方向に貫通する６つの開口部２０が形成されている。６つの開口部２０は、流路溝１９の両側方（セパレータ３の長手方向両側方）に形成されており、図示しない燃料供給路への燃料の供給または排出、図示しない空気供給路への空気の供給または排出、および図示しない水供給路への冷却水の供給または排出のためにそれぞれ使用される。
【００４２】
また、図１および図２に示すように、少なくとも一方のセパレータ３（図１および図２では、第１セパレータ３ａ）の、他方のセパレータ３（図１および図２では、第２セパレータ３ｂ）と対向する対向面（すなわち、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとが、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９が介在せずに直接面する対向面、具体的には、第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂの長手方向一端部）には、その対向方向と直交する方向の端面、具体的には、セパレータ３の長手方向一方側の端面に臨む挿入溝６が形成されている。
【００４３】
挿入溝６は、第１セパレータ３ａの表面、具体的には、第２セパレータ３ｂに対向する対向面から、第１セパレータ３ａの厚み方向途中まで切り欠かれる側面視略Ｌ字状（図２参照）の切欠部として形成されている。
【００４４】
このような挿入溝６は、開口部２０よりも周方向外側、より具体的には、図２に示すように、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８、カソード側ＧＤＬ一体型シール９およびセパレータ３を積層したときに、アノード側シール部１２およびカソード側シール部１６よりも周方向外側になるように、形成されている。
【００４５】
また、挿入溝６は、一対のセパレータ３を対向させたときに凹部７（後述）と対向するように、より具体的には、一対のセパレータ３の対向方向に投影したときに、その投影面が凹部７（後述）の投影面を内包するように、形成される。
【００４６】
また、挿入溝６は、図１に示されるように、単位セル１０が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、積層方向に対して互いにずれるように、すなわち、各単位セル１０における挿入溝６が、第１セパレータ３ａの長手方向と面方向において直交する幅方向にずれるように、順次形成されている。
【００４７】
これに対して、第２セパレータ３ｂには、第１セパレータ３ａと対向する対向面において、凹部７が形成されている（図１の破線参照）。
【００４８】
凹部７は、第２セパレータ３ｂの表面、具体的には、第１セパレータ３ａに対向する対向面から、第２セパレータ３ｂの厚み方向途中まで陥没する側面視略コ字状（図２参照）の窪みとして、一対のセパレータ３の対向方向に直交する方向の端面、具体的には、セパレータ３の長手方向一方側の端面に臨まないように、形成されている。
【００４９】
このような凹部７は、開口部２０よりも周方向外側、より具体的には、図２に示すように、膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８、カソード側ＧＤＬ一体型シール９およびセパレータ３を積層したときに、アノード側シール部１２およびカソード側シール部１６よりも周方向外側になるように、形成されている。
【００５０】
また、凹部７は、一対のセパレータ３を対向させたときに挿入溝６と対向するように、より具体的には一対のセパレータ３の対向方向に投影したときに、その投影面が挿入溝６の投影面内に収まるように、形成される。
【００５１】
また、凹部７は、図１に示されるように、単位セル１０が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、積層方向に対して互いにずれるように、すなわち、各単位セル１０における凹部７が、第２セパレータ３ｂの幅方向にずれるように、順次形成されている。
【００５２】
また、単位セル１０は、さらに、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの対向方向に弾性変形可能な検出端子５を備えている。
【００５３】
検出端子５は、図１において仮想線で示すように、セパレータ３の面方向に沿って延びる平帯形状に形成されている。また、検出端子５は、図２に示すように、その先部が第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの対向方向に沿って、側面視略く字形状に屈曲され、これにより、角部２１が形成されている。また、検出端子５の角部２１よりも先側においては、再度、上記面方向に沿って延びるように、形成されている。
【００５４】
このような検出端子５は、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの対向方向に弾性変形した状態で、挿入溝６に挿入されている。これにより、検出端子５の先端部と第２セパレータ３ｂとが接触するとともに、挿入溝６に対向する凹部７内において、角部２１と第１セパレータ３ａとが接触している。
（１−２）燃料電池の製造方法
図３は、図１に示す燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図、図４は、図３に続いて、図１に示す燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【００５５】
次に、本実施形態の燃料電池の製造方法について、図３および図４に基づいて説明する。
【００５６】
この方法では、詳しくは図示しないが、まず、電解質層（図示せず）と、電解質層（図示せず）を挟むように積層されるアノード電極（図示せず）およびカソード電極（図示せず）とを備える膜・電極接合体２を作製し、図３（ａ）に示すように、膜・電極接合体２と、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９と、一対のセパレータ３（第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂ）と、検出端子５とを用意する。
【００５７】
次いで、この方法では、図３（ｂ）に示すように、膜・電極接合体２に接触するように、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を積層するとともに、それら膜・電極接合体２、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を挟むように、一対のセパレータ３（第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂ）を対向させる。
【００５８】
具体的には、まず、膜・電極接合体２の両側に、アノード側ＧＤＬ一体型シール８がアノード電極（図示せず）の表面を被覆し、カソード側ＧＤＬ一体型シール９がカソード電極（図示せず）の表面を被覆するように、アノード側ＧＤＬ一体型シール８およびカソード側ＧＤＬ一体型シール９を配置する。
【００５９】
その後、第１セパレータ３ａの流路溝１９がアノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側拡散層１１に対向するように、また、第２セパレータ３ｂの流路溝１９がカソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側拡散層１５に対向接触するように、一対のセパレータ３を配置する。
【００６０】
これにより、第１セパレータ３ａとアノード側拡散層１１とが接触し、流路溝１９とアノード側拡散層１１の表面との間に、アノード電極（図示せず）全体に燃料成分を接触させるための燃料供給路（図示せず）が形成される。
【００６１】
また、第２セパレータ３ｂとカソード側拡散層１５とが接触し、流路溝１９とカソード側拡散層１５の表面との間に、カソード電極（図示せず）全体に空気を接触させるための空気供給路（図示せず）が形成される。
【００６２】
次いで、この方法では、図４（ｃ）に示すように、第２セパレータ３ｂの挿入溝６に、検出端子５を挿入する。
【００６３】
なお、詳しくは後述するが、このとき、一対のセパレータ３が後述するように締結されていないので、セパレータ３には比較的広い間隙が形成されており、そのため、検出端子５を挿入溝６に容易に挿入することができる。また、検出端子５は、弾性変形せずに、その形状が保持されている。
【００６４】
次いで、この方法では、図４（ｄ）に示すように、一対のセパレータ３を、それらの対向方向に加圧し、それらを締結させる。
【００６５】
このとき、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間において、アノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側シール部１２、および、カソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側シール部１６が、積層方向に圧縮され、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとが近接する。
【００６６】
これにより、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの押圧により、検出端子５を、挿入溝６に挿入されている状態において、セパレータ３の対向方向に弾性変形させる。そして、検出端子５の先端部と第２セパレータ３ｂとを接触させるとともに、角部２１を凹部７に係止させ、その凹部７内において、角部２１と第１セパレータ３ａとを接触させる。
【００６７】
これにより、単位セル１０を得ることができる。
【００６８】
そして、この方法では、単位セル１０を複数スタックすることにより、図１に示す燃料電池１を製造することができる。単位セル１０をスタックする方法は、特に制限されず、公知の手法に準拠できる。
２．作用効果
このような燃料電池１およびその製造方法では、一対のセパレータ３（第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂ）の対向面に挿入溝６が形成され、また、その対向方向に弾性変形可能な検出端子５が、互いに対向する第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂ間において、弾性変形した状態で挿入溝６に挿入されているので、検出端子５を確実に第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂの間に保持することができる。
【００６９】
また、このような燃料電池１およびその製造方法では、第１セパレータ３ａに挿入溝６を形成するという簡易な構成によって、検出端子５を第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂの間に保持することができるので、燃料電池１を容易に製造することができるとともに、複数の検出端子５を短時間で効率的に取り付けることができ、低コスト化を図ることができる。
【００７０】
また、このような燃料電池１およびその製造方法では、挿入溝６に、検出端子５を挿入するときには、セパレータ３が締結されていないので、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間には、アノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側シール部１２、および、カソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側シール部１６によって、比較的広い間隙が形成されている。そのため、検出端子５を挿入溝６に容易に挿入することができる。
【００７１】
そして、このような燃料電池１およびその製造方法では、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとを締結させるときに、アノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側シール部１２、および、カソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側シール部１６を圧縮し、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとを、互いに近接させる。
【００７２】
これにより、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間隙を狭くすることができるので、検出端子５の、挿入溝６からの脱落を抑制することができる。
【００７３】
また、このような燃料電池１およびその製造方法では、検出端子５は、側面視略く字形状に屈曲され、角部２１が形成されているので、上記したように第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとを締結させるときに、角部２１を凹部７に係止させることができ、検出端子５の、挿入溝６からの脱落を、より一層抑制することができる。
【００７４】
さらに、このような燃料電池１およびその製造方法では、検出端子５の露出面が少ないので、検出端子５間における短絡を抑制することができる。
【００７５】
加えて、このような燃料電池１では、単位セル１０が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、挿入溝６および凹部７が、積層方向において互いにずれるように配置されるので、その挿入溝６に挿入される検出端子５もまた、積層方向において互いにずれるように、配置される。
【００７６】
そのため、各検出端子５が積層方向において互いに重複するように配置される場合に比べ、各検出端子５間における短絡を防止することができる。
【００７７】
そして、このような燃料電池１では、検出端子５によって、例えば、各単位セル１０における発電電圧や、電流、発電電力などを検出し、例えば、図示しないＣＰＵなどによって、単位セル１０の不良を判断する。
【００７８】
通常、単位セル１０が積層されて得られる燃料電池１では、各単位セル１０それぞれが正常に機能することが要求されており、例えば、特定の単位セル１０に異常が生じ、その発電電圧が低下する場合に、発電を継続すると、燃料電池１全体として多大な損傷を生じる場合がある。
【００７９】
一方、このような燃料電池１によって、各単位セル１０を数セル毎に、または、各単位セル１０の全てにおいて、電圧などを計測して、単位セル１０の異常を検知することにより、不良な単位セル１０を特定することができる。その結果、燃料電池１の損傷を抑制することができる。
【００８０】
なお、上記した説明では、挿入溝６を第１セパレータ３ａに形成するとともに、凹部７を第２セパレータ３ｂに形成したが、挿入溝６は、少なくとも一方のセパレータに形成されていれば、特に制限されず、例えば、第２セパレータ３ｂに形成することができる。なお、そのような場合には、凹部７を第１セパレータ３ａに形成することができる。
【００８１】
さらには、凹部７を、第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂのいずれにも形成せずともよく、また、挿入溝６を、第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂの両方に形成することもできる。
【００８２】
また、上記した説明では、挿入溝６を、アノード側シール部１２およびカソード側シール部１６よりも周方向外側になるように形成したが、挿入溝６の形成位置は、セパレータの対向方向と直交する方向の端面に臨むように形成されていれば、特に制限されず、図示しないが、カソード側シール部１６よりも周方向内側となるように、形成することもできる。
【００８３】
また、上記した説明では、挿入溝６を、第１セパレータ３ａの長手方向一方側の端面に臨むように形成したが、図１において仮想線で示すように、例えば、第１セパレータ３ａの幅方向一方側の端面に臨むように形成することもできる。このような場合において、凹部７を形成する場合には、その凹部７もまた、第２セパレータ３ｂの幅方向一方側に形成することができる。
【００８４】
図５は、本発明の燃料電池の他の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【００８５】
また、上記した説明では、挿入溝６を、側面視略Ｌ字状の切欠部として形成したが、挿入溝の形状としては、特に限定されず、例えば、図５に示すように、挿入溝６を、セパレータ３の対向方向と直交する方向における端面、具体的には、セパレータ３の長手方向一方側の端面に臨むとともに、その長手方向一方側において凸部２３を有する側面視略Ｌ字状の切欠部として、形成することができる。
【００８６】
このような実施形態では、第１セパレータ３ａには、挿入溝６および凹部７が形成されておらず、第２セパレータ３ｂのみに、挿入溝６が形成されている。
【００８７】
そして、挿入溝６は、側面視略Ｌ字状の切欠部として形成されるとともに、第２セパレータ３ｂの長手方向一方側端部において、凸部２３を備えている。
【００８８】
凸部２３は、側面視略Ｌ字状の切り欠きの高さよりも低く形成されており、これにより、挿入溝６が、セパレータ３の対向方向と直交する方向における長手方向一方側の端面に臨んでいる。
【００８９】
このような実施形態においても、上記と同様、挿入溝６に、検出端子５を挿入するときには、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとが締結されていないので、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間には、アノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側シール部１２、および、カソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側シール部１６によって、比較的広い間隙が形成されている。そのため、検出端子５を挿入溝６に容易に挿入することができる。
【００９０】
また、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとを締結させるときには、アノード側ＧＤＬ一体型シール８におけるアノード側シール部１２、および、カソード側ＧＤＬ一体型シール９におけるカソード側シール部１６が
圧縮され、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとが、互いに近接し、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間隙が、比較的狭くなるので、挿入溝６に挿入された検出端子５の、挿入溝６からの脱落を抑制できる。
【００９１】
図６は、本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態（かえし部を備える形態）を示す概略図、図７は、本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態（対向方向に沿う角部が互い違いに複数形成される形態）を示す概略図、図８は、本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態（先部が側面視略Ｃ字状に形成される形態）を示す概略図である。
【００９２】
上記した説明では、検出端子５を、第１セパレータ３ａおよび第２セパレータ３ｂの面方向に沿って延びる平帯形状に形成するとともに、先部を第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの対向方向に沿って、側面視略く字形状に屈曲し、角部２１を形成するとともに、さらに、その先側において、上記面方向に沿って延びるように形成したが、検出端子５の形状としては、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの対向方向に弾性変形可能であれば、特に制限されず、例えば、図６に示すように、角部２１の先側において、さらに、上記対向方向に沿って折れるかえし部２２を形成することができ、また、例えば、図７に示すように、対向方向に沿って側面視略く字形状に屈曲する角部２１を互い違いに複数（例えば、２つ）形成することができ、また、図８に示されるように、先部を側面視略Ｃ字状に形成することもでき、さらには、図示しないが、側面視略く字形状に屈曲する角部２１を、複数、同一方向に向かって形成することができ、加えて、図示しないが、検出端子５を、塊状の導電性ゴムなどを用いて形成することもできる。
【００９３】
このような実施形態においても、第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間において、検出端子が弾性変形した状態で挿入溝６に挿入されているので、検出端子５を挿入溝６内において係止させ、確実に第１セパレータ３ａと第２セパレータ３ｂとの間に保持することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１ 燃料電池
２ 膜・電極接合体
３ 燃料側セパレータ
４ 空気側セパレータ
５ 検出端子
６ 挿入溝
７ 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜・電極接合体と、
前記膜・電極接合体を挟むように対向配置される一対のセパレータと、
前記セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子と
を備え、
少なくとも一方の前記セパレータの、他方の前記セパレータと対向する対向面には、前記対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝が形成されており、
前記検出端子が、前記対向方向に弾性変形した状態で前記挿入溝に挿入されていることを特徴とする、燃料電池。
【請求項２】
膜・電極接合体と、
前記膜・電極接合体を挟むように対向配置される一対のセパレータと、
前記セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子と
を備え、
少なくとも一方の前記セパレータの、他方の前記セパレータと対向する対向面には、前記対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝が形成されており、
前記検出端子が、前記対向方向に弾性変形した状態で前記挿入溝に挿入されている燃料電池の製造方法であって、
前記膜・電極接合体、前記セパレータおよび前記検出端子を用意する工程と、
前記膜・電極接合体を挟むように前記セパレータを対向させる工程と、
前記セパレータの前記挿入溝に、前記検出端子を挿入する工程と、
一対の前記セパレータを締結させる工程と
を備えることを特徴とする、燃料電池の製造方法。
【請求項１】
膜・電極接合体と、
前記膜・電極接合体を挟むように対向配置される一対のセパレータと、
前記セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子と
を備え、
少なくとも一方の前記セパレータの、他方の前記セパレータと対向する対向面には、前記対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝が形成されており、
前記検出端子が、前記対向方向に弾性変形した状態で前記挿入溝に挿入されていることを特徴とする、燃料電池。
【請求項２】
膜・電極接合体と、
前記膜・電極接合体を挟むように対向配置される一対のセパレータと、
前記セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子と
を備え、
少なくとも一方の前記セパレータの、他方の前記セパレータと対向する対向面には、前記対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝が形成されており、
前記検出端子が、前記対向方向に弾性変形した状態で前記挿入溝に挿入されている燃料電池の製造方法であって、
前記膜・電極接合体、前記セパレータおよび前記検出端子を用意する工程と、
前記膜・電極接合体を挟むように前記セパレータを対向させる工程と、
前記セパレータの前記挿入溝に、前記検出端子を挿入する工程と、
一対の前記セパレータを締結させる工程と
を備えることを特徴とする、燃料電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−５１０３６（Ｐ２０１３−５１０３６Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８６７５８（Ｐ２０１１−１８６７５８）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
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