专利名称：燃料电池和燃料电池的制造方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池的密封技术。
背景技术：
燃料电池例如在电解质膜-电极接合体的两面形成气体扩散层并利用隔板夹持其两端而构成。在所述燃料电池中，为了对供电解质膜-电极接合体中的燃料电池反应的反应气体进行密封而开发了各种技术。例如，在下述专利文献I中，公开了如下结构的燃料电池在2个对置的隔板间的周缘部中，在2个隔板间设置密封构件，并使该密封构件与隔板嵌合。根据所述结构，能够抑制密封构件的尺寸的偏差引起的密封压的变化，能够提高密封性能。然而，在专利文献I的技术中，为了确保充分的密封性能，以利用比较高的紧固载荷将燃料电池沿着夹持方向紧固为前提。燃料电池的结构构件需要具有与紧固载荷对应的刚性，因此当紧固载荷增大时，会导致燃料电池的高成本化、大型化等。因此，在减少紧固载荷的方面还有改善的余地。在先技术文献
专利文献
专利文献I :日本特开2005-183221号公报
专利文献2:日本特开2008-235159号公报
专利文献3:日本特开2008-34383号公报
专利文献4:日本特开2003-17093号公报
专利文献5:日本特开2008-152943号公报
专利文献6:日本特表2008-525986号公报
专利文献7:日本特开2005-19057号公报
发明内容
根据上述的问题，本发明要解决的课题是减少燃料电池的紧固载荷。本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，能够作为以下的方式或适用例来实现。[适用例I]一种燃料电池，将至少具备电解质膜的发电体与隔板层叠而成，其中，具备密封部，该密封部中，沿所述层叠的方向突出而形成在所述发电体及所述隔板的一方的凸部与沿该层叠的方向凹陷而形成在所述发电体及所述隔板的另一方的凹部嵌合，在所述燃料电池的外周部，在所述发电体与所述隔板之间将供该燃料电池的电化学反应的反应气体密封，所述凸部及所述凹部的至少一方由因吸湿而膨胀的高分子材料形成。上述结构的燃料电池中，由于将反应气体密封的凹部和凸部的至少一方由因吸湿而膨胀的高分子材料形成，因此由于伴随着燃料电池的运转而产生的生成水等，高分子材料膨胀。因此，凹部与凸部的紧贴性增加，能够提高密封性。其结果是，能够减少为了确保密封性所需的燃料电池的向层叠方向的紧固载荷。[适用例2]在适用例I记载的燃料电池中，所述凸部和所述凹部通过至少在与所述层叠方向相交的方向上接触，而进行所述密封。上述结构的燃料电池在与层叠方向相交的方向上能进行密封，因此无需为了确保密封性而施加大的紧固载荷。即，能够减少紧固载荷。[适用例3]在适用例2记载的燃料电池中，在所述凸部的突出的前端与所述凹部的凹陷的底面之间，在由所述高分子材料形成的凸部及凹部的至少一方因吸湿而膨胀的状态下具有空隙。上述结构的燃料电池在凸部及凹部的至少一方因吸湿而膨胀的状态下，在凸部的突出的前端与凹部的凹陷的底面之间存在空隙。因此，伴随着高分子材料的膨胀，凸部的前端与凹部的底面发生接触，在凹部与凸部的嵌合关系被消除的方向上不会产生反力。因此，无需用于对高分子材料的膨胀引起的燃料电池向层叠方向的变形进行抑制的紧固载荷，能够减少紧固载荷。[适用例4]在适用例f3中任一例记载的燃料电池中，所述凸部的比该凸部的突出的根部靠前端侧具有与所述层叠的方向相交的方向上的截面积较大的形状，所述凹部的比该凹部的开口部靠内部侧具有开口截面积较大的形状。上述结构的燃料电池由于凹部与凸部的嵌合关系不易被消除，因此能够减少燃料电池的紧固载荷。[适用例5]在适用例f4中任一例记载的燃料电池中，所述凸部形成于所述发电体，所述凹部形成于所述隔板。上述结构的燃料电池在层叠方向的厚度相对薄的发电体上形成凸部，且在该厚度相对厚的隔板上形成凹部，因此容易进行凹部的成形。[适用例6]在适用例5记载的燃料电池中，所述凸部由所述高分子材料形成。上述结构的燃料电池只要在大致平坦的发电体上形成凸部即可，与通过高分子材料形成凹部的情况相比，制造容易。[适用例7]在适用例6记载的燃料电池中，所述高分子材料为电解质，所述凸部通过所述电解质而与所述电解质膜一体形成。上述结构的燃料电池在电解质膜与高分子材料之间能够使材料共通化，因此能够减少构件个数。而且，凸部通过电解质而与电解质膜一体地形成，因此伴随着燃料电池的运转而产生的生成水容易到达由高分子材料形成的凸部。其结果是，能够使凸部因吸湿而可靠地膨胀从而充分确保密封性。[适用例8]在适用例6或7记载的燃料电池中，在所述凸部的内部，还以大致效仿该凸部的形状的形状具备弹性比所述高分子材料小的内部构件。上述结构的燃料电池可以通过凸部的形状在燃料电池的长期使用的材料形成。这样的话，难以变形，因此耐久性提高。[适用例9]在适用例8记载的燃料电池中，所述内部构件由形状记忆构件形成。上述结构的燃料电池能够根据温度而使内部构件的形状变化，因此能够实现适合于燃料电池的制造时、运转时等场合的不同的凸部的形状。
[适用例10]在适用例6、中任一例记载的燃料电池中，在所述隔板的凹部的内径的侧面上接合有形状记忆构件。上述结构的燃料电池能够根据温度而使形状记忆构件的形状变化，因此能够实现适合于燃料电池的制造时、运转时等场合的不同的凸部的形状。[适用例11]在适用例5 10中任一例记载的燃料电池中，形成有所述凹部的隔板是层叠在所述发电体的两面上的I对隔板，所述I对隔板的至少一方在与形成于另一方的隔板上的凹部对应的位置具备朝向该凹部突出的突出部，所述突出部在所述一方的隔板与所述发电体之间将所述反应气体密封。上述结构的燃料电池除了隔板的凹部与发电体的凸部之间的密封之外，在至少一方的隔板的突出部与发电体之间也能够进行密封。即，能够在两个部位进行密封。因此，能够提高密封性。或者能够提高密封的可靠性。[适用例12]在适用例6 10中任一例记载的燃料电池中，在所述凸部的内部具备弹性比所述高分子材料小的支承构件。上述结构的燃料电池能够提高凸部的强度。[适用例13]在适用例7记载的燃料电池中，在形成有所述凸部的位置处的、所述电解质膜的内部或该电解质膜的形成有该凸部的面的相反侧的面的表面上具备弹性比所述高分子材料小的支承构件。上述结构的燃料电池能够提高凸部的强度。[适用例14]在适用例f13中任一例记载的燃料电池中，在所述凸部的侧面和所述凹部的侧面形成有相互嵌合的螺纹槽。上述结构的燃料电池中，凸部与凹部通过螺纹结构进行嵌合，因此嵌合关系变得牢固，密封性提高。而且，凸部与凹部的嵌合关系不易被消除，因此能够提高密封的可靠性。[适用例15]在适用例f14中任一例记载的燃料电池中，在所述发电体上，在该发电体的两面形成有所述凸部或所述凹部，在所述发电体的两侧层叠的隔板的两方形成有与所述凸部或所述凹部嵌合的所述凹部或所述凸部，所述发电体的凸部或凹部在该发电体的两面间形成在不同的位置。上述结构的燃料电池中，形成于发电体的凸部或凹部在两面间形成在不同的位置，因此发电体的正面和背面的区别变得容易。[适用例16]在适用例f5中任一例记载的燃料电池中，所述高分子材料为所述电解质。上述结构的燃料电池由于在电解质膜与高分子材料之间能够使材料共通化，因此能够减少构件个数。[适用例17]—种燃料电池的制造方法，所述燃料电池通过将至少具备电解质膜的发电体与隔板层叠而成，所述燃料电池的制造方法包括第一工序，准备作为所述发电体的具有仅由所述电解质膜形成的外周部的发电体、及作为所述隔板的在该隔板的外周部具备相对于所述层叠的面凹陷的凹部的隔板；第二工序，以所述发电体的外周部与所述凹部对置的位置关系层叠所述发电体与所述隔板；及第三工序，使所述电解质膜的含水率从低水分侧向高水分侧在规定的范围内至少变化一次，产生由所述电解质膜的吸湿而带来的膨胀，从而使该电解质膜进入所述凹部，在该凹部确保所述电解质膜与所述隔板之间的密封。
上述制造方法利用电解质膜对应于含水率而膨胀的性质，使电解质膜进入隔板的凹部而确保密封。因此，无需将电解质膜成形为与隔板的凹部嵌合的凸部的形状。其结果是，能够简化燃料电池的制造工序。
图I是表示作为本发明的第一实施例的燃料电池20的概略结构的说明图。图2是表示隔板50的制造方法的一例的说明图。图3是表示作为比较例的衬垫密封类型的燃料电池120的概略结构的说明图。图4是表示燃料电池20中的紧固载荷减少效果的具体例子的说明图。图5是表示作为变形例的燃料电池220的概略结构的说明图。图6是表示作为第二实施例的燃料电池220的制造方法的工序图。图7是表示作为第三实施例的燃料电池420的概略结构的说明图。图8是表示作为第四实施例的燃料电池520的概略结构的说明图。图9是表示作为第五实施例的燃料电池620的概略结构的说明图。图10是表示构成燃料电池620的电解质膜630的成形方法的说明图。图11是表示作为第六实施例的燃料电池720的概略结构的说明图。图12是表示作为第七实施例的燃料电池820的概略结构的说明图。图13是表示作为变形例的燃料电池920的概略结构的说明图。图14是表示作为第八实施例的燃料电池1020的概略结构的说明图。图15是从层叠方向观察燃料电池1020看到的说明图。图16是从与层叠方向正交的方向观察燃料电池1020看到的说明图。图17是表示作为变形例的燃料电池1120的概略结构的说明图。图18是表示作为变形例的燃料电池1220的概略结构的说明图。图19是表示作为变形例的燃料电池1320的概略结构的说明图。图20是表示作为变形例的燃料电池1420的概略结构的说明图。
具体实施例方式
对本发明的实施例进行说明。A.第一实施例图I是表示作为本发明的第一实施例的燃料电池20的概略结构的说明图。图I表不构成燃料电池20的构件的层叠方向的剖面的一部分。以下，将该层叠方向简称为层叠方向，将与层叠方向正交的方向称为正交方向。而且，将构成燃料电池20的构件的与层叠方向正交的面称为层叠面。燃料电池20是固体高分子型燃料电池。本实施例的燃料电池20的额定运转温度为7(T90°C。燃料电池20如图示那样，具备电解质膜30、阳极电极41、阴极电极42、气体扩散层43、44、隔板50、60，将它们层叠而形成燃料电池20。电解质膜30由在湿润状态下显示出质子传导性的固体高分子构成，具有因吸湿而膨胀的性质。在本实施例中，作为该固体高分子，使用PTFE(Polytetrafluoroethylene 聚四氟乙烯)。本实施例的电解质膜30在充分湿润的状态下，与干燥状态相比，具有膨胀1(Γ15%左右的性质。阳极电极41及阴极电极42是在具有导电性的载体上载持有催化剂的
7电极。该阳极电极41及阴极电极42层叠在电解质膜30的中央部的两面。在本实施例中，阳极电极41及阴极电极42具备载持有钼催化剂的碳粒子；与构成电解质膜30的高分子电解质为同一性质的电解质。这种阳极电极41及阴极电极42与上述的电解质膜30 —起构成电解质膜-电极接合体(Membrane Electrode Assembly,以下,简称为MEA)。气体扩散层43、44层叠在MEA的两面中的与阳极电极41及阴极电极42对应的位置。气体扩散层43、44成为供燃料电池20中的电化学反应的反应气体(燃料气体及氧化气体)的流路，并进行集电。该气体扩散层43、44可以通过具有透气性的导电性构件、例如碳纸、碳布、金属网、发泡金属等形成。在本实施例中，使用碳纸作为气体扩散层43、44。所述气体扩散层43、44与上述的MEA —起构成膜电极气体扩散层接合体(MembraneElectrode&Gas Diffusion LayerAssembly,以下，简称为 MEGA)45。在本实施例中，MEGA45的层叠面为矩形形状。在构成所述MEGA45的电解质膜30的外缘部31未层叠阳极电极41、阴极电极42及气体扩散层43、44。在本实施例中，外缘部31的层叠方向的厚度形成为与层叠有MEGA45中的阳极电极41、阴极电极42及气体扩散层43、44的部位(以下，也称为发电面)的厚度大致相同的厚度。虽然省略了图示，但该外缘部31形成在MEGA45的层叠面的外缘的整体。需要说明的是，外缘部31的厚度也可以不与发电面的MEGA45的厚度大致相同。例如，外缘部31的厚度也可以与发电面的电解质膜30为相同的厚度。或者外缘部31的厚度也可以设定为在外缘部31吸湿而最大限度膨胀时与发电面的MEGA45的厚度为大致相同的厚度。外缘部31在其层叠面的两侧具备从该层叠面沿着层叠方向突出的凸部32、33。该凸部32、33通过因吸湿而膨胀的高分子材料形成。在本实施例中，作为高分子材料，使用与电解质膜30相同的电解质。如此,若在电解质膜30和凸部32、33中使材料共通化，则能够减少构件个数，能高效地进行燃料电池20的制造。而且，凸部32、33通过电解质而与电解质膜30—体形成。在本实施例中，凸部32和凸部33形成在正交方向上相同的位置。该凸部32,33中，与凸形状的突出的根部相比，比该根部靠前端侧的至少一部分具有与层叠方向相交的方向上的截面积较大的形状。更具体而言，在凸形状的突出的根部与前端的中间，具有与层叠方向相交的方向上的截面积最大的形状。该凸部32、33的层叠方向的长度只要在小于隔板50、60的厚度的范围内设定即可，例如，可以形成为几百ym。隔板50、60层叠在MEGA45的两面。隔板50、60作为供燃料电池20的电化学反应的反应气体的间隔壁发挥功能。隔板50、60通过不透气的导电性构件、例如压缩碳或不锈钢构成的构件而形成。在本实施例中，使用不锈钢作为隔板50、60。该隔板50、60在与MEGA45的发电面对应的位置以规定的间距具备多个沿层叠方向凹陷的槽部51、61。该槽部51作为含氢的燃料气体的流路发挥功能。从形成在隔板50的另一剖面上的燃料气体供给歧管(图示省略)向槽部51供给的燃料气体经由气体扩散层43向阳极电极41供给，在供电化学反应之后，从形成在隔板50的另一剖面上的燃料气体排出歧管(图示省略)排出。槽部61作为含氧的氧化气体的流路发挥功能。从形成在隔板60的另一剖面上的氧化气体供给歧管(图示省略)向槽部61供给的氧化气体经由气体扩散层44向阴极电极42供给，在供电化学反应之后，从形成在隔板60的另一剖面上的氧化气体排出歧管(图示省略)排出。需要说明的是，隔板的形式并未特别限定，例如可以是层叠面平坦形成且在内部具备成为反应气体的流路的连通孔的类型。
另外，隔板50、60在其层叠面中的与MEGA45接触一侧的面的外周部，具体而言与电解质膜30的凸部32、33对应的位置上具备沿层叠方向凹陷的凹部52、62。该凹部52、62形成为隔板50、60的一部分。在本实施例中，凹部52、62中，与凹形状的开口部相比，比该开口部沿着层叠方向靠内部侧的至少一部分具有开口截面积较大的形状。通过使MEGA45的凸部32、33与该凹部52、62嵌合，而隔板50与凸部32、及隔板60与凸部33分别在接触部位CP接触。通过该接触部位CP处的接触，而将电解质膜30与隔板50、60之间密封。需要说明的是，MEGA45相当于技术方案的发电体，凸部32、33和凹部52、53相当于技术方案的密封部。在所述密封结构中，电解质膜30具有因吸湿而膨胀的性质，因此对外缘部31的从层叠面突出的凸部32、33因凸部32、33吸湿膨胀而作用有要沿着正交方向扩宽的力，因此通过接触部位CP的接触，能够可靠地将电解质膜30与隔板50、60之间密封。而且，在燃料电池20的运转时，电解质膜30充分吸湿，从而凸部32、33也较大膨胀。其结果是，进一步提高接触部位CP的密封性。需要说明的是，电解质膜30的吸湿例如通过在阴极电极42生成的生成水向电解质膜30转移、或向槽部51供给的氧化气体含有的水分向电解质膜30转移而产生。而且，在本实施例中，在凸部32、33的前端部分与凹部52、62的凹陷的底面之间确保有规定的空隙。该空隙形成为即便在凸部32、33因吸湿而发生了膨胀的状态下也能够确保空隙的大小。所述结构的燃料电池20层叠与需要的电力相应的数目，而且，由在其两端配置的端子、绝缘体、端板夹持，构成燃料电池组。燃料电池组在层叠方向上由规定的紧固载荷紧固。通过该紧固力，能确保为了减少燃料电池20的结构构件的接触电阻所需的电极面压。以下，说明所述结构的燃料电池20的制造方法的具体例子。构成燃料电池20的MEGA45可如下形成例如将不具有凸部32、33的电解质膜30、阳极电极41、阴极电极42、气体扩散层43、44层叠之后，将成形为规定的形状的电解质的块热压接在电解质膜30的外缘部31的规定位置，由此形成MEGA45。但是，也可以在电解质膜30的制造阶段，使用成形模具等，来制造具有凸部32、33的电解质膜30。构成燃料电池20的隔板50、60可以通过冲压加工进行制造。例如图2A所示，首先,准备作为隔板50的材料的板材，如图2B所示，通过冲压加工形成U字型的凹部，如图2C所示，从板材的两端向内部方向进行冲压，由此能够形成凹部52、62。但是，也可以使用切削加工，还可以将冲压加工和切削加工组合使用。需要说明的是，隔板50、60的槽部51、61也可以通过冲压加工或切削加工等成形。如此制作的MEGA45和隔板50、60通过将MEGA45的凸部32、33嵌入到隔板50、60的凹部52、62而层叠。如此，完成燃料电池20。所述结构的燃料电池20中，通过嵌合结构而将反应气体密封的电解质膜30的凸部32、33和隔板50、60的凹部52、62中的凸部32、33利用因吸湿而膨胀的高分子材料形成，因此由于伴随着燃料电池20的运转而产生的生成水、经由槽部51而向MEGA45供给的氧化气体含有的水分，而凸部32、33发生膨胀时，凸部32、33与凹部52、62的紧贴性增大，能够提高密封性。因此，能够减少为了确保密封性所需的燃料电池20的向层叠方向的紧固载荷。其结果是，能够减少燃料电池构件的刚性，有助于燃料电池20的低成本化、省资源化。
另外，燃料电池20中，在接触部位CP，凸部32、33与凹部52、62在与层叠方向相交的方向上接触，由此能进行密封，因此无需大的紧固载荷以确保密封性。即，能够减少紧固载荷。另外，在燃料电池20中，以在凸部32、33的前端部分与凹部52、62的凹陷的底面之间，即使凸部32、33因吸湿而膨胀的状态下也具有空隙的位置关系，将凸部32、33与凹部52,62嵌合。这意味着，在凸部32、33因吸湿而膨胀时，不会使凸部32、33的前端部分与凹部52、62的底面发生接触而在层叠方向、即解除凸部32、33与凹部52、62的嵌合关系的方向上产生反力。其结果是，无需用于对凸部32、33的膨胀引起的燃料电池20的向层叠方向的变形进行抑制的紧固载荷，从而能够减少紧固载荷。另外，在燃料电池20中，凸部32、33的比凸形状的根部靠前端侧的至少一部分具有与层叠的方向相交的方向上的截面积较大的形状，凹部52、62的比凹形状的开口部靠内部侧的至少一部分具有开口截面积较大的形状。因此，若一次使凸部32、33与凹部52、62嵌合，则该嵌合关系难以消除。例如，即使反应气体的气体压力稍高，也不会出现凸部32、33被气体压力压迫而凸部32、33与凹部52、62的嵌合关系消失。因此，无需为了维持嵌合关系而过剩地施加紧固载荷。即，能够减少燃料电池20的紧固载荷。另外，凸部32、33通过电解质而与电解质膜30 —体形成，因此伴随着燃料电池20的运转而产生的生成水容易到达凸部32、33。即，能够可靠地使凸部32、33膨胀，从而能够充分确保凸部32、33与凹部52、62之间的密封性。另外，燃料电池20使凸部32、33与凹部52、62嵌合，将MEGA45和隔板50、60层叠，因此MEGA45与隔板50、60能够容易地拆装。因此，在仅燃料电池20的一部分的构件发生破损或劣化时，能够容易地仅更换破损的部件。例如，在MEGA45发生了破损时，仅更换MEGA45，能够与已存的隔板50、60重新层叠。其结果是，有助于修理的低成本化、省资源化。而且，燃料电池20也无需衬垫等作为密封构件。此外，在燃料电池20的制造阶段，在将MEGA45与隔板50、60层叠时，两者的位置关系通过凸部32、33和凹部52、62而唯一确定，因此能够抑制层叠时的位置错动。而且，由于在厚度薄的MEGA45上形成有凸部32、33，因此在燃料电池20的制造时，MEGA45的处理性提高。对上述的紧固载荷的减少效果进行进一步说明。图3表示作为比较例的衬垫密封类型的燃料电池120的结构。在图3中，对于与燃料电池20相同的结构，标注与图I相同的标号而省略说明。如图示那样，燃料电池120在MEGA145的两面层叠隔板150、160而构成。而且，燃料电池120在MEGA145的外缘部具备衬垫170。电解质膜130的端部埋入到衬垫170的内部。该衬垫170具有隔板150侧相对于层叠面突出的凸部175。所述燃料电池120在与另一燃料电池(图示省略)层叠时，借助紧固力而使凸部175与另一燃料电池的隔板充分接触，由此确保密封。图4表示作为实施例的燃料电池20与作为比较例的燃料电池120中的、紧固载荷与电极面压的关系的一例。如图示那样，若紧固载荷的值相同，则燃料电池20的电极面压增大约11%。这是由于，在燃料电池120的结构中，通过衬垫170的凸部175来承受紧固载荷，因此电极面压相应地减少，但在燃料电池20的结构中，由于没有衬垫170那样的突出形状，因此电极面压不会减少。图4的结果反过来说的话，为了确保同一电极面压，燃料电池20所需的紧固载荷减小10%左右。这意味着，通过上述的各种结构减少了确保密封性所需的紧固载荷。所述燃料电池20的变形例作为燃料电池220如图5所示。在图5中，对于与图I相同的结构，标注与图I相同的标号。以下，对于燃料电池220,省略与燃料电池20相同的结构的说明，仅说明与燃料电池20不同的点。燃料电池220具备的MEGA245的电解质膜230与燃料电池20同样地具备外缘部231。在该外缘部231的两面形成的凸部232、233形成在正交方向上不同的位置。而且，由于这一点，分别与凸部232、233嵌合的隔板250、60的凹部252和凹部262形成在与凸部232、233对应的位置。所述结构的燃料电池220根据凸部232、233的形成位置，能够容易地区别MEGA245的正面和背面。而且，外缘部31的形成了凸部232、233的位置的相反侧的面平坦，因此在燃料电池220的制造阶段，容易使凸部232、233从平坦的面侧向凹部252、262嵌入，燃料电池220的制造变得容易。B.第二实施例对本发明的第二实施例进行说明。第二实施例仅燃料电池的制造方法与第一实施例不同。在此，对于作为第二实施例的燃料电池的制造方法，说明作为上述的燃料电池220的制造方法。燃料电池220的制造方法的工序图如图6所示。如图示那样，在燃料电池220的制造方法中，首先准备MEGA245和隔板250、260 (步骤S310)。构成在此准备的MEGA245的电解质膜230上，在该时刻，未形成凸部232、233。准备MEGA245和隔板250、260后，接着，在MEGA245的形成凸部232、233的位置、换言之在与隔板250、260的凹部252、262对应的位置上涂敷离聚物235 (液体状的电解质)(步骤S320)。需要说明的是，该工序并非必须。涂敷离聚物235后，接着，将MEGA245与隔板250、260层叠(步骤S330)。将MEGA245与隔板250、260层叠后，接着，反复进行干燥和湿润(步骤S340)。该工序在本实施例中将层叠的MEGA245及隔板250、260安设在规定的密闭环境中。并且，通过反复进行使该密闭环境的相对湿度RH从100%变化为30%的工序和从30%变化为100%的工序来实现。需要说明的是，使相对湿度RH变化的范围只要适当设定即可。当相对湿度RH升高时，MEGA245的电解质膜230吸湿而膨胀。另一方面，当相对湿度RH降低时，电解质膜230放湿而收缩。即，通过反复进行干燥和湿润，电解质膜230反复进行膨胀和收缩。通过上述操作，电解质膜230逐渐进入到隔板250、260的凹部252、262，最终在电解质膜230上形成凸部232、233。需要说明的是，由于电解质的膨胀特性的不同，步骤S340的工序只要使电解质膜230的含水率从低水分侧向高水分侧至少变化I次即可。即，由于电解质膜230的I次的膨胀，而电解质膜230充分进入到隔板250、260的凹部252、262时，也可以使电解质膜230的含水率从低水分侧向高水分侧变化I次。所述燃料电池220的制造方法利用通过电解质膜230的吸湿而膨胀的特性来形成凸部232、233，因此在MEGA245的制造阶段，无需形成凸部232、233。即，可以省略凸部232、233的成形工序，因此能够简化燃料电池220的制造工序。而且，在将MEGA245与隔板250、260层叠的工序中，可以省略使MEGA245的凸部232、233向隔板250、260的凹部252、262嵌入的工序，因此能够简化燃料电池220的制造工序。另外，在MEGA245的与形成凸部232、233的位置对应的位置涂敷离聚物235，因此容易填埋隔板250、260的凹部252、262与MEGA245的凸部232、233的间隙。其结果是，能够提高凹部252、262与凸部232、233之间的密封性。或者能够减少上述步骤S340的反复进行干燥和湿润的次数。C.第三实施例
对本发明的第三实施例进行说明。作为第三实施例的燃料电池420的概略结构如图7所示。在图7中，对于与第一实施例(图2)相同的结构，标注与图2相同的标号。以下，对于燃料电池420，省略与第一实施例相同的结构的说明，仅说明与第一实施例不同的点。构成作为第三实施例的燃料电池420的MEGA445的电解质膜430在外缘部431的内部具备内部构件471这一点与第一实施例不同。该内部构件471是弹性比形成电解质膜430的电解质小的板状的构件。在图7所示的剖面中，内部构件471形成为大致效仿形成于外缘部431的凸部432、433的凸形状的形状。在本实施例中，内部构件471在正交方向上，在外缘部431的大致整体上形成为直线，而且，在与凸部432、433对应的位置上，效仿凸部432、433的凸形状而形成凸形状部472,4730该凸形状部472、473到达凸部432、433的内部。需要说明的是，内部构件471也可以仅在与凸部432、433对应的位置上配置成凸形状。或者内部构件471也可以还配置在电解质膜430的发电面。这种情况下，至少发电面的内部构件471需要形成为网形状，以免妨碍电解质膜30的离子传导性。而且，内部构件可以为2个以上。例如，可以在隔板250侧和隔板260侧各设置I个。如此，在凸部432、433的内部，以大致效仿凸部432、433的形状的形状具备弹性比电解质膜30的材质即电解质小的内部构件471，由此，即使由于时间的经过或温度的上升，凸部432、433也难以蠕变(creep)，因此能够提高密封结构的耐久性。而且，若使内部构件471具有适度的弹性，则对内部构件471的凸形状部472、473作用有要向正交方向扩宽的力。其结果是，凸部432、433由凸形状部472、473的作用力按压在隔板250、260的凹部252,262的侧面。因此，能够提高凸部432、433与凹部252、262之间的密封性。在本实施例中，内部构件471由形状记忆金属构成。形状记忆金属在本实施例中使用了钛-镍合金，但并未特别限定，例如，也可以是铁-锰-硅合金等。作为具体的形状记忆金属的组成，已知有例如Ag-Cd (44 49at%Cd)、Au-Cd (46. 5 50at%Cd)、Cu-Al-Ni(14 14. 5wt%Al，3 4. 5wt%Ni)、Cu-Sn (约 15at%Sn)、Cu-Zn (38. 5 41. 5wt%Zn)、Cu-Zn-X(X=Si、Al、Sn)、Fe-Pt (约 25at%Pt)、Mn-Cu (5 35at%Cu)、Fe-Mn_Si、Pt 系合金、Co-Ni-Al、Co-Ni-Ga,Ni-Fe-Ga,Ti-Pd,Ni-Ti ( 55%Ni)等。但是，内部构件471的材质也可以使用形状记忆树脂。本来，内部构件471的材质无需具有形状记忆特性，只要是弹性比电解质膜30的材质即电解质小的材质即可。例如,可以是PEN、PP等树脂，也可以是各种金属材料。本实施例的内部构件471具有如下的形状记忆特性，即在燃料电池420的额定运转温度区域中，成为凸形状部472、473的正交方向的宽度相对大的形状，在常温即燃料电池420的制造时的环境温度区域中，成为凸形状部472、473的正交方向的宽度相对小的形状。通过具有所述形状记忆特性，在燃料电池420的制造阶段，在将MEGA445与隔板250、260层叠时，凸形状部472、473的正交方向的宽度相对减小，因此容易使MEGA445的凸部432,433嵌入到隔板250、260的凹部252、262。其结果是，燃料电池420的制造变得容易。而且，在燃料电池420的额定运转时，由于凸形状部472、473的正交方向的宽度相对增大，因此凸部432、433与凹部252、262之间的紧贴性增大，能够提高密封性。需要说明的是，内部构件471的相变点优选设定在比燃料电池20的制造时的环境温度区域高的温度且极低的温度。这是因为，即使在燃料电池420的运转的启动时，也优选提高密封性。但是，内部构件471的形状记忆特性并不局限于上述的例子。例如，内部构件471也可以具有如下的形状记忆特性，即在燃料电池420的额定运转温度区域，成为凸形状部472,473的正交方向的宽度相对小的形状，在常温附近即燃料电池420的运转的启动时的运转温度区域，成为凸形状部472、473的正交方向的宽度相对大的形状。通过具有上述形状记忆特性，在燃料电池420的运转的启动时，凸形状部472、473的正交方向的宽度相对增大，因此凸部432、433与凹部252、262之间的紧贴性增大，能够充分地提高密封性。另一方面，在燃料电池420的额定运转时，凸形状部472、473的正交方向的宽度相对变小，内部构件471产生的密封性提高效果减小，但在额定运转时，电解质膜430因吸湿而充分膨胀，因此能够确保充分的密封性。在上述情况下，内部构件471的相变点可以考虑燃料电池420的运转的启动时的电解质膜430的温度与吸湿特性的关系进行设定。以下，说明所述结构的燃料电池420的制造方法的具体例子。构成燃料电池420的MEGA455例如可以如下制作。首先，准备2个电解质膜和内部构件471，按照电解质膜、内部构件471、电解质膜的顺序层叠而进行热压处理，制作外缘部431。然后，将阳极电极41、阴极电极42、气体扩散层43、44层叠而成的电解质膜与外缘部431通过热压处理等接合，来制作MEGA455。如此制作的MEGA455若与第一实施例同样地与隔板250、260层叠，则完成燃料电池420。D.第四实施例对本发明的第四实施例进行说明。作为第四实施例的燃料电池520的概略结构如图8所不。在图8中,对于与第一实施例(图2)相同的结构,标注与图2相同的标号。以下,对于燃料电池520，省略与第一实施例相同的结构的说明，仅说明与第一实施例不同的点。构成作为第四实施例的燃料电池520的隔板550、560在与MEGA245的凸部232、233对应的位置上具备凹部552、562。在该凹部552、562的形成凹陷的面和该凹部552、562的周边的隔板550、560的表面上分别接合形状记忆构件553、563。在本实施例中，形状记忆构件553、563由形状记忆合金构成。在此，形状记忆合金使用了钛-镍合金，但与第三实施例的内部构件471同样地并未特别限定。本实施例的形状记忆构件553、563具有如下的形状记忆特性，即在燃料电池520的额定运转温度区域中，成为形状记忆构件553、563的开口部的正交方向的宽度相对小的形状，在常温即燃料电池520的制造时的环境温度区域中，成为该开口部的正交方向的宽度相对大的形状。由于具有上述形状记忆特性，在燃料电池520的制造阶段，在将MEGA245与隔板550、560层叠时，形状记忆构件553、563的开口部的正交方向的宽度相对增大，因此凹部552、562效仿形状记忆构件553、563的形状，容易使MEGA245的凸部232、233嵌入到具备形状记忆构件553、563的凹部552、562内。其结果是，燃料电池520的制造变得容易。而且，在燃料电池520的额定运转时，由于形状记忆构件553、563的开口部的正交方向的宽度相对减小，因此凹部552、562效仿形状记忆构件553、563的形状，并且凸部232、233与形状记忆构件553、563之间的紧贴性增大，能够提高密封性。需要说明的是，形状记忆构件553、563只要至少与形成凹部552、562的面接合即可。而且，形状记忆构件553、563的相变点优选设定在比燃料电池520的制造时的环境温度区域高的温度且极低的温度。
但是，形状记忆构件553、563的形状记忆特性并不局限于上述的例子。例如，形状记忆构件553、563也可以具有如下的形状记忆特性，即在燃料电池520的额定运转温度区域中，成为形状记忆构件553、563的开口部的正交方向的宽度相对大的形状，在常温附近即燃料电池520的运转的启动时的运转温度区域中，成为该开口部的正交方向的宽度相对小的形状。通过具有所述形状记忆特性，在燃料电池520的运转的启动时，凹部552、562的正交方向的宽度相对减小，因此凸部232、233与形状记忆构件553、563之间的紧贴性增大，能够提高密封性。另一方面，在燃料电池520的额定运转时，凹部552、562的正交方向的宽度相对变大，形状记忆构件553、563产生的密封性提高效果减小，但在额定运转时，电解质膜230因吸湿而膨胀，因此能够确保充分的密封性。在上述情况下，形状记忆构件553、563的相变点可以考虑燃料电池520的运转的启动时的电解质膜230的温度与吸湿特性的关系来设定。E.第五实施例对本发明的第五实施例进行说明。作为第五实施例的燃料电池620的概略结构如图9所不。在图9中,对于与第一实施例(图2)相同的结构,标注与图2相同的标号。以下,对于燃料电池620，省略与第一实施例相同的结构的说明，仅说明与第一实施例不同的点。构成作为第五实施例的燃料电池620的隔板650、660在与构成MEGA645的电解质膜630的凸部632、633对应的位置分别具备凹部652、662。另外，隔板650在与隔板660的凹部662对应的位置具备从隔板650的层叠面向隔板660侧突出的突出部655。该突出部655与电解质膜630的凸部633抵接。同样地，隔板660在与隔板650的凹部652对应的位置具备从隔板660的层叠面向隔板650侧突出的突出部665。该突出部665与电解质膜630的凸部632抵接。构成上述燃料电池620的电解质膜630的凸部632、633的形状如图10所示，利用成形模具680、690从两面对膜状的电解质膜630进行热压处理，由此能够成形。该成形模具680具备用于形成凸部632的凹部681和用于形成凸部633的凸部682。同样地,成形模具690具备用于形成凸部632的凸部692和用于形成凸部633的凹部691。凹部681、691的形状对应于凸部632、633的形状而成形。凸部682、692以能够将电解质膜630按压到凹部681、691的内部的层叠方向的长度形成。需要说明的是，上述的第一 第四实施例的电解质膜也可以通过同样的方法成形。但是，凸部632、633可以与第一实施例同样地对电解质的块进行热压接。这种情况下，突出部655、665只要与电解质膜630抵接即可。上述结构的燃料电池620在电解质膜630与隔板650之间、及电解质膜630与隔板660之间的任一者中都在两个部位进行密封。例如，电解质膜630与隔板650之间的密封在凸部632与凹部652之间、及凸部633与突出部655之间这两个部位进行。因此，能够提高密封性。而且，即使万一两处密封部位中的一处的密封被解除，也能通过另一方的密封部位来确保密封，因此密封的可靠性提高。需要说明的是，突出部655、665的层叠方向的剖面形状并不局限于矩形形状。例如，可以是突出部655、665的前端部沿着正交方向扩宽的形状。如此的话，能够提高正交方向的密封性，因此无需大的紧固载荷以确保突出部655、665的密封性。而且，也可以是隔板650、660中的仅一方具备突出部的结构。F.第六实施例对本发明的第六实施例进行说明。作为第六实施例的燃料电池720的概略结构如图11所不。在图11中,对于与第一实施例(图2)相同的结构,标注与图2相同的标号。以下，对于燃料电池720，省略与第一实施例相同的结构的说明，仅说明与第一实施例不同的点。构成作为第六实施例的燃料电池720的MEGA745在具备支承构件737、738这一点与第一实施例不同，其中所述支承构件737、738的弹性比MEGA745的电解质膜730具备的凸部732、733小。在本实施例中，该支承构件737配置在正交方向的电解质膜730的形成有凸部733的位置的、与形成了凸部733的电解质膜730的面相反侧的面的表面上。同样地，支承构件738配置在正交方向的电解质膜730的形成有凸部732的位置的、与形成了凸部732的电解质膜730的面相反侧的面的表面上。而且，支承构件738与阴极电极42及气体扩散层44相邻配置。在本实施例中，作为支承构件737、738，使用了 PP树脂。但是，可以使用PEN等树脂，也可以使用各种金属材料。上述结构的燃料电池720通过支承构件737、738能够提高凸部732、733的强度。而且，支承构件738与阴极电极42及气体扩散层44相邻配置，因此能够抑制气体扩散层44等的边缘陷入电解质膜730而使电解质膜730发生破损的情况。需要说明的是，支承构件737、738可以配置在正交方向的电解质膜730的形成有凸部733、734的位置的、电解质膜730的内部。或者支承构件737、738可以配置在凸部732、733的内部。如此的话，能够提高凸部732、733的强度。其结果是，凸部732、733难以蠕变，因此能够提高密封结构的耐久性。G.第七实施例对本发明的第七实施例进行说明。作为第七实施例的燃料电池820的概略结构如图12所不。在图12中,对于与第一实施例(图2)相同的结构,标注与图2相同的标号。以下，对于燃料电池820，省略与第一实施例相同的结构的说明，仅说明与第一实施例不同的点。作为第七实施例的燃料电池820的MEGA845的结构与第一实施例不同。具体而言，MEGA845的形成在电解质膜830的外缘部831上的凸部832、833的材质与电解质膜830的材质不同。在本实施例中，作为凸部832、833，使用了水膨润性聚氨脂。但是，凸部832、833只要通过因吸湿而膨胀的高分子材料形成即可。在本实施例中，该凸部832、833与外缘部831进行热压接。另外，作为本实施例的变形例的燃料电池920的概略结构如图13所示。在该例子中，构成MEGA945的电解质膜930仅形成在发电面上。在该MEGA945的外缘部配置有通过因吸湿而膨胀的高分子材料形成的高分子构件931。在本实施例中，高分子构件931与MEGA945进行热压接。在该高分子构件931上通过与931相同的材质一体地形成凸部932、933。上述MEGA945及高分子构件931相当于技术方案的发电体。从以上的说明可知，构成燃料电池的密封结构的凸部无需形成作为电解质膜的一部分，也可以与电解质膜分体构成。H.第八实施例对本发明的第八实施例进行说明。作为第八实施例的燃料电池1020的概略结构如图14所示。以下，对于燃料电池1020，省略与第一实施例相同的结构的说明，仅说明与第一实施例不同的点。图14表示燃料电池1020的外缘部的周边的层叠方向的剖面的一部分。在图14中，省略了燃料电池1020的中央部即层叠有阳极电极、阴极电极等的发电面的图示。如图示那样，在燃料电池1020的电解质膜的外缘部1031形成有凸部1032、1033。而且，在隔板1050、1060形成有凹部1052、1062。在形成该凸部1032、1033的面中的外侧(与上述的发电面相反侧)的侧面上分别形成有螺纹槽1037、1038。而且，在形成凹部1052、1062的面中的外侧的侧面上分别形成有螺纹槽1057、1067。螺纹槽1037、1038与螺纹槽1057、1067分别形成为相互嵌合的形状。在图14中，表示了使该螺纹槽1037、1038与螺纹槽1057、1067嵌合，并将隔板1050、1060与MEGA层叠的状态。需要说明的是，也可以是，螺纹槽1037、1038在形成凸部1032、1033的面中的内侧的侧面上形成，螺纹槽1057、1067在形成凹部1052、1062的面中的内侧的侧面上形成。从层叠方向观察该燃料电池1020的姿态如图15所示。如图示那样，本实施例的燃料电池1020的正交方向的剖面形成为圆形。图中的单点划线表示螺纹槽1037、1038与螺纹槽1057、1067相互嵌合的位置。在燃料电池1020的外缘部设有外部歧管1080。该外部歧管1080分别对于燃料气体、氧化气体、冷却水而言具备将沿着层叠方向连通的歧管与燃料电池1020连通的孔部(图示省略)，通过该歧管及连通孔，相对于燃料电池1020，进行燃料气体、氧化气体、冷却水的供给及排出。从正交方向观察燃料电池1020的姿态如图16所示。在该图中，表示将燃料电池1020层叠多个的状态。在多个燃料电池1020的外缘共通设置的外部歧管1080由设置在外部歧管1080的外缘的多个带1090朝向内侧紧固。通过该紧固力，能确保外部歧管1080与燃料电池1020的密封性。上述结构的燃料电池1020中，凸部1032、1033与凹部1052、1062分别通过螺纹结构嵌合，因此嵌合关系变得牢固，密封性提高。而且，由于它们的嵌合关系不易消失，因此能够提高密封的可靠性。反过来说，能够减少燃料电池1020的紧固载荷。而且，即使凸部1032、1033产生蠕变，由于嵌合关系难以消失，因此密封的耐久性也得到提高。螺纹槽1037、1038及螺纹槽1057、1067的规格(间距、高度、角度等)只要考虑燃料电池1020的反应气体的气体压、冷却水的水压、密封部位的受压面积等，设定必要的紧固转矩，并能够确保该紧固转矩地进行设定即可。需要说明的是，凸部1032、1033可以形成为在螺纹槽1037、1038的表面附近的内部具备效仿螺纹槽1037、1038的形状的加强材料的结构。或者也可以形成为在螺纹槽1037、1038的表面粘贴有效仿螺纹槽1037、1038的形状的加强材料的结构。作为加强材料，只要是比螺纹槽1037、1038的材质即电解质的弹性小的材质即可。如此，螺纹槽1037、1038的形状变得牢固。其结果是，能够提高密封性和耐久性。而且，能够提高紧固转矩的设计值的自由度。I.变形例对上述的实施例的变形例进行说明。1-1.变形例 I :对电解质膜与隔板之间进行密封的凹凸形状并未特别受限制。该凹凸形状的另一例如图17所示。在该例子中，形成在构成燃料电池1120的电解质膜1130上的凸部1132的层叠方向的剖面形状形成为从凸形状的根部朝向前端部呈倒锥状变宽的梯形形状。而且，隔板1150的凹部1152的层叠方向的剖面形状形成为效仿凸部1132的形状的形状即凹形状的开口截面积从开口部朝向内部变大的梯形形状。即使为上述凹凸形状，凸部1132与凹部1152的嵌合关系也不易消除，因此起到该点引起的上述的效果。
另外，该凹凸形状的另一例如图18所示。在该例子中，形成在构成燃料电池1220的电解质膜1230上的凸部1232的层叠方向的剖面形状形成为矩形形状。而且，隔板1250的凹部1252的层叠方向的剖面形状形成为效仿凸部1232的形状的形状，即，矩形形状。即使为上述的凹凸形状，凸部1232也因吸湿而膨胀，由此能够在正交方向上进行密封，因此起到该点引起的上述的效果。1-2.变形例 2 :在上述的实施方式中，示出了构成密封结构的凸部和凹部中的凸部通过具有因吸湿而膨胀的性质的高分子材料形成的结构，但也可以将凸部取代，或在此基础上也可以通过该高分子材料来形成凹部。上述结构的具体例子如图19所示。在图19中，对于与第一实施例(图2)相同的结构,标注与图2相同的标号。以下,对于作为变形例的燃料电池1320,省略与第一实施例相同的结构的说明，仅说明与第一实施例不同的点。构成燃料电池1320的MEGA1345的电解质膜1330以与发电面相同的厚度向比发电面靠外侧延长。在上述MEGA1345的外缘部配置衬垫1331。电解质膜1330的端部埋入到衬垫1331的内部。在该衬垫1331的层叠方向的两面分别形成有向层叠方向突出的凸部1332、1333。凸部1332、1333与衬垫1331为相同的材质，与衬垫1331—体地形成。在本实施例中，衬垫1331由丁基橡胶构成。在本实施例中，在MEGA1345的外缘部通过注塑成形而形成衬垫1331，由此一体地形成MEGA1345和衬垫1331。该MEGA1345和衬垫1331相当于技术方案的发电体。需要说明的是，衬垫1331可以与第一实施例同样地是与电解质膜1330一体形成的电解质膜。在该MEGA1345的层叠面的两面上层叠的隔板1350、1360中的与凸部1332、1333对应的位置上分别形成沿层叠方向凹陷的凹部1352、1362。在形成该凹部1352、1362的面上分别接合高分子构件1337、1338。高分子构件1337、1338由具有因吸湿而膨胀的性质的高分子材料构成。在本实施例中，高分子构件1337、1338使用与电解质膜1330同质的电解质。需要说明的是，高分子构件1337、1338只要至少配置在该凹部1352、1362的内侧侧面上即可。另一具体例如图20所示。在图20中，对于与第一实施例(图2)相同的结构，标注与图2相同的标号。以下,对于作为变形例的燃料电池1420,省略了与第一实施例相同的结构的说明，仅说明与第一实施例不同的点。构成燃料电池1420的MEGA1445的电解质膜1430在其外缘部具备通过电解质形成的外缘部1431作为电解质膜1430的一部分。在该外缘部1431的层叠方向的两面分别形成有沿层叠方向凹陷的凹部1437、1438。而且，在隔板1450、1460的与凹部1437、1438对应的位置上具备沿层叠方向突出的凸部1456、1466。该凸部1456、1466形成作为隔板1450、1460的一部分，但也可以与其他的构件进行接合。上述凸部1456、1466与凹部1437、1438嵌合，从而确保电解质膜1430与隔板1450、1460的密封。该密封结构的凹凸形状在此表示作为图17所示的形状。需要说明的是，凹部1437、1438在外缘部1431具备波纹形状时，也可以利用该波纹作为凹部。1-3.变形例 3 上述的各种密封结构当然可以任意地组合采用。例如，进行密封的凹形状和凸形状的两方也可以通过具有因吸湿而膨胀的性质的高分子材料形成。
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1-4.变形例 4 在上述的实施方式中，示出了在MEGA的层叠面的两面上采用凹凸形状产生的密封结构的例子，但也可以仅在一面采用。以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述的实施方式的本发明的结构要素中的独立权项记载的要素以外的要素是附加性的要素，可以适当省略或组合。而且，本发明并不局限于这种实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然能够以各种形态来实施。例如，本发明并不局限于实施例所示的固体高分子型燃料电池，也可以适用于水分作为液体而存在的条件下运转的各种燃料电池、例如直接甲醇型燃料电池。
0150]工业实用性0151]本发明也能够适用于在水分作为液体而存在的条件下运转的各种燃料电池。0152]标号说明0153]20、120、220、420、520、620、720、820、920、1020、1120、1220、1320 …燃料电池0154]30、130、230、430、630、730、830、930、1130、1230、1330、1430 …电解质膜0155]31、231、431、831、1031、1431..外缘部0156]32、232、432、632、732、832、932、1032、1132、1232、1332 …凸部0157]33、233、433、633、733、833、933、1033、1333 …凸部0158]41…阳极电极0159]42…阴极电极0160]43、44…气体扩散层0161]45、145、245、445、645、745、845、945、1345、1445···ΜΕ6Α0162]50、150、250、550、650、1050、1150、1250、1350、1450 …隔板0163]51、151、251、551、651、1351、1451 …槽部0164]52、252、552、652、1052、1152、1252、1352 …凹部0165]60、160、260、560、660、1060、1360、1460 …隔板0166]61、161、261、561、661、1361、1461 …槽部0167]62、262、562、662、1062、1362 …凹部0168]170…衬垫0169]175…凸部0170]235…离聚物0171]471…内部构件0172]472、473…凸形状部0173]553、563…形状记忆构件0174]655、665…突出部0175]680、690…成形模具0176]681、691…凹部0177]682、692…凸部0178]737、738…支承构件0179]931…高分子构件0180]1037、1038…螺纹槽
1057、1067…螺纹槽
1080…外部歧管
1090…带
1331…衬塾
1337、1338…高分子构件
1437、1438…凹部
1456、1466…凸部
CP…接触部位
权利要求
1.一种燃料电池，将至少具备电解质膜的发电体与隔板层叠而成，其中，具备密封部，该密封部中，沿所述层叠的方向突出而形成在所述发电体及所述隔板的一方的凸部与沿该层叠的方向凹陷而形成在所述发电体及所述隔板的另一方的凹部嵌合，在所述燃料电池的外周部，在所述发电体与所述隔板之间将供该燃料电池的电化学反应的反应气体密封，所述凸部及所述凹部的至少一方由因吸湿而膨胀的高分子材料形成。
2.根据权利要求I所述的燃料电池，其中，所述凸部和所述凹部通过至少在与所述层叠方向相交的方向上接触，而进行所述密封。
3.根据权利要求2所述的燃料电池，其中，在所述凸部的突出的前端与所述凹部的凹陷的底面之间，在由所述高分子材料形成的凸部及凹部的至少一方因吸湿而膨胀的状态下具有空隙。
4.根据权利要求广3中任一项所述的燃料电池，其中，所述凸部的比该凸部的突出的根部靠前端侧的至少一部分具有与所述层叠的方向相交的方向上的截面积较大的形状，所述凹部的比该凹部的开口部靠内部侧的至少一部分具有开口截面积较大的形状。
5.根据权利要求广4中任一项所述的燃料电池，其中，所述凸部形成于所述发电体，所述凹部形成于所述隔板。
6.根据权利要求5所述的燃料电池，其中，所述凸部由所述高分子材料形成。
7.根据权利要求6所述的燃料电池，其中，所述高分子材料为电解质，所述凸部通过所述电解质而与所述电解质膜一体形成。
8.根据权利要求6或7所述的燃料电池，其中，在所述凸部的内部，还以大致效仿该凸部的形状的形状具备弹性比所述高分子材料小的内部构件。
9.根据权利要求8所述的燃料电池，其中，所述内部构件由形状记忆构件形成。
10.根据权利要求6、中任一项所述的燃料电池，其中，在所述隔板的凹部的内径的侧面上接合有形状记忆构件。
11.根据权利要求5 10中任一项所述的燃料电池，其中，形成有所述凹部的隔板是层叠在所述发电体的两面上的I对隔板，所述I对隔板的至少一方在与形成于另一方的隔板上的凹部对应的位置具备朝向该凹部突出的突出部，所述突出部在所述一方的隔板与所述发电体之间将所述反应气体密封。
12.根据权利要求6 10中任一项所述的燃料电池，其中，在所述凸部的内部具备弹性比所述高分子材料小的支承构件。
13.根据权利要求7所述的燃料电池，其中，在形成有所述凸部的位置处的、所述电解质膜的内部或该电解质膜的形成有该凸部的面的相反侧的面的表面上具备弹性比所述高分子材料小的支承构件。
14.根据权利要求f13中任一项所述的燃料电池，其中，在所述凸部的侧面和所述凹部的侧面形成有相互嵌合的螺纹槽。
15.根据权利要求f14中任一项所述的燃料电池，其中，在所述发电体上，在该发电体的两面形成有所述凸部或所述凹部，在所述发电体的两侧层叠的隔板的两方形成有与所述凸部或所述凹部嵌合的所述凹部或所述凸部，所述发电体的凸部或凹部在该发电体的两面间形成在不同的位置。
16.根据权利要求广5中任一项所述的燃料电池，其中，所述高分子材料为所述电解质。
17.一种燃料电池的制造方法，所述燃料电池通过将至少具备电解质膜的发电体与隔板层叠而成，所述燃料电池的制造方法包括第一工序，准备作为所述发电体的具有仅由所述电解质膜形成的外周部的发电体、及作为所述隔板的在该隔板的外周部具备相对于所述层叠的面凹陷的凹部的隔板；第二工序，以所述发电体的外周部与所述凹部对置的位置关系层叠所述发电体与所述隔板；及第三工序，使所述电解质膜的含水率从低水分侧向高水分侧在规定的范围内至少变化一次，产生由所述电解质膜的吸湿而带来的膨胀，从而使该电解质膜进入所述凹部，在该凹部确保所述电解质膜与所述隔板之间的密封。
全文摘要
燃料电池将至少具备电解质膜的发电体与隔板层叠而构成。该燃料电池将向层叠的方向突出而形成在发电体及隔板的一方的凸部与向层叠的方向凹陷而形成在发电体及隔板的另一方的凹部嵌合，在燃料电池的外周部，在发电体与隔板之间，具备对供燃料电池的电化学反应的反应气体进行密封的密封部。该凸部及凹部的至少一方通过因吸湿而膨胀的高分子材料形成。密封部由于凸部及凹部的至少一方的吸湿而膨胀从而密封性提高，因此能够减少燃料电池的紧固载荷。
文档编号H01M8/02GK102939677SQ20108006741
公开日2013年2月20日 申请日期2010年6月15日 优先权日2010年6月15日
发明者吉川大雄, 中西淳二, 川角明人, 西田恒政, 壶阪健二, 斋藤丈明 申请人:丰田自动车株式会社