專利名稱：燃料電池和燃料電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池的密封技術(shù)。
背景技術(shù)：
燃料電池例如在電解質(zhì)膜-電極接合體的兩面形成氣體擴散層并利用隔板夾持其兩端而構(gòu)成。在所述燃料電池中，為了對供電解質(zhì)膜-電極接合體中的燃料電池反應(yīng)的反應(yīng)氣體進行密封而開發(fā)了各種技術(shù)。例如，在下述專利文獻I中，公開了如下結(jié)構(gòu)的燃料電池在2個對置的隔板間的周緣部中，在2個隔板間設(shè)置密封構(gòu)件，并使該密封構(gòu)件與隔板嵌合。根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，能夠抑制密封構(gòu)件的尺寸的偏差引起的密封壓的變化，能夠提高密封性能。然而，在專利文獻I的技術(shù)中，為了確保充分的密封性能，以利用比較高的緊固載荷將燃料電池沿著夾持方向緊固為前提。燃料電池的結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要具有與緊固載荷對應(yīng)的剛性，因此當(dāng)緊固載荷增大時，會導(dǎo)致燃料電池的高成本化、大型化等。因此，在減少緊固載荷的方面還有改善的余地。在先技術(shù)文獻
專利文獻
專利文獻I :日本特開2005-183221號公報
專利文獻2:日本特開2008-235159號公報
專利文獻3:日本特開2008-34383號公報
專利文獻4:日本特開2003-17093號公報
專利文獻5:日本特開2008-152943號公報
專利文獻6:日本特表2008-525986號公報
專利文獻7:日本特開2005-19057號公報

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述的問題，本發(fā)明要解決的課題是減少燃料電池的緊固載荷。本發(fā)明為了解決上述的課題的至少一部分而作出，能夠作為以下的方式或適用例來實現(xiàn)。[適用例I]一種燃料電池，將至少具備電解質(zhì)膜的發(fā)電體與隔板層疊而成，其中，具備密封部，該密封部中，沿所述層疊的方向突出而形成在所述發(fā)電體及所述隔板的一方的凸部與沿該層疊的方向凹陷而形成在所述發(fā)電體及所述隔板的另一方的凹部嵌合，在所述燃料電池的外周部，在所述發(fā)電體與所述隔板之間將供該燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)氣體密封，所述凸部及所述凹部的至少一方由因吸濕而膨脹的高分子材料形成。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池中，由于將反應(yīng)氣體密封的凹部和凸部的至少一方由因吸濕而膨脹的高分子材料形成，因此由于伴隨著燃料電池的運轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的生成水等，高分子材料膨脹。因此，凹部與凸部的緊貼性增加，能夠提高密封性。其結(jié)果是，能夠減少為了確保密封性所需的燃料電池的向?qū)盈B方向的緊固載荷。[適用例2]在適用例I記載的燃料電池中，所述凸部和所述凹部通過至少在與所述層疊方向相交的方向上接觸，而進行所述密封。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池在與層疊方向相交的方向上能進行密封，因此無需為了確保密封性而施加大的緊固載荷。即，能夠減少緊固載荷。[適用例3]在適用例2記載的燃料電池中，在所述凸部的突出的前端與所述凹部的凹陷的底面之間，在由所述高分子材料形成的凸部及凹部的至少一方因吸濕而膨脹的狀態(tài)下具有空隙。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池在凸部及凹部的至少一方因吸濕而膨脹的狀態(tài)下，在凸部的突出的前端與凹部的凹陷的底面之間存在空隙。因此，伴隨著高分子材料的膨脹，凸部的前端與凹部的底面發(fā)生接觸，在凹部與凸部的嵌合關(guān)系被消除的方向上不會產(chǎn)生反力。因此，無需用于對高分子材料的膨脹引起的燃料電池向?qū)盈B方向的變形進行抑制的緊固載荷，能夠減少緊固載荷。[適用例4]在適用例f3中任一例記載的燃料電池中，所述凸部的比該凸部的突出的根部靠前端側(cè)具有與所述層疊的方向相交的方向上的截面積較大的形狀，所述凹部的比該凹部的開口部靠內(nèi)部側(cè)具有開口截面積較大的形狀。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池由于凹部與凸部的嵌合關(guān)系不易被消除，因此能夠減少燃料電池的緊固載荷。[適用例5]在適用例f4中任一例記載的燃料電池中，所述凸部形成于所述發(fā)電體，所述凹部形成于所述隔板。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池在層疊方向的厚度相對薄的發(fā)電體上形成凸部，且在該厚度相對厚的隔板上形成凹部，因此容易進行凹部的成形。[適用例6]在適用例5記載的燃料電池中，所述凸部由所述高分子材料形成。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池只要在大致平坦的發(fā)電體上形成凸部即可，與通過高分子材料形成凹部的情況相比，制造容易。[適用例7]在適用例6記載的燃料電池中，所述高分子材料為電解質(zhì)，所述凸部通過所述電解質(zhì)而與所述電解質(zhì)膜一體形成。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池在電解質(zhì)膜與高分子材料之間能夠使材料共通化，因此能夠減少構(gòu)件個數(shù)。而且，凸部通過電解質(zhì)而與電解質(zhì)膜一體地形成，因此伴隨著燃料電池的運轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的生成水容易到達由高分子材料形成的凸部。其結(jié)果是，能夠使凸部因吸濕而可靠地膨脹從而充分確保密封性。[適用例8]在適用例6或7記載的燃料電池中，在所述凸部的內(nèi)部，還以大致效仿該凸部的形狀的形狀具備彈性比所述高分子材料小的內(nèi)部構(gòu)件。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池可以通過凸部的形狀在燃料電池的長期使用的材料形成。這樣的話，難以變形，因此耐久性提高。[適用例9]在適用例8記載的燃料電池中，所述內(nèi)部構(gòu)件由形狀記憶構(gòu)件形成。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池能夠根據(jù)溫度而使內(nèi)部構(gòu)件的形狀變化，因此能夠?qū)崿F(xiàn)適合于燃料電池的制造時、運轉(zhuǎn)時等場合的不同的凸部的形狀。
[適用例10]在適用例6、中任一例記載的燃料電池中，在所述隔板的凹部的內(nèi)徑的側(cè)面上接合有形狀記憶構(gòu)件。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池能夠根據(jù)溫度而使形狀記憶構(gòu)件的形狀變化，因此能夠?qū)崿F(xiàn)適合于燃料電池的制造時、運轉(zhuǎn)時等場合的不同的凸部的形狀。[適用例11]在適用例5 10中任一例記載的燃料電池中，形成有所述凹部的隔板是層疊在所述發(fā)電體的兩面上的I對隔板，所述I對隔板的至少一方在與形成于另一方的隔板上的凹部對應(yīng)的位置具備朝向該凹部突出的突出部，所述突出部在所述一方的隔板與所述發(fā)電體之間將所述反應(yīng)氣體密封。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池除了隔板的凹部與發(fā)電體的凸部之間的密封之外，在至少一方的隔板的突出部與發(fā)電體之間也能夠進行密封。即，能夠在兩個部位進行密封。因此，能夠提高密封性?；蛘吣軌蛱岣呙芊獾目煽啃?。[適用例12]在適用例6 10中任一例記載的燃料電池中，在所述凸部的內(nèi)部具備彈性比所述高分子材料小的支承構(gòu)件。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池能夠提高凸部的強度。[適用例13]在適用例7記載的燃料電池中，在形成有所述凸部的位置處的、所述電解質(zhì)膜的內(nèi)部或該電解質(zhì)膜的形成有該凸部的面的相反側(cè)的面的表面上具備彈性比所述高分子材料小的支承構(gòu)件。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池能夠提高凸部的強度。[適用例14]在適用例f13中任一例記載的燃料電池中，在所述凸部的側(cè)面和所述凹部的側(cè)面形成有相互嵌合的螺紋槽。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池中，凸部與凹部通過螺紋結(jié)構(gòu)進行嵌合，因此嵌合關(guān)系變得牢固，密封性提高。而且，凸部與凹部的嵌合關(guān)系不易被消除，因此能夠提高密封的可靠性。[適用例15]在適用例f14中任一例記載的燃料電池中，在所述發(fā)電體上，在該發(fā)電體的兩面形成有所述凸部或所述凹部，在所述發(fā)電體的兩側(cè)層疊的隔板的兩方形成有與所述凸部或所述凹部嵌合的所述凹部或所述凸部，所述發(fā)電體的凸部或凹部在該發(fā)電體的兩面間形成在不同的位置。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池中，形成于發(fā)電體的凸部或凹部在兩面間形成在不同的位置，因此發(fā)電體的正面和背面的區(qū)別變得容易。[適用例16]在適用例f5中任一例記載的燃料電池中，所述高分子材料為所述電解質(zhì)。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池由于在電解質(zhì)膜與高分子材料之間能夠使材料共通化，因此能夠減少構(gòu)件個數(shù)。[適用例17]—種燃料電池的制造方法，所述燃料電池通過將至少具備電解質(zhì)膜的發(fā)電體與隔板層疊而成，所述燃料電池的制造方法包括第一工序，準(zhǔn)備作為所述發(fā)電體的具有僅由所述電解質(zhì)膜形成的外周部的發(fā)電體、及作為所述隔板的在該隔板的外周部具備相對于所述層疊的面凹陷的凹部的隔板；第二工序，以所述發(fā)電體的外周部與所述凹部對置的位置關(guān)系層疊所述發(fā)電體與所述隔板；及第三工序，使所述電解質(zhì)膜的含水率從低水分側(cè)向高水分側(cè)在規(guī)定的范圍內(nèi)至少變化一次，產(chǎn)生由所述電解質(zhì)膜的吸濕而帶來的膨脹，從而使該電解質(zhì)膜進入所述凹部，在該凹部確保所述電解質(zhì)膜與所述隔板之間的密封。
上述制造方法利用電解質(zhì)膜對應(yīng)于含水率而膨脹的性質(zhì)，使電解質(zhì)膜進入隔板的凹部而確保密封。因此，無需將電解質(zhì)膜成形為與隔板的凹部嵌合的凸部的形狀。其結(jié)果是，能夠簡化燃料電池的制造工序。


圖I是表示作為本發(fā)明的第一實施例的燃料電池20的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖2是表示隔板50的制造方法的一例的說明圖。圖3是表示作為比較例的襯墊密封類型的燃料電池120的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖4是表示燃料電池20中的緊固載荷減少效果的具體例子的說明圖。圖5是表示作為變形例的燃料電池220的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖6是表示作為第二實施例的燃料電池220的制造方法的工序圖。圖7是表示作為第三實施例的燃料電池420的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖8是表示作為第四實施例的燃料電池520的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖9是表示作為第五實施例的燃料電池620的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖10是表示構(gòu)成燃料電池620的電解質(zhì)膜630的成形方法的說明圖。圖11是表示作為第六實施例的燃料電池720的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖12是表示作為第七實施例的燃料電池820的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖13是表示作為變形例的燃料電池920的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖14是表示作為第八實施例的燃料電池1020的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖15是從層疊方向觀察燃料電池1020看到的說明圖。圖16是從與層疊方向正交的方向觀察燃料電池1020看到的說明圖。圖17是表示作為變形例的燃料電池1120的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖18是表示作為變形例的燃料電池1220的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖19是表示作為變形例的燃料電池1320的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖20是表示作為變形例的燃料電池1420的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。
具體實施例方式
對本發(fā)明的實施例進行說明。A.第一實施例圖I是表示作為本發(fā)明的第一實施例的燃料電池20的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。圖I表不構(gòu)成燃料電池20的構(gòu)件的層疊方向的剖面的一部分。以下，將該層疊方向簡稱為層疊方向，將與層疊方向正交的方向稱為正交方向。而且，將構(gòu)成燃料電池20的構(gòu)件的與層疊方向正交的面稱為層疊面。燃料電池20是固體高分子型燃料電池。本實施例的燃料電池20的額定運轉(zhuǎn)溫度為7(T90°C。燃料電池20如圖示那樣，具備電解質(zhì)膜30、陽極電極41、陰極電極42、氣體擴散層43、44、隔板50、60，將它們層疊而形成燃料電池20。電解質(zhì)膜30由在濕潤狀態(tài)下顯示出質(zhì)子傳導(dǎo)性的固體高分子構(gòu)成，具有因吸濕而膨脹的性質(zhì)。在本實施例中，作為該固體高分子，使用PTFE(Polytetrafluoroethylene 聚四氟乙烯)。本實施例的電解質(zhì)膜30在充分濕潤的狀態(tài)下，與干燥狀態(tài)相比，具有膨脹1(Γ15%左右的性質(zhì)。陽極電極41及陰極電極42是在具有導(dǎo)電性的載體上載持有催化劑的
7電極。該陽極電極41及陰極電極42層疊在電解質(zhì)膜30的中央部的兩面。在本實施例中，陽極電極41及陰極電極42具備載持有鉬催化劑的碳粒子；與構(gòu)成電解質(zhì)膜30的高分子電解質(zhì)為同一性質(zhì)的電解質(zhì)。這種陽極電極41及陰極電極42與上述的電解質(zhì)膜30 —起構(gòu)成電解質(zhì)膜-電極接合體(Membrane Electrode Assembly,以下,簡稱為MEA)。氣體擴散層43、44層疊在MEA的兩面中的與陽極電極41及陰極電極42對應(yīng)的位置。氣體擴散層43、44成為供燃料電池20中的電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)氣體(燃料氣體及氧化氣體)的流路，并進行集電。該氣體擴散層43、44可以通過具有透氣性的導(dǎo)電性構(gòu)件、例如碳紙、碳布、金屬網(wǎng)、發(fā)泡金屬等形成。在本實施例中，使用碳紙作為氣體擴散層43、44。所述氣體擴散層43、44與上述的MEA —起構(gòu)成膜電極氣體擴散層接合體(MembraneElectrode&Gas Diffusion LayerAssembly,以下，簡稱為 MEGA)45。在本實施例中，MEGA45的層疊面為矩形形狀。在構(gòu)成所述MEGA45的電解質(zhì)膜30的外緣部31未層疊陽極電極41、陰極電極42及氣體擴散層43、44。在本實施例中，外緣部31的層疊方向的厚度形成為與層疊有MEGA45中的陽極電極41、陰極電極42及氣體擴散層43、44的部位(以下，也稱為發(fā)電面)的厚度大致相同的厚度。雖然省略了圖示，但該外緣部31形成在MEGA45的層疊面的外緣的整體。需要說明的是，外緣部31的厚度也可以不與發(fā)電面的MEGA45的厚度大致相同。例如，外緣部31的厚度也可以與發(fā)電面的電解質(zhì)膜30為相同的厚度?；蛘咄饩壊?1的厚度也可以設(shè)定為在外緣部31吸濕而最大限度膨脹時與發(fā)電面的MEGA45的厚度為大致相同的厚度。外緣部31在其層疊面的兩側(cè)具備從該層疊面沿著層疊方向突出的凸部32、33。該凸部32、33通過因吸濕而膨脹的高分子材料形成。在本實施例中，作為高分子材料，使用與電解質(zhì)膜30相同的電解質(zhì)。如此,若在電解質(zhì)膜30和凸部32、33中使材料共通化，則能夠減少構(gòu)件個數(shù)，能高效地進行燃料電池20的制造。而且，凸部32、33通過電解質(zhì)而與電解質(zhì)膜30—體形成。在本實施例中，凸部32和凸部33形成在正交方向上相同的位置。該凸部32,33中，與凸形狀的突出的根部相比，比該根部靠前端側(cè)的至少一部分具有與層疊方向相交的方向上的截面積較大的形狀。更具體而言，在凸形狀的突出的根部與前端的中間，具有與層疊方向相交的方向上的截面積最大的形狀。該凸部32、33的層疊方向的長度只要在小于隔板50、60的厚度的范圍內(nèi)設(shè)定即可，例如，可以形成為幾百ym。隔板50、60層疊在MEGA45的兩面。隔板50、60作為供燃料電池20的電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)氣體的間隔壁發(fā)揮功能。隔板50、60通過不透氣的導(dǎo)電性構(gòu)件、例如壓縮碳或不銹鋼構(gòu)成的構(gòu)件而形成。在本實施例中，使用不銹鋼作為隔板50、60。該隔板50、60在與MEGA45的發(fā)電面對應(yīng)的位置以規(guī)定的間距具備多個沿層疊方向凹陷的槽部51、61。該槽部51作為含氫的燃料氣體的流路發(fā)揮功能。從形成在隔板50的另一剖面上的燃料氣體供給歧管(圖示省略)向槽部51供給的燃料氣體經(jīng)由氣體擴散層43向陽極電極41供給，在供電化學(xué)反應(yīng)之后，從形成在隔板50的另一剖面上的燃料氣體排出歧管(圖示省略)排出。槽部61作為含氧的氧化氣體的流路發(fā)揮功能。從形成在隔板60的另一剖面上的氧化氣體供給歧管(圖示省略)向槽部61供給的氧化氣體經(jīng)由氣體擴散層44向陰極電極42供給，在供電化學(xué)反應(yīng)之后，從形成在隔板60的另一剖面上的氧化氣體排出歧管(圖示省略)排出。需要說明的是，隔板的形式并未特別限定，例如可以是層疊面平坦形成且在內(nèi)部具備成為反應(yīng)氣體的流路的連通孔的類型。
另外，隔板50、60在其層疊面中的與MEGA45接觸一側(cè)的面的外周部，具體而言與電解質(zhì)膜30的凸部32、33對應(yīng)的位置上具備沿層疊方向凹陷的凹部52、62。該凹部52、62形成為隔板50、60的一部分。在本實施例中，凹部52、62中，與凹形狀的開口部相比，比該開口部沿著層疊方向靠內(nèi)部側(cè)的至少一部分具有開口截面積較大的形狀。通過使MEGA45的凸部32、33與該凹部52、62嵌合，而隔板50與凸部32、及隔板60與凸部33分別在接觸部位CP接觸。通過該接觸部位CP處的接觸，而將電解質(zhì)膜30與隔板50、60之間密封。需要說明的是，MEGA45相當(dāng)于技術(shù)方案的發(fā)電體，凸部32、33和凹部52、53相當(dāng)于技術(shù)方案的密封部。在所述密封結(jié)構(gòu)中，電解質(zhì)膜30具有因吸濕而膨脹的性質(zhì)，因此對外緣部31的從層疊面突出的凸部32、33因凸部32、33吸濕膨脹而作用有要沿著正交方向擴寬的力，因此通過接觸部位CP的接觸，能夠可靠地將電解質(zhì)膜30與隔板50、60之間密封。而且，在燃料電池20的運轉(zhuǎn)時，電解質(zhì)膜30充分吸濕，從而凸部32、33也較大膨脹。其結(jié)果是，進一步提高接觸部位CP的密封性。需要說明的是，電解質(zhì)膜30的吸濕例如通過在陰極電極42生成的生成水向電解質(zhì)膜30轉(zhuǎn)移、或向槽部51供給的氧化氣體含有的水分向電解質(zhì)膜30轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生。而且，在本實施例中，在凸部32、33的前端部分與凹部52、62的凹陷的底面之間確保有規(guī)定的空隙。該空隙形成為即便在凸部32、33因吸濕而發(fā)生了膨脹的狀態(tài)下也能夠確保空隙的大小。所述結(jié)構(gòu)的燃料電池20層疊與需要的電力相應(yīng)的數(shù)目，而且，由在其兩端配置的端子、絕緣體、端板夾持，構(gòu)成燃料電池組。燃料電池組在層疊方向上由規(guī)定的緊固載荷緊固。通過該緊固力，能確保為了減少燃料電池20的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的接觸電阻所需的電極面壓。以下，說明所述結(jié)構(gòu)的燃料電池20的制造方法的具體例子。構(gòu)成燃料電池20的MEGA45可如下形成例如將不具有凸部32、33的電解質(zhì)膜30、陽極電極41、陰極電極42、氣體擴散層43、44層疊之后，將成形為規(guī)定的形狀的電解質(zhì)的塊熱壓接在電解質(zhì)膜30的外緣部31的規(guī)定位置，由此形成MEGA45。但是，也可以在電解質(zhì)膜30的制造階段，使用成形模具等，來制造具有凸部32、33的電解質(zhì)膜30。構(gòu)成燃料電池20的隔板50、60可以通過沖壓加工進行制造。例如圖2A所示，首先,準(zhǔn)備作為隔板50的材料的板材，如圖2B所示，通過沖壓加工形成U字型的凹部，如圖2C所示，從板材的兩端向內(nèi)部方向進行沖壓，由此能夠形成凹部52、62。但是，也可以使用切削加工，還可以將沖壓加工和切削加工組合使用。需要說明的是，隔板50、60的槽部51、61也可以通過沖壓加工或切削加工等成形。如此制作的MEGA45和隔板50、60通過將MEGA45的凸部32、33嵌入到隔板50、60的凹部52、62而層疊。如此，完成燃料電池20。所述結(jié)構(gòu)的燃料電池20中，通過嵌合結(jié)構(gòu)而將反應(yīng)氣體密封的電解質(zhì)膜30的凸部32、33和隔板50、60的凹部52、62中的凸部32、33利用因吸濕而膨脹的高分子材料形成，因此由于伴隨著燃料電池20的運轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的生成水、經(jīng)由槽部51而向MEGA45供給的氧化氣體含有的水分，而凸部32、33發(fā)生膨脹時，凸部32、33與凹部52、62的緊貼性增大，能夠提高密封性。因此，能夠減少為了確保密封性所需的燃料電池20的向?qū)盈B方向的緊固載荷。其結(jié)果是，能夠減少燃料電池構(gòu)件的剛性，有助于燃料電池20的低成本化、省資源化。
另外，燃料電池20中，在接觸部位CP，凸部32、33與凹部52、62在與層疊方向相交的方向上接觸，由此能進行密封，因此無需大的緊固載荷以確保密封性。即，能夠減少緊固載荷。另外，在燃料電池20中，以在凸部32、33的前端部分與凹部52、62的凹陷的底面之間，即使凸部32、33因吸濕而膨脹的狀態(tài)下也具有空隙的位置關(guān)系，將凸部32、33與凹部52,62嵌合。這意味著，在凸部32、33因吸濕而膨脹時，不會使凸部32、33的前端部分與凹部52、62的底面發(fā)生接觸而在層疊方向、即解除凸部32、33與凹部52、62的嵌合關(guān)系的方向上產(chǎn)生反力。其結(jié)果是，無需用于對凸部32、33的膨脹引起的燃料電池20的向?qū)盈B方向的變形進行抑制的緊固載荷，從而能夠減少緊固載荷。另外，在燃料電池20中，凸部32、33的比凸形狀的根部靠前端側(cè)的至少一部分具有與層疊的方向相交的方向上的截面積較大的形狀，凹部52、62的比凹形狀的開口部靠內(nèi)部側(cè)的至少一部分具有開口截面積較大的形狀。因此，若一次使凸部32、33與凹部52、62嵌合，則該嵌合關(guān)系難以消除。例如，即使反應(yīng)氣體的氣體壓力稍高，也不會出現(xiàn)凸部32、33被氣體壓力壓迫而凸部32、33與凹部52、62的嵌合關(guān)系消失。因此，無需為了維持嵌合關(guān)系而過剩地施加緊固載荷。即，能夠減少燃料電池20的緊固載荷。另外，凸部32、33通過電解質(zhì)而與電解質(zhì)膜30 —體形成，因此伴隨著燃料電池20的運轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的生成水容易到達凸部32、33。即，能夠可靠地使凸部32、33膨脹，從而能夠充分確保凸部32、33與凹部52、62之間的密封性。另外，燃料電池20使凸部32、33與凹部52、62嵌合，將MEGA45和隔板50、60層疊，因此MEGA45與隔板50、60能夠容易地拆裝。因此，在僅燃料電池20的一部分的構(gòu)件發(fā)生破損或劣化時，能夠容易地僅更換破損的部件。例如，在MEGA45發(fā)生了破損時，僅更換MEGA45，能夠與已存的隔板50、60重新層疊。其結(jié)果是，有助于修理的低成本化、省資源化。而且，燃料電池20也無需襯墊等作為密封構(gòu)件。此外，在燃料電池20的制造階段，在將MEGA45與隔板50、60層疊時，兩者的位置關(guān)系通過凸部32、33和凹部52、62而唯一確定，因此能夠抑制層疊時的位置錯動。而且，由于在厚度薄的MEGA45上形成有凸部32、33，因此在燃料電池20的制造時，MEGA45的處理性提高。對上述的緊固載荷的減少效果進行進一步說明。圖3表示作為比較例的襯墊密封類型的燃料電池120的結(jié)構(gòu)。在圖3中，對于與燃料電池20相同的結(jié)構(gòu)，標(biāo)注與圖I相同的標(biāo)號而省略說明。如圖示那樣，燃料電池120在MEGA145的兩面層疊隔板150、160而構(gòu)成。而且，燃料電池120在MEGA145的外緣部具備襯墊170。電解質(zhì)膜130的端部埋入到襯墊170的內(nèi)部。該襯墊170具有隔板150側(cè)相對于層疊面突出的凸部175。所述燃料電池120在與另一燃料電池(圖示省略)層疊時，借助緊固力而使凸部175與另一燃料電池的隔板充分接觸，由此確保密封。圖4表示作為實施例的燃料電池20與作為比較例的燃料電池120中的、緊固載荷與電極面壓的關(guān)系的一例。如圖示那樣，若緊固載荷的值相同，則燃料電池20的電極面壓增大約11%。這是由于，在燃料電池120的結(jié)構(gòu)中，通過襯墊170的凸部175來承受緊固載荷，因此電極面壓相應(yīng)地減少，但在燃料電池20的結(jié)構(gòu)中，由于沒有襯墊170那樣的突出形狀，因此電極面壓不會減少。圖4的結(jié)果反過來說的話，為了確保同一電極面壓，燃料電池20所需的緊固載荷減小10%左右。這意味著，通過上述的各種結(jié)構(gòu)減少了確保密封性所需的緊固載荷。所述燃料電池20的變形例作為燃料電池220如圖5所示。在圖5中，對于與圖I相同的結(jié)構(gòu)，標(biāo)注與圖I相同的標(biāo)號。以下，對于燃料電池220,省略與燃料電池20相同的結(jié)構(gòu)的說明，僅說明與燃料電池20不同的點。燃料電池220具備的MEGA245的電解質(zhì)膜230與燃料電池20同樣地具備外緣部231。在該外緣部231的兩面形成的凸部232、233形成在正交方向上不同的位置。而且，由于這一點，分別與凸部232、233嵌合的隔板250、60的凹部252和凹部262形成在與凸部232、233對應(yīng)的位置。所述結(jié)構(gòu)的燃料電池220根據(jù)凸部232、233的形成位置，能夠容易地區(qū)別MEGA245的正面和背面。而且，外緣部31的形成了凸部232、233的位置的相反側(cè)的面平坦，因此在燃料電池220的制造階段，容易使凸部232、233從平坦的面?zhèn)认虬疾?52、262嵌入，燃料電池220的制造變得容易。B.第二實施例對本發(fā)明的第二實施例進行說明。第二實施例僅燃料電池的制造方法與第一實施例不同。在此，對于作為第二實施例的燃料電池的制造方法，說明作為上述的燃料電池220的制造方法。燃料電池220的制造方法的工序圖如圖6所示。如圖示那樣，在燃料電池220的制造方法中，首先準(zhǔn)備MEGA245和隔板250、260 (步驟S310)。構(gòu)成在此準(zhǔn)備的MEGA245的電解質(zhì)膜230上，在該時刻，未形成凸部232、233。準(zhǔn)備MEGA245和隔板250、260后，接著，在MEGA245的形成凸部232、233的位置、換言之在與隔板250、260的凹部252、262對應(yīng)的位置上涂敷離聚物235 (液體狀的電解質(zhì))(步驟S320)。需要說明的是，該工序并非必須。涂敷離聚物235后，接著，將MEGA245與隔板250、260層疊(步驟S330)。將MEGA245與隔板250、260層疊后，接著，反復(fù)進行干燥和濕潤(步驟S340)。該工序在本實施例中將層疊的MEGA245及隔板250、260安設(shè)在規(guī)定的密閉環(huán)境中。并且，通過反復(fù)進行使該密閉環(huán)境的相對濕度RH從100%變化為30%的工序和從30%變化為100%的工序來實現(xiàn)。需要說明的是，使相對濕度RH變化的范圍只要適當(dāng)設(shè)定即可。當(dāng)相對濕度RH升高時，MEGA245的電解質(zhì)膜230吸濕而膨脹。另一方面，當(dāng)相對濕度RH降低時，電解質(zhì)膜230放濕而收縮。即，通過反復(fù)進行干燥和濕潤，電解質(zhì)膜230反復(fù)進行膨脹和收縮。通過上述操作，電解質(zhì)膜230逐漸進入到隔板250、260的凹部252、262，最終在電解質(zhì)膜230上形成凸部232、233。需要說明的是，由于電解質(zhì)的膨脹特性的不同，步驟S340的工序只要使電解質(zhì)膜230的含水率從低水分側(cè)向高水分側(cè)至少變化I次即可。即，由于電解質(zhì)膜230的I次的膨脹，而電解質(zhì)膜230充分進入到隔板250、260的凹部252、262時，也可以使電解質(zhì)膜230的含水率從低水分側(cè)向高水分側(cè)變化I次。所述燃料電池220的制造方法利用通過電解質(zhì)膜230的吸濕而膨脹的特性來形成凸部232、233，因此在MEGA245的制造階段，無需形成凸部232、233。即，可以省略凸部232、233的成形工序，因此能夠簡化燃料電池220的制造工序。而且，在將MEGA245與隔板250、260層疊的工序中，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，因此能夠簡化燃料電池220的制造工序。另外，在MEGA245的與形成凸部232、233的位置對應(yīng)的位置涂敷離聚物235，因此容易填埋隔板250、260的凹部252、262與MEGA245的凸部232、233的間隙。其結(jié)果是，能夠提高凹部252、262與凸部232、233之間的密封性?；蛘吣軌驕p少上述步驟S340的反復(fù)進行干燥和濕潤的次數(shù)。C.第三實施例
對本發(fā)明的第三實施例進行說明。作為第三實施例的燃料電池420的概略結(jié)構(gòu)如圖7所示。在圖7中，對于與第一實施例(圖2)相同的結(jié)構(gòu)，標(biāo)注與圖2相同的標(biāo)號。以下，對于燃料電池420，省略與第一實施例相同的結(jié)構(gòu)的說明，僅說明與第一實施例不同的點。構(gòu)成作為第三實施例的燃料電池420的MEGA445的電解質(zhì)膜430在外緣部431的內(nèi)部具備內(nèi)部構(gòu)件471這一點與第一實施例不同。該內(nèi)部構(gòu)件471是彈性比形成電解質(zhì)膜430的電解質(zhì)小的板狀的構(gòu)件。在圖7所示的剖面中，內(nèi)部構(gòu)件471形成為大致效仿形成于外緣部431的凸部432、433的凸形狀的形狀。在本實施例中，內(nèi)部構(gòu)件471在正交方向上，在外緣部431的大致整體上形成為直線，而且，在與凸部432、433對應(yīng)的位置上，效仿凸部432、433的凸形狀而形成凸形狀部472,4730該凸形狀部472、473到達凸部432、433的內(nèi)部。需要說明的是，內(nèi)部構(gòu)件471也可以僅在與凸部432、433對應(yīng)的位置上配置成凸形狀。或者內(nèi)部構(gòu)件471也可以還配置在電解質(zhì)膜430的發(fā)電面。這種情況下，至少發(fā)電面的內(nèi)部構(gòu)件471需要形成為網(wǎng)形狀，以免妨礙電解質(zhì)膜30的離子傳導(dǎo)性。而且，內(nèi)部構(gòu)件可以為2個以上。例如，可以在隔板250側(cè)和隔板260側(cè)各設(shè)置I個。如此，在凸部432、433的內(nèi)部，以大致效仿凸部432、433的形狀的形狀具備彈性比電解質(zhì)膜30的材質(zhì)即電解質(zhì)小的內(nèi)部構(gòu)件471，由此，即使由于時間的經(jīng)過或溫度的上升，凸部432、433也難以蠕變(creep)，因此能夠提高密封結(jié)構(gòu)的耐久性。而且，若使內(nèi)部構(gòu)件471具有適度的彈性，則對內(nèi)部構(gòu)件471的凸形狀部472、473作用有要向正交方向擴寬的力。其結(jié)果是，凸部432、433由凸形狀部472、473的作用力按壓在隔板250、260的凹部252,262的側(cè)面。因此，能夠提高凸部432、433與凹部252、262之間的密封性。在本實施例中，內(nèi)部構(gòu)件471由形狀記憶金屬構(gòu)成。形狀記憶金屬在本實施例中使用了鈦-鎳合金，但并未特別限定，例如，也可以是鐵-錳-硅合金等。作為具體的形狀記憶金屬的組成，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 (約 15at%Sn)、Cu-Zn (38. 5 41. 5wt%Zn)、Cu-Zn-X(X=Si、Al、Sn)、Fe-Pt (約 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，內(nèi)部構(gòu)件471的材質(zhì)也可以使用形狀記憶樹脂。本來，內(nèi)部構(gòu)件471的材質(zhì)無需具有形狀記憶特性，只要是彈性比電解質(zhì)膜30的材質(zhì)即電解質(zhì)小的材質(zhì)即可。例如,可以是PEN、PP等樹脂，也可以是各種金屬材料。本實施例的內(nèi)部構(gòu)件471具有如下的形狀記憶特性，即在燃料電池420的額定運轉(zhuǎn)溫度區(qū)域中，成為凸形狀部472、473的正交方向的寬度相對大的形狀，在常溫即燃料電池420的制造時的環(huán)境溫度區(qū)域中，成為凸形狀部472、473的正交方向的寬度相對小的形狀。通過具有所述形狀記憶特性，在燃料電池420的制造階段，在將MEGA445與隔板250、260層疊時，凸形狀部472、473的正交方向的寬度相對減小，因此容易使MEGA445的凸部432,433嵌入到隔板250、260的凹部252、262。其結(jié)果是，燃料電池420的制造變得容易。而且，在燃料電池420的額定運轉(zhuǎn)時，由于凸形狀部472、473的正交方向的寬度相對增大，因此凸部432、433與凹部252、262之間的緊貼性增大，能夠提高密封性。需要說明的是，內(nèi)部構(gòu)件471的相變點優(yōu)選設(shè)定在比燃料電池20的制造時的環(huán)境溫度區(qū)域高的溫度且極低的溫度。這是因為，即使在燃料電池420的運轉(zhuǎn)的啟動時，也優(yōu)選提高密封性。但是，內(nèi)部構(gòu)件471的形狀記憶特性并不局限于上述的例子。例如，內(nèi)部構(gòu)件471也可以具有如下的形狀記憶特性，即在燃料電池420的額定運轉(zhuǎn)溫度區(qū)域，成為凸形狀部472,473的正交方向的寬度相對小的形狀，在常溫附近即燃料電池420的運轉(zhuǎn)的啟動時的運轉(zhuǎn)溫度區(qū)域，成為凸形狀部472、473的正交方向的寬度相對大的形狀。通過具有上述形狀記憶特性，在燃料電池420的運轉(zhuǎn)的啟動時，凸形狀部472、473的正交方向的寬度相對增大，因此凸部432、433與凹部252、262之間的緊貼性增大，能夠充分地提高密封性。另一方面，在燃料電池420的額定運轉(zhuǎn)時，凸形狀部472、473的正交方向的寬度相對變小，內(nèi)部構(gòu)件471產(chǎn)生的密封性提高效果減小，但在額定運轉(zhuǎn)時，電解質(zhì)膜430因吸濕而充分膨脹，因此能夠確保充分的密封性。在上述情況下，內(nèi)部構(gòu)件471的相變點可以考慮燃料電池420的運轉(zhuǎn)的啟動時的電解質(zhì)膜430的溫度與吸濕特性的關(guān)系進行設(shè)定。以下，說明所述結(jié)構(gòu)的燃料電池420的制造方法的具體例子。構(gòu)成燃料電池420的MEGA455例如可以如下制作。首先，準(zhǔn)備2個電解質(zhì)膜和內(nèi)部構(gòu)件471，按照電解質(zhì)膜、內(nèi)部構(gòu)件471、電解質(zhì)膜的順序?qū)盈B而進行熱壓處理，制作外緣部431。然后，將陽極電極41、陰極電極42、氣體擴散層43、44層疊而成的電解質(zhì)膜與外緣部431通過熱壓處理等接合，來制作MEGA455。如此制作的MEGA455若與第一實施例同樣地與隔板250、260層疊，則完成燃料電池420。D.第四實施例對本發(fā)明的第四實施例進行說明。作為第四實施例的燃料電池520的概略結(jié)構(gòu)如圖8所不。在圖8中,對于與第一實施例(圖2)相同的結(jié)構(gòu),標(biāo)注與圖2相同的標(biāo)號。以下,對于燃料電池520，省略與第一實施例相同的結(jié)構(gòu)的說明，僅說明與第一實施例不同的點。構(gòu)成作為第四實施例的燃料電池520的隔板550、560在與MEGA245的凸部232、233對應(yīng)的位置上具備凹部552、562。在該凹部552、562的形成凹陷的面和該凹部552、562的周邊的隔板550、560的表面上分別接合形狀記憶構(gòu)件553、563。在本實施例中，形狀記憶構(gòu)件553、563由形狀記憶合金構(gòu)成。在此，形狀記憶合金使用了鈦-鎳合金，但與第三實施例的內(nèi)部構(gòu)件471同樣地并未特別限定。本實施例的形狀記憶構(gòu)件553、563具有如下的形狀記憶特性，即在燃料電池520的額定運轉(zhuǎn)溫度區(qū)域中，成為形狀記憶構(gòu)件553、563的開口部的正交方向的寬度相對小的形狀，在常溫即燃料電池520的制造時的環(huán)境溫度區(qū)域中，成為該開口部的正交方向的寬度相對大的形狀。由于具有上述形狀記憶特性，在燃料電池520的制造階段，在將MEGA245與隔板550、560層疊時，形狀記憶構(gòu)件553、563的開口部的正交方向的寬度相對增大，因此凹部552、562效仿形狀記憶構(gòu)件553、563的形狀，容易使MEGA245的凸部232、233嵌入到具備形狀記憶構(gòu)件553、563的凹部552、562內(nèi)。其結(jié)果是，燃料電池520的制造變得容易。而且，在燃料電池520的額定運轉(zhuǎn)時，由于形狀記憶構(gòu)件553、563的開口部的正交方向的寬度相對減小，因此凹部552、562效仿形狀記憶構(gòu)件553、563的形狀，并且凸部232、233與形狀記憶構(gòu)件553、563之間的緊貼性增大，能夠提高密封性。需要說明的是，形狀記憶構(gòu)件553、563只要至少與形成凹部552、562的面接合即可。而且，形狀記憶構(gòu)件553、563的相變點優(yōu)選設(shè)定在比燃料電池520的制造時的環(huán)境溫度區(qū)域高的溫度且極低的溫度。
但是，形狀記憶構(gòu)件553、563的形狀記憶特性并不局限于上述的例子。例如，形狀記憶構(gòu)件553、563也可以具有如下的形狀記憶特性，即在燃料電池520的額定運轉(zhuǎn)溫度區(qū)域中，成為形狀記憶構(gòu)件553、563的開口部的正交方向的寬度相對大的形狀，在常溫附近即燃料電池520的運轉(zhuǎn)的啟動時的運轉(zhuǎn)溫度區(qū)域中，成為該開口部的正交方向的寬度相對小的形狀。通過具有所述形狀記憶特性，在燃料電池520的運轉(zhuǎn)的啟動時，凹部552、562的正交方向的寬度相對減小，因此凸部232、233與形狀記憶構(gòu)件553、563之間的緊貼性增大，能夠提高密封性。另一方面，在燃料電池520的額定運轉(zhuǎn)時，凹部552、562的正交方向的寬度相對變大，形狀記憶構(gòu)件553、563產(chǎn)生的密封性提高效果減小，但在額定運轉(zhuǎn)時，電解質(zhì)膜230因吸濕而膨脹，因此能夠確保充分的密封性。在上述情況下，形狀記憶構(gòu)件553、563的相變點可以考慮燃料電池520的運轉(zhuǎn)的啟動時的電解質(zhì)膜230的溫度與吸濕特性的關(guān)系來設(shè)定。E.第五實施例對本發(fā)明的第五實施例進行說明。作為第五實施例的燃料電池620的概略結(jié)構(gòu)如圖9所不。在圖9中,對于與第一實施例(圖2)相同的結(jié)構(gòu),標(biāo)注與圖2相同的標(biāo)號。以下,對于燃料電池620，省略與第一實施例相同的結(jié)構(gòu)的說明，僅說明與第一實施例不同的點。構(gòu)成作為第五實施例的燃料電池620的隔板650、660在與構(gòu)成MEGA645的電解質(zhì)膜630的凸部632、633對應(yīng)的位置分別具備凹部652、662。另外，隔板650在與隔板660的凹部662對應(yīng)的位置具備從隔板650的層疊面向隔板660側(cè)突出的突出部655。該突出部655與電解質(zhì)膜630的凸部633抵接。同樣地，隔板660在與隔板650的凹部652對應(yīng)的位置具備從隔板660的層疊面向隔板650側(cè)突出的突出部665。該突出部665與電解質(zhì)膜630的凸部632抵接。構(gòu)成上述燃料電池620的電解質(zhì)膜630的凸部632、633的形狀如圖10所示，利用成形模具680、690從兩面對膜狀的電解質(zhì)膜630進行熱壓處理，由此能夠成形。該成形模具680具備用于形成凸部632的凹部681和用于形成凸部633的凸部682。同樣地,成形模具690具備用于形成凸部632的凸部692和用于形成凸部633的凹部691。凹部681、691的形狀對應(yīng)于凸部632、633的形狀而成形。凸部682、692以能夠?qū)㈦娊赓|(zhì)膜630按壓到凹部681、691的內(nèi)部的層疊方向的長度形成。需要說明的是，上述的第一 第四實施例的電解質(zhì)膜也可以通過同樣的方法成形。但是，凸部632、633可以與第一實施例同樣地對電解質(zhì)的塊進行熱壓接。這種情況下，突出部655、665只要與電解質(zhì)膜630抵接即可。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池620在電解質(zhì)膜630與隔板650之間、及電解質(zhì)膜630與隔板660之間的任一者中都在兩個部位進行密封。例如，電解質(zhì)膜630與隔板650之間的密封在凸部632與凹部652之間、及凸部633與突出部655之間這兩個部位進行。因此，能夠提高密封性。而且，即使萬一兩處密封部位中的一處的密封被解除，也能通過另一方的密封部位來確保密封，因此密封的可靠性提高。需要說明的是，突出部655、665的層疊方向的剖面形狀并不局限于矩形形狀。例如，可以是突出部655、665的前端部沿著正交方向擴寬的形狀。如此的話，能夠提高正交方向的密封性，因此無需大的緊固載荷以確保突出部655、665的密封性。而且，也可以是隔板650、660中的僅一方具備突出部的結(jié)構(gòu)。F.第六實施例對本發(fā)明的第六實施例進行說明。作為第六實施例的燃料電池720的概略結(jié)構(gòu)如圖11所不。在圖11中,對于與第一實施例(圖2)相同的結(jié)構(gòu),標(biāo)注與圖2相同的標(biāo)號。以下，對于燃料電池720，省略與第一實施例相同的結(jié)構(gòu)的說明，僅說明與第一實施例不同的點。構(gòu)成作為第六實施例的燃料電池720的MEGA745在具備支承構(gòu)件737、738這一點與第一實施例不同，其中所述支承構(gòu)件737、738的彈性比MEGA745的電解質(zhì)膜730具備的凸部732、733小。在本實施例中，該支承構(gòu)件737配置在正交方向的電解質(zhì)膜730的形成有凸部733的位置的、與形成了凸部733的電解質(zhì)膜730的面相反側(cè)的面的表面上。同樣地，支承構(gòu)件738配置在正交方向的電解質(zhì)膜730的形成有凸部732的位置的、與形成了凸部732的電解質(zhì)膜730的面相反側(cè)的面的表面上。而且，支承構(gòu)件738與陰極電極42及氣體擴散層44相鄰配置。在本實施例中，作為支承構(gòu)件737、738，使用了 PP樹脂。但是，可以使用PEN等樹脂，也可以使用各種金屬材料。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池720通過支承構(gòu)件737、738能夠提高凸部732、733的強度。而且，支承構(gòu)件738與陰極電極42及氣體擴散層44相鄰配置，因此能夠抑制氣體擴散層44等的邊緣陷入電解質(zhì)膜730而使電解質(zhì)膜730發(fā)生破損的情況。需要說明的是，支承構(gòu)件737、738可以配置在正交方向的電解質(zhì)膜730的形成有凸部733、734的位置的、電解質(zhì)膜730的內(nèi)部?；蛘咧С袠?gòu)件737、738可以配置在凸部732、733的內(nèi)部。如此的話，能夠提高凸部732、733的強度。其結(jié)果是，凸部732、733難以蠕變，因此能夠提高密封結(jié)構(gòu)的耐久性。G.第七實施例對本發(fā)明的第七實施例進行說明。作為第七實施例的燃料電池820的概略結(jié)構(gòu)如圖12所不。在圖12中,對于與第一實施例(圖2)相同的結(jié)構(gòu),標(biāo)注與圖2相同的標(biāo)號。以下，對于燃料電池820，省略與第一實施例相同的結(jié)構(gòu)的說明，僅說明與第一實施例不同的點。作為第七實施例的燃料電池820的MEGA845的結(jié)構(gòu)與第一實施例不同。具體而言，MEGA845的形成在電解質(zhì)膜830的外緣部831上的凸部832、833的材質(zhì)與電解質(zhì)膜830的材質(zhì)不同。在本實施例中，作為凸部832、833，使用了水膨潤性聚氨脂。但是，凸部832、833只要通過因吸濕而膨脹的高分子材料形成即可。在本實施例中，該凸部832、833與外緣部831進行熱壓接。另外，作為本實施例的變形例的燃料電池920的概略結(jié)構(gòu)如圖13所示。在該例子中，構(gòu)成MEGA945的電解質(zhì)膜930僅形成在發(fā)電面上。在該MEGA945的外緣部配置有通過因吸濕而膨脹的高分子材料形成的高分子構(gòu)件931。在本實施例中，高分子構(gòu)件931與MEGA945進行熱壓接。在該高分子構(gòu)件931上通過與931相同的材質(zhì)一體地形成凸部932、933。上述MEGA945及高分子構(gòu)件931相當(dāng)于技術(shù)方案的發(fā)電體。從以上的說明可知，構(gòu)成燃料電池的密封結(jié)構(gòu)的凸部無需形成作為電解質(zhì)膜的一部分，也可以與電解質(zhì)膜分體構(gòu)成。H.第八實施例對本發(fā)明的第八實施例進行說明。作為第八實施例的燃料電池1020的概略結(jié)構(gòu)如圖14所示。以下，對于燃料電池1020，省略與第一實施例相同的結(jié)構(gòu)的說明，僅說明與第一實施例不同的點。圖14表示燃料電池1020的外緣部的周邊的層疊方向的剖面的一部分。在圖14中，省略了燃料電池1020的中央部即層疊有陽極電極、陰極電極等的發(fā)電面的圖示。如圖示那樣，在燃料電池1020的電解質(zhì)膜的外緣部1031形成有凸部1032、1033。而且，在隔板1050、1060形成有凹部1052、1062。在形成該凸部1032、1033的面中的外側(cè)(與上述的發(fā)電面相反側(cè))的側(cè)面上分別形成有螺紋槽1037、1038。而且，在形成凹部1052、1062的面中的外側(cè)的側(cè)面上分別形成有螺紋槽1057、1067。螺紋槽1037、1038與螺紋槽1057、1067分別形成為相互嵌合的形狀。在圖14中，表示了使該螺紋槽1037、1038與螺紋槽1057、1067嵌合，并將隔板1050、1060與MEGA層疊的狀態(tài)。需要說明的是，也可以是，螺紋槽1037、1038在形成凸部1032、1033的面中的內(nèi)側(cè)的側(cè)面上形成，螺紋槽1057、1067在形成凹部1052、1062的面中的內(nèi)側(cè)的側(cè)面上形成。從層疊方向觀察該燃料電池1020的姿態(tài)如圖15所示。如圖示那樣，本實施例的燃料電池1020的正交方向的剖面形成為圓形。圖中的單點劃線表示螺紋槽1037、1038與螺紋槽1057、1067相互嵌合的位置。在燃料電池1020的外緣部設(shè)有外部歧管1080。該外部歧管1080分別對于燃料氣體、氧化氣體、冷卻水而言具備將沿著層疊方向連通的歧管與燃料電池1020連通的孔部(圖示省略)，通過該歧管及連通孔，相對于燃料電池1020，進行燃料氣體、氧化氣體、冷卻水的供給及排出。從正交方向觀察燃料電池1020的姿態(tài)如圖16所示。在該圖中，表示將燃料電池1020層疊多個的狀態(tài)。在多個燃料電池1020的外緣共通設(shè)置的外部歧管1080由設(shè)置在外部歧管1080的外緣的多個帶1090朝向內(nèi)側(cè)緊固。通過該緊固力，能確保外部歧管1080與燃料電池1020的密封性。上述結(jié)構(gòu)的燃料電池1020中，凸部1032、1033與凹部1052、1062分別通過螺紋結(jié)構(gòu)嵌合，因此嵌合關(guān)系變得牢固，密封性提高。而且，由于它們的嵌合關(guān)系不易消失，因此能夠提高密封的可靠性。反過來說，能夠減少燃料電池1020的緊固載荷。而且，即使凸部1032、1033產(chǎn)生蠕變，由于嵌合關(guān)系難以消失，因此密封的耐久性也得到提高。螺紋槽1037、1038及螺紋槽1057、1067的規(guī)格(間距、高度、角度等)只要考慮燃料電池1020的反應(yīng)氣體的氣體壓、冷卻水的水壓、密封部位的受壓面積等，設(shè)定必要的緊固轉(zhuǎn)矩，并能夠確保該緊固轉(zhuǎn)矩地進行設(shè)定即可。需要說明的是，凸部1032、1033可以形成為在螺紋槽1037、1038的表面附近的內(nèi)部具備效仿螺紋槽1037、1038的形狀的加強材料的結(jié)構(gòu)?；蛘咭部梢孕纬蔀樵诼菁y槽1037、1038的表面粘貼有效仿螺紋槽1037、1038的形狀的加強材料的結(jié)構(gòu)。作為加強材料，只要是比螺紋槽1037、1038的材質(zhì)即電解質(zhì)的彈性小的材質(zhì)即可。如此，螺紋槽1037、1038的形狀變得牢固。其結(jié)果是，能夠提高密封性和耐久性。而且，能夠提高緊固轉(zhuǎn)矩的設(shè)計值的自由度。I.變形例對上述的實施例的變形例進行說明。1-1.變形例 I :對電解質(zhì)膜與隔板之間進行密封的凹凸形狀并未特別受限制。該凹凸形狀的另一例如圖17所示。在該例子中，形成在構(gòu)成燃料電池1120的電解質(zhì)膜1130上的凸部1132的層疊方向的剖面形狀形成為從凸形狀的根部朝向前端部呈倒錐狀變寬的梯形形狀。而且，隔板1150的凹部1152的層疊方向的剖面形狀形成為效仿凸部1132的形狀的形狀即凹形狀的開口截面積從開口部朝向內(nèi)部變大的梯形形狀。即使為上述凹凸形狀，凸部1132與凹部1152的嵌合關(guān)系也不易消除，因此起到該點引起的上述的效果。
另外，該凹凸形狀的另一例如圖18所示。在該例子中，形成在構(gòu)成燃料電池1220的電解質(zhì)膜1230上的凸部1232的層疊方向的剖面形狀形成為矩形形狀。而且，隔板1250的凹部1252的層疊方向的剖面形狀形成為效仿凸部1232的形狀的形狀，即，矩形形狀。即使為上述的凹凸形狀，凸部1232也因吸濕而膨脹，由此能夠在正交方向上進行密封，因此起到該點引起的上述的效果。1-2.變形例 2 :在上述的實施方式中，示出了構(gòu)成密封結(jié)構(gòu)的凸部和凹部中的凸部通過具有因吸濕而膨脹的性質(zhì)的高分子材料形成的結(jié)構(gòu)，但也可以將凸部取代，或在此基礎(chǔ)上也可以通過該高分子材料來形成凹部。上述結(jié)構(gòu)的具體例子如圖19所示。在圖19中，對于與第一實施例(圖2)相同的結(jié)構(gòu),標(biāo)注與圖2相同的標(biāo)號。以下,對于作為變形例的燃料電池1320,省略與第一實施例相同的結(jié)構(gòu)的說明，僅說明與第一實施例不同的點。構(gòu)成燃料電池1320的MEGA1345的電解質(zhì)膜1330以與發(fā)電面相同的厚度向比發(fā)電面靠外側(cè)延長。在上述MEGA1345的外緣部配置襯墊1331。電解質(zhì)膜1330的端部埋入到襯墊1331的內(nèi)部。在該襯墊1331的層疊方向的兩面分別形成有向?qū)盈B方向突出的凸部1332、1333。凸部1332、1333與襯墊1331為相同的材質(zhì)，與襯墊1331—體地形成。在本實施例中，襯墊1331由丁基橡膠構(gòu)成。在本實施例中，在MEGA1345的外緣部通過注塑成形而形成襯墊1331，由此一體地形成MEGA1345和襯墊1331。該MEGA1345和襯墊1331相當(dāng)于技術(shù)方案的發(fā)電體。需要說明的是，襯墊1331可以與第一實施例同樣地是與電解質(zhì)膜1330一體形成的電解質(zhì)膜。在該MEGA1345的層疊面的兩面上層疊的隔板1350、1360中的與凸部1332、1333對應(yīng)的位置上分別形成沿層疊方向凹陷的凹部1352、1362。在形成該凹部1352、1362的面上分別接合高分子構(gòu)件1337、1338。高分子構(gòu)件1337、1338由具有因吸濕而膨脹的性質(zhì)的高分子材料構(gòu)成。在本實施例中，高分子構(gòu)件1337、1338使用與電解質(zhì)膜1330同質(zhì)的電解質(zhì)。需要說明的是，高分子構(gòu)件1337、1338只要至少配置在該凹部1352、1362的內(nèi)側(cè)側(cè)面上即可。另一具體例如圖20所示。在圖20中，對于與第一實施例(圖2)相同的結(jié)構(gòu)，標(biāo)注與圖2相同的標(biāo)號。以下,對于作為變形例的燃料電池1420,省略了與第一實施例相同的結(jié)構(gòu)的說明，僅說明與第一實施例不同的點。構(gòu)成燃料電池1420的MEGA1445的電解質(zhì)膜1430在其外緣部具備通過電解質(zhì)形成的外緣部1431作為電解質(zhì)膜1430的一部分。在該外緣部1431的層疊方向的兩面分別形成有沿層疊方向凹陷的凹部1437、1438。而且，在隔板1450、1460的與凹部1437、1438對應(yīng)的位置上具備沿層疊方向突出的凸部1456、1466。該凸部1456、1466形成作為隔板1450、1460的一部分，但也可以與其他的構(gòu)件進行接合。上述凸部1456、1466與凹部1437、1438嵌合，從而確保電解質(zhì)膜1430與隔板1450、1460的密封。該密封結(jié)構(gòu)的凹凸形狀在此表示作為圖17所示的形狀。需要說明的是，凹部1437、1438在外緣部1431具備波紋形狀時，也可以利用該波紋作為凹部。1-3.變形例 3 上述的各種密封結(jié)構(gòu)當(dāng)然可以任意地組合采用。例如，進行密封的凹形狀和凸形狀的兩方也可以通過具有因吸濕而膨脹的性質(zhì)的高分子材料形成。
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1-4.變形例 4 在上述的實施方式中，示出了在MEGA的層疊面的兩面上采用凹凸形狀產(chǎn)生的密封結(jié)構(gòu)的例子，但也可以僅在一面采用。以上，對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但上述的實施方式的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)要素中的獨立權(quán)項記載的要素以外的要素是附加性的要素，可以適當(dāng)省略或組合。而且，本發(fā)明并不局限于這種實施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，當(dāng)然能夠以各種形態(tài)來實施。例如，本發(fā)明并不局限于實施例所示的固體高分子型燃料電池，也可以適用于水分作為液體而存在的條件下運轉(zhuǎn)的各種燃料電池、例如直接甲醇型燃料電池。
0150]工業(yè)實用性0151]本發(fā)明也能夠適用于在水分作為液體而存在的條件下運轉(zhuǎn)的各種燃料電池。0152]標(biāo)號說明0153]20、120、220、420、520、620、720、820、920、1020、1120、1220、1320 …燃料電池0154]30、130、230、430、630、730、830、930、1130、1230、1330、1430 …電解質(zhì)膜0155]31、231、431、831、1031、1431..外緣部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…陽極電極0159]42…陰極電極0160]43、44…氣體擴散層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…襯墊0169]175…凸部0170]235…離聚物0171]471…內(nèi)部構(gòu)件0172]472、473…凸形狀部0173]553、563…形狀記憶構(gòu)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…支承構(gòu)件0179]931…高分子構(gòu)件0180]1037、1038…螺紋槽
1057、1067…螺紋槽
1080…外部歧管
1090…帶
1331…襯塾
1337、1338…高分子構(gòu)件
1437、1438…凹部
1456、1466…凸部
CP…接觸部位
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，將至少具備電解質(zhì)膜的發(fā)電體與隔板層疊而成，其中，具備密封部，該密封部中，沿所述層疊的方向突出而形成在所述發(fā)電體及所述隔板的一方的凸部與沿該層疊的方向凹陷而形成在所述發(fā)電體及所述隔板的另一方的凹部嵌合，在所述燃料電池的外周部，在所述發(fā)電體與所述隔板之間將供該燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)氣體密封，所述凸部及所述凹部的至少一方由因吸濕而膨脹的高分子材料形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池，其中，所述凸部和所述凹部通過至少在與所述層疊方向相交的方向上接觸，而進行所述密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池，其中，在所述凸部的突出的前端與所述凹部的凹陷的底面之間，在由所述高分子材料形成的凸部及凹部的至少一方因吸濕而膨脹的狀態(tài)下具有空隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求廣3中任一項所述的燃料電池，其中，所述凸部的比該凸部的突出的根部靠前端側(cè)的至少一部分具有與所述層疊的方向相交的方向上的截面積較大的形狀，所述凹部的比該凹部的開口部靠內(nèi)部側(cè)的至少一部分具有開口截面積較大的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求廣4中任一項所述的燃料電池，其中，所述凸部形成于所述發(fā)電體，所述凹部形成于所述隔板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池，其中，所述凸部由所述高分子材料形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池，其中，所述高分子材料為電解質(zhì)，所述凸部通過所述電解質(zhì)而與所述電解質(zhì)膜一體形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的燃料電池，其中，在所述凸部的內(nèi)部，還以大致效仿該凸部的形狀的形狀具備彈性比所述高分子材料小的內(nèi)部構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其中，所述內(nèi)部構(gòu)件由形狀記憶構(gòu)件形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求6、中任一項所述的燃料電池，其中，在所述隔板的凹部的內(nèi)徑的側(cè)面上接合有形狀記憶構(gòu)件。
11.根據(jù)權(quán)利要求5 10中任一項所述的燃料電池，其中，形成有所述凹部的隔板是層疊在所述發(fā)電體的兩面上的I對隔板，所述I對隔板的至少一方在與形成于另一方的隔板上的凹部對應(yīng)的位置具備朝向該凹部突出的突出部，所述突出部在所述一方的隔板與所述發(fā)電體之間將所述反應(yīng)氣體密封。
12.根據(jù)權(quán)利要求6 10中任一項所述的燃料電池，其中，在所述凸部的內(nèi)部具備彈性比所述高分子材料小的支承構(gòu)件。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池，其中，在形成有所述凸部的位置處的、所述電解質(zhì)膜的內(nèi)部或該電解質(zhì)膜的形成有該凸部的面的相反側(cè)的面的表面上具備彈性比所述高分子材料小的支承構(gòu)件。
14.根據(jù)權(quán)利要求f13中任一項所述的燃料電池，其中，在所述凸部的側(cè)面和所述凹部的側(cè)面形成有相互嵌合的螺紋槽。
15.根據(jù)權(quán)利要求f14中任一項所述的燃料電池，其中，在所述發(fā)電體上，在該發(fā)電體的兩面形成有所述凸部或所述凹部，在所述發(fā)電體的兩側(cè)層疊的隔板的兩方形成有與所述凸部或所述凹部嵌合的所述凹部或所述凸部，所述發(fā)電體的凸部或凹部在該發(fā)電體的兩面間形成在不同的位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求廣5中任一項所述的燃料電池，其中，所述高分子材料為所述電解質(zhì)。
17.一種燃料電池的制造方法，所述燃料電池通過將至少具備電解質(zhì)膜的發(fā)電體與隔板層疊而成，所述燃料電池的制造方法包括第一工序，準(zhǔn)備作為所述發(fā)電體的具有僅由所述電解質(zhì)膜形成的外周部的發(fā)電體、及作為所述隔板的在該隔板的外周部具備相對于所述層疊的面凹陷的凹部的隔板；第二工序，以所述發(fā)電體的外周部與所述凹部對置的位置關(guān)系層疊所述發(fā)電體與所述隔板；及第三工序，使所述電解質(zhì)膜的含水率從低水分側(cè)向高水分側(cè)在規(guī)定的范圍內(nèi)至少變化一次，產(chǎn)生由所述電解質(zhì)膜的吸濕而帶來的膨脹，從而使該電解質(zhì)膜進入所述凹部，在該凹部確保所述電解質(zhì)膜與所述隔板之間的密封。
全文摘要
燃料電池將至少具備電解質(zhì)膜的發(fā)電體與隔板層疊而構(gòu)成。該燃料電池將向?qū)盈B的方向突出而形成在發(fā)電體及隔板的一方的凸部與向?qū)盈B的方向凹陷而形成在發(fā)電體及隔板的另一方的凹部嵌合，在燃料電池的外周部，在發(fā)電體與隔板之間，具備對供燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)氣體進行密封的密封部。該凸部及凹部的至少一方通過因吸濕而膨脹的高分子材料形成。密封部由于凸部及凹部的至少一方的吸濕而膨脹從而密封性提高，因此能夠減少燃料電池的緊固載荷。
文檔編號H01M8/02GK102939677SQ20108006741
公開日2013年2月20日 申請日期2010年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月15日
發(fā)明者吉川大雄, 中西淳二, 川角明人, 西田恒政, 壺阪健二, 齋藤丈明 申請人:豐田自動車株式會社