CN105393391A - 燃料电池的制造方法和燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使变形吸收构件的立起片可自分隔件单元受到的荷重增加的燃料电池的制造方法。在燃料电池(1)的制造方法中所使用的变形吸收构件(20)配设在阳极侧分隔件(11)和阴极侧分隔件(12)之间，并且具有薄板状的基材(21)和从基材的一个面(21a)呈格子状的地立起设置的多个立起片(22)。在配设工序中，将从设置于基材的一个面的立起片的基端(固定端部(22a))延伸出来的延伸部(自由端部(22b))与阴极侧分隔件或者阳极侧分隔件抵接地配设。在设定工序中，对阳极侧分隔件和阴极侧分隔件之间的沿着层叠方向(X)的间隔进行设定，以使立起片的变形超过弹性变形区域而进入塑性变形区域，且使伴随变形进行了移动的基端处于不与阴极侧分隔件或者阳极侧分隔件接触的区域。

Description

燃料电池的制造方法和燃料电池

技术领域

本发明涉及一种燃料电池的制造方法和燃料电池。

背景技术

以往，燃料电池是将多个分隔件和多个膜电极接合体交替层叠在一起而构成的。因为燃料电池对应于分隔件和膜电极接合体的层叠数量而获得高输出，所以希望使该层叠数量增加。通过使层叠多层的分隔件和膜电极接合体彼此充分地紧密接触，能够使电阻降低，从而达成所期望的电池性能。

但是，在由阳极侧分隔件和阴极侧分隔件构成的分隔件单元中，阳极侧分隔件的燃料气体(氢气)、冷却水的流路的部分以及阴极侧分隔件的氧化剂气体(含有氧气的空气或者纯氧)、冷却水的流路的部分由细微的凹凸形状形成，尺寸公差也较大。

因此，有在分隔件单元的阳极侧分隔件的流路的部分和阴极侧分隔件的流路的部分之间配设有相当于具有弹簧功能的变形吸收构件的增压板的结构。采用这样的变形吸收构件，即使对分隔件单元施加较高的按压力，也能够不使构成流路的凹凸形状的部分发生破损地均匀地按压(例如，参照专利文献1。)。

专利文献1：日本特许第4432518号公报

发明内容

发明要解决的问题

在这里，虽然通过使配设在分隔件单元的内部的变形吸收构件的立起片变形来吸收从分隔件单元施加的荷重，但是要求一种能够使该立起片的变形量最优化、并且使立起片可承受的荷重增加的技术。

本发明是为了解决上述课题而做成，其目的在于提供一种能够使变形吸收构件的立起片可自分隔件单元受到的荷重增加的燃料电池的制造方法和燃料电池。

用于解决问题的方案

在为了达成上述目的的本发明的燃料电池的制造方法中，使用分隔件单元、变形吸收构件以及膜电极接合体。分隔件单元具有阳极侧分隔件和阴极侧分隔件。变形吸收构件配设在阳极侧分隔件和阴极侧分隔件之间，具有薄板状的基材和从基材的一个面呈格子状地分别立起设置的多个立起片。膜电极接合体与分隔件单元邻接，是将阳极和阴极以面向电解质膜的方式接合起来而形成的。燃料电池的制造方法具有配设工序和设定工序。在配设工序中，将从设置于基材的一个面的立起片的基端延伸出来的延伸部与阴极侧分隔件或者阳极侧分隔件抵接地配设而与阴极侧分隔件或者阳极侧分隔件形成单元。在设定工序中，对阳极侧分隔件和阴极侧分隔件之间的沿着层叠方向的间隔进行设定，以使立起片的变形超过弹性变形区域而进入塑性变形区域，且使伴随变形进行了移动的基端处于不与阴极侧分隔件或者阳极侧分隔件接触的区域。

为了达成上述目的的本发明的燃料电池具有分隔件单元、变形吸收构件以及膜电极接合体。分隔件单元具有阳极侧分隔件和阴极侧分隔件。变形吸收构件配设在阳极侧分隔件和阴极侧分隔件之间，具有薄板状的基材和从基材的一个面呈格子状地分别立起地设置的多个立起片。变形吸收构件用于使从立起片的基端延伸出来的延伸部与阴极侧分隔件或者阳极侧分隔件抵接。膜电极接合体与分隔件单元邻接，将阳极和阴极以面向电解质膜的方式接合起来而形成的。在这里，以使立起片的变形超过弹性变形区域而进入塑性变形区域、且使伴随变形进行了移动的基端处于不与阴极侧分隔件或者阳极侧分隔件接触的区域的方式施加荷重并配设阳极侧分隔件和阴极侧分隔件。

附图说明

图1是表示实施方式的燃料电池的立体图。

图2是将实施方式的燃料电池的局部分解成每个结构构件来表示的分解立体图。

图3是表示实施方式的燃料电池的分隔件单元、变形吸收构件以及膜电极接合体的局部的剖视图。

图4是表示实施方式的燃料电池的变形吸收构件的立体图。

图5是示意性地表示实施方式的燃料电池的变形吸收构件的主要部件的剖视图。

图6是表示实施方式的燃料电池组装时的变形吸收构件的形状变化的示意图。

图7是将实施方式的燃料电池的变形吸收构件的耐荷重与比较例的变形吸收构件的耐荷重相比较而表示的图。

图8是表示考虑了其他层叠构件的膨胀的情况下设定实施方式的燃料电池的变形吸收构件的立起片的高度的状态的图。

图9是表示考虑了其他层叠构件的制造误差和工作时(发电时)的偏移量的情况下设定实施方式的燃料电池的变形吸收构件的立起片的高度的状态的图。

图10是示意性地表示进行实施方式的燃料电池的性能试验的状态的立体图。

图11是表示伴随实施方式的燃料电池的性能试验的膜电极接合体的层厚变化的图。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边说明本发明的实施方式。在附图的说明中，对于相同的要素标注相同的附图标记，而省略重复说明。为了便于说明，有时将附图中的构件的大小、比例进行夸大而与实际的大小、比例不符。

(实施方式)

参照图1～图11，说明实施方式的燃料电池1的制造方法和燃料电池1。

首先，参照图1～图5，说明燃料电池1的结构。

图1是表示实施方式的燃料电池1的立体图。图2是将燃料电池1的局部分解成每个结构构件来表示的分解立体图。图3是表示燃料电池1的分隔件单元10、变形吸收构件20以及膜电极接合体30的局部的剖视图。图3沿着图2的3-3线示出。图4是表示燃料电池1的变形吸收构件20的立体图。图5是示意性地表示燃料电池1的变形吸收构件20的主要部分的剖视图。图5沿着图4的5-5线示出。

实施方式的燃料电池1包含：燃料电池单体100，其用于产生电力；一对集电板211、212，其用于将由燃料电池单体100产生的电力输出到外部；以及壳体300，其用于保持多个层叠在一起的燃料电池单体100和一对集电板211、212。以下，按顺序说明燃料电池1的各结构。

如图1～图3所示，燃料电池单体100在被层叠了多个的状态下，利用供给来的燃料气体(氢)和氧化剂气体(含有氧的空气或者纯氧)产生电力。

燃料电池单体100包含：分隔件单元10、变形吸收构件20以及膜电极接合体30。以下，说明燃料电池单体100所包含的各构件。

如图2和图3所示，分隔件单元10用于将相邻的膜电极接合体30分隔开，并且传递由膜电极接合体30产生的电力，而且具有燃料气体(氢)或者氧化剂气体(含有氧的空气或者纯氧)和冷却水的流路。分隔件单元10具有阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12。阳极侧分隔件11与膜电极接合体30的阳极32抵接。阳极侧分隔件11由具有导电性材料的金属构成，形成为比阳极32大的薄板状。

如图3所示，在阳极侧分隔件11的中央按照恒定的间隔形成多个凹凸形状，以构成使燃料气体(氢)和冷却水分开流动的流路部11g。阳极侧分隔件11将凹凸形状中的与阳极32接触而形成的闭合空间用作向阳极32供给氢的阳极气体流路13。另一方面，阳极侧分隔件11将凹凸状的形状中的隔着变形吸收构件20而在阳极侧分隔件11与阴极侧分隔件12之间形成的闭合空间用作供给冷却水的冷却水流路14。

阳极侧分隔件11形成为长方形形状，在其长度方向的一端开设有分别与阴极气体供给口11a、冷却流体供给口11b以及阳极气体供给口11c相当的贯通孔。同样，阳极侧分隔件11在其长度方向的另一端开设有分别与阳极气体排出口11d、冷却流体排出口11e以及阴极气体排出口11f相当的贯通孔。

阴极侧分隔件12与膜电极接合体30的阴极33抵接。阴极侧分隔件12由具有导电性材料的金属形成，且形成为比阴极33大的薄板状。

如图3所示，在阴极侧分隔件12的中央按照恒定的间隔形成多个凹凸形状，以构成使氧化剂气体(含有氧的空气或者纯氧)和冷却水分开流动的流路部12g。凹凸形状的形状是交替组合U字状或者交替组合半圆形状而成的。阴极侧分隔件12将凹凸状的形状中的与阴极33接触而形成的闭合空间用作向阴极33供给氧化剂气体的阴极气体流路15。另一方面，阴极侧分隔件12将凹凸状的形状中的隔着变形吸收构件20而在阴极侧分隔件12与阳极侧分隔件11之间形成的闭合空间用作供给冷却水的冷却水流路14。即、在邻接的燃料电池单体100中，将一个燃料电池单体100的阳极侧分隔件11的冷却水流路14和设置于另一个燃料电池单体100的阴极侧分隔件12的冷却水流路14形成为一个冷却水用的流路。

阴极侧分隔件12形成为长方形形状，在其长度方向的一端开设有分别与阴极气体供给口12a、冷却流体供给口12b以及阳极气体供给口12c相当的贯通孔。同样，阴极侧分隔件12在其长度方向的另一端开设有分别与阳极气体排出口12d、冷却流体排出口12e以及阴极气体排出口12f相当的贯通孔。

如图2～图5所示，在组装燃料电池1时，变形吸收构件20通过自身变形来吸收阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12的构成燃料气体和冷却水的流路的凹凸形状的制造误差。另外，变形吸收构件20通过自身变形来吸收由于膜电极接合体30吸收供给来的介质而发生膨胀所引起的层叠方向X上的位移。而且，在燃料电池单体100工作时，变形吸收构件20通过自身变形来吸收由被邻接的膜电极接合体30加热了的分隔件单元10发生热膨胀所引起的层叠方向X上的位移。因此，通过对多个层叠在一起的燃料电池单体100施加较高压力，能够使燃料电池单体100彼此紧密接触。多个层叠在一起的燃料电池单体100彼此越紧密接触，燃料电池单体100之间的电阻就越低，能够使发电效率提高。

如图4所示，变形吸收构件20由具有导电性的金属形成，并且形成为薄板状。变形吸收构件20配设在阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间，具有薄板状的基材21和从基材21的一个面21a呈格子状分别立起设置的多个立起片22。即、变形吸收构件20将以从相当于一片薄板的基材21冲裁出日文コ字形状后成为悬臂梁的方式立起的立起片22形成为格子状。立起片22相对于基材21具有悬臂梁的结构，因此，具有能够弹性变形的弹簧功能。

如图4所示，立起片22例如形成为设置于基材21的一个面21a的立起片22的基端侧的固定端部22a的宽度与从固定端部22a沿着一个方向Y延伸出来的延伸部侧的自由端部22b的宽度相等的矩形形状。多个立起片22形成为例如在沿着与一个方向Y交叉的另一个方向Z的多个行上，自由端部22b的朝向一致。如图3所示，立起片22使从设置于基材21的一个面21a的立起片22的基端侧的固定端部22a延伸出来的延伸部侧的自由端部22b与阴极侧分隔件12抵接。

如图5所示，立起片22在固定端部22a和自由端部22b之间的区域具有朝向与阴极侧分隔件12分开的方向突出成凸状且弯曲的弯曲部22c。立起片22在面向弯曲部22c的阳极侧分隔件11的一侧设置有用于支承自阳极侧分隔件11受到的荷重的荷重支点22d。荷重支点22d伴随着立起片22的变形，朝向自由端部22b侧移动。

如图2和图3所示，膜电极接合体30使供给来的氧与氢发生化学反应而产生电力。膜电极接合体30是将阳极32和阴极33以隔着电解质膜31相面对的方式接合起来而形成的。膜电极接合体30通常被称为MEA(membraneelectrodeassembly)。电解质膜31例如由固体高分子材料形成，并且形成为薄板状。固体高分子材料例如使用能够传导氢离子、并且在湿润状态下具有良好的导电性的氟系树脂。阳极32是层叠电极催化剂层、防水层以及气体扩散层而构成的，并且形成为比电解质膜31稍小的薄板状。阴极33是层叠电极催化剂层、防水层以及气体扩散层而构成的，形成为与阳极32大小相同的薄板状。阳极32和阴极33的电极催化剂层包含在导电性的载体上承载有催化剂成分的电极催化剂和高分子电解质。阳极32和阴极33的气体扩散层例如是由丝编制而成的交叉形状碳纤维、碳纤维纸、或者碳纤维毡所形成，该丝由具有充分的气体扩散性和导电性的碳纤维构成。

膜电极接合体30具有框体34。框体34将层叠在一起的电解质膜31、阳极32以及阴极33的外周保持为一体。框体34例如由具有电绝缘性的树脂形成，外形形状形成为与分隔件单元10的外周部分的外形形状相同。框体34在其长度方向的一端开设有分别与阴极气体供给口34a、冷却流体供给口34b以及阳极气体供给口34c相当的贯通孔。同样，框体34在其长度方向的另一端开设有分别与阳极气体排出口34d、冷却流体排出口34e以及阴极气体排出口34f相当的贯通孔。

上述燃料电池单体100需要在彼此密封的状态下层叠多个。因此，利用密封构件将相邻的燃料电池单体100的外周密封起来。密封构件例如使用热固化性树脂。热固化性树脂例如从酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等中选择。

如图2所示，一对集电板211、212用于将燃料电池单体100产生的电力输出到外部。

一对集电板211、212分别配设在多个层叠在一起的燃料电池单体100的两端。除了局部形状以外，一对集电板211、212的外形形状与层厚稍厚的膜电极接合体30的外形形状相同。在一对集电板211、212中，只在集电板211的长度方向的一端开设有分别与阴极气体供给口211a、冷却流体供给口211b以及阳极气体供给口211c相当的贯通孔。同样，只在集电板211的长度方向的另一端开设有分别与阳极气体排出口211d、冷却流体排出口211e以及阴极气体排出口211f相当的贯通孔。一对集电板211、212在其中央具有集电部211h等。

一对集电板211、212的集电部211h等例如由不使气体透过的致密碳那样的导电性材料形成，形成为比阳极32和阴极33的外形稍小的薄板状。一对集电部211h等与设置于层叠有多层的最外层的燃料电池单体100的阳极32或者阴极33抵接。从集电部211h等的一个面突出设置有具有导电性的圆柱形状的突起部211i等。突起部211i等贯通后述的壳体300的一对端板311、312的贯通孔311j等，并到达外部。

如图1和图2所示，壳体300以使多个层叠在一起的燃料电池单体100和一对集电板211、212彼此紧密接触的状态保持燃料电池单体100和一对集电板211、212。

壳体300包含一对端板311、312、一对连结板320、一对加强板330以及螺钉340。以下，说明壳体300所包含的各构件。一对端板311、312夹持已配设在层叠多层的燃料电池单体100的两端的一对集电板211、212并进行施力。除了局部形状以外，一对端板311、312的外形形状与层厚增加了的膜电极接合体30的外形形状相同。一对端板311、312例如由金属形成，在与一对集电板211、212抵接的部分设置有绝缘体。在一对端板311、312中，只在端板311的长度方向的一端开设有分别与阴极气体供给口311a、冷却流体供给口311b以及阳极气体供给口311c相当的贯通孔。同样，只在端板311的长度方向的另一端开设有分别与阳极气体排出口311d、冷却流体排出口311e以及阴极气体排出口311f相当的贯通孔。一对端板311、312开设有供上述一对集电板211、212的突起部211i等贯通的贯通孔311j等。

一对连结板320例如由金属形成，并且形成为板状。一对连结板320以从一对端板311、312的长边方向的两侧相面对的方式保持一对端板311、312。一对加强板330例如由金属形成，形成为比一对连结板320细长的板状。一对加强板330以从一对端板311、312的短边方向的两侧相面对的方式保持一对端板311、312。利用多个螺钉340将一对连结板320和一对加强板33固定于一对端板311、312。

接着，参照图6～图9，说明燃料电池1的制造方法。

图6是表示组装燃料电池1时的变形吸收构件20的形状变化的示意图。图7是将燃料电池1的变形吸收构件20的耐荷重与比较例的变形吸收构件的耐荷重相比较而表示的图。图8是表示考虑了其他层叠构件的膨胀的情况下设定燃料电池1的变形吸收构件20的立起片22的高度的状态的图。图9是表示考虑了其他层叠构件的制造误差和工作时(发电时)的偏移量的情况下设定燃料电池1的变形吸收构件20的立起片22的高度的状态的图。

在图6中示出了组装燃料电池1时的变形吸收构件20的形状变化。

如图6的(a)所示，对于配设在阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的变形吸收构件20而言，使立起片22的自由端部22b与阴极侧分隔件12抵接，并且使基材21与阳极侧分隔件11抵接。如图6的(b)～图6的(e)所示，从外侧方向缓缓按压分隔件单元10。具体而言，从两端按压多个交替层叠在一起的分隔件单元10和膜电极接合体30。在该过程中，立起片22经由弹性变形而发生塑性变形，其固定端部22a与基材21一起与阳极侧分隔件11分开并接近阴极侧分隔件12。如图6的(a)～图6的(e)所示，立起片22的荷重支点22d伴随着弯曲部22c的变形而朝向自由端部22b侧移动。如图6的(f)所示，解除对分隔件单元10的按压。此时，变形吸收构件20从图6的(e)所示的状态变位至图6的(f)所示的状态。即、立起片22从固定端部22a沿着自由端部22b发生的较大弯曲有所缓和，并在恒定的范围内伸长。同时，立起片22的固定端部22a与基材21一起从阴极侧分隔件12侧回到阳极侧分隔件11侧。

在图7中将实施方式的燃料电池1的变形吸收构件20的耐荷重与比较例的变形吸收构件的耐荷重相比较而示出。

采用实施方式的燃料电池1，以配设在阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的变形吸收构件20的立起片22在受到荷重而发生了变形的情况下、立起片22的弯曲部22c与阳极侧分隔件11抵接的方式制造燃料电池1。采用这样的制造方法，立起片22能够利用弯曲部22c缓缓地承接自阳极侧分隔件11受到的荷重，并经由弹性变形而发生塑性变形。在这里，即使立起片22受到荷重而缓缓变形，也能够将该弯曲部22c与阳极侧分隔件11抵接的部分作为荷重支点22d，并使自阳极侧分隔件11受到的荷重缓缓增加的同时承接该荷重。因为弯曲部22c的荷重支点22d伴随着立起片22的变形而向自由端部22b侧移动，所以立起片22在与阳极侧分隔件11彼此按压的状态下不会发生较大变化。因此，能够防止立起片22在受到荷重而变形的过程中、当超过某个位置时使自分隔件单元10受到的荷重急剧增加那样的情况。即、变形吸收构件20能够使立起片22有韧性。

另一方面，比较例的变形吸收构件的立起片与上述的变形吸收构件20的立起片22不同，除了自由端部以外的区域形成为直线状。即、比较例中的立起片在固定端部和自由端部之间的区域不具有弯曲部分。对于这样的比较例的结构而言，立起片以将固定端部作为基准地进行弯曲的方式变形，因此，在与阳极侧分隔件11彼此按压的状态下，伴随该变形，立起片将会发生较大变化。因此，比较例的立起片在受到荷重而发生变形的过程中，当变形超过规定位置时，将会使自分隔件单元10受到的荷重急剧增加。即、当比较例的立起片超过规定的位置时，固定端部侧翘起来，而与自由端部一起成为支承阴极侧分隔件12的两端支承梁的状态，实质上缩短了立起片的长度。在这样的结构的情况下，比较例的立起片能够自分隔件单元10受到的荷重将会大幅下降。

在图8中示出了在考虑了其他层叠构件的膨胀的情况下设定燃料电池1的变形吸收构件20的立起片22的高度的状态。

分隔件单元10将阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的沿着层叠方向X的间隙的距离设定在弹性变形区域、塑性变形区域以及固定端部侧接触变形区域中的塑性变形区域的范围内。弹性变形区域是指在弹性变形范围内使立起片22变形了的情况下的、变形吸收构件20的沿着层叠方向X的距离。塑性变形区域是指在比弹性变形区域短的塑性变形的范围内使立起片22变形了的情况下的、变形吸收构件20的沿着层叠方向X的距离。固定端部侧接触变形区域是在比塑性变形区域短且立起片22的固定端部22a进行移动而与阴极侧分隔件12或者阳极侧分隔件11接触的范围内使立起片22变形了的情况下的、变形吸收构件20的沿着层叠方向X的距离。

另外，制造出如下结构：即使分隔件单元10伴随着膜电极接合体30的发热而膨胀，并且膜电极接合体30吸收从外部供给的介质而膨胀，阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的沿着层叠方向X的间隙的距离也处于塑性变形区域的范围内。在图8中，将分隔件单元10伴随着膜电极接合体30的发热而膨胀的部分记为“受热膨胀部分”。同样，在图8中，将膜电极接合体30吸收从外部供给的介质而膨胀的部分记为“湿润膨胀部分”。对于这样的制造方法而言，假设在使燃料电池1工作的实际使用状态下分隔件单元10和膜电极接合体30发生膨胀，并且立起片22的塑性变形量带有富余量。在燃料电池1的使用中，即使立起片22被膨胀的分隔件单元10和膜电极接合体30推压，也能够防止立起片22的固定端部22a侧与阴极侧分隔件12接触而成为两端支承梁的状态。因此，能够防止燃料电池1在组装后的使用中荷重过度上升。其结果，能够防止构件的破损等，因此，能够抑制接触阻力上升。

在这里，相当于分隔件单元10伴随着膜电极接合体30的发热而膨胀的部分的“受热膨胀部分”能够根据组装燃料电池1时的温度与燃料电池1工作时温度之间的温度差、各层叠构件固有的线膨胀系数以及层厚计算出来。相当于膜电极接合体30吸收从外部供给来的介质而膨胀的部分的“湿润膨胀部分”能够在燃料电池1工作并发电时利用位移传感器等测量膜电极接合体30的层厚的位移而得到。另外，在形成了电解质膜31单体、膜电极接合体30的状态下，将电解质膜31单体、膜电极接合体30暴露在与燃料电池1的工作状态等同的湿度氛围下，能够利用位移传感器等测量层厚的位移。

在图9中示出了在考虑了其他层叠构件的制造误差和工作时(发电时)的偏移量的情况下设定燃料电池1的变形吸收构件20的立起片22的高度的状态。

制造成如下结构：阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的沿着层叠方向X的间隙的尺寸公差大于分隔件单元10伴随着膜电极接合体30的发热而膨胀并且膜电极接合体30吸收从外部供给来的介质而膨胀的情况下的沿着层叠方向X的位移(偏移量)之和。采用这样的制造方法，能够一次吸收在层叠并组装燃料电池1的各构件时所产生的多个尺寸公差。例如，在将多个膜电极接合体30和多个分隔件单元10层叠在一起的状态下，能够吸收由于其层叠位置不同而不同的尺寸公差。

接着，针对燃料电池1制造时的检查，参照图10和图11进行说明。

图10是示意性地表示进行燃料电池1的性能试验的状态的立体图。图11是表示伴随着燃料电池1的性能试验的膜电极接合体30的层厚变化的图。

在燃料电池1制造时的检查中，利用伴随着在组装出燃料电池1后实施的加温或者加湿而产生的压力上升，使立起片22进一步塑性变形。具体而言，如图10所示，向分隔件单元10供给加热过的介质而使分隔件单元10膨胀。通过使分隔件单元10膨胀，一边使阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的沿着层叠方向X的间隙的距离在塑性变形区域的范围内缩小，一边使立起片22进一步塑性变形。具体而言，将被加热器401加热过的温水从端板311的冷却流体供给口311b供给，借助集电板211使水在多个交替层叠在一起的分隔件单元10和膜电极接合体30循环后，从冷却流体排出口311e排出。

而且，如图10所示，向膜电极接合体30供给介质而使膜电极接合体30加湿并膨胀。通过使膜电极接合体30膨胀，一边使阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的沿着层叠方向X的间隙的距离在塑性变形区域的范围内缩小，一边使立起片22进一步塑性变形。具体而言，将被加湿器402加湿过的介质从端板311的阳极气体供给口311c注入，并借助集电板211使介质在多个交替层叠在一起的分隔件单元10和膜电极接合体30循环后，从阳极气体排出口311d排出。同样，将被加湿器402加湿过的介质从端板311的阴极气体供给口311a注入，并且借助集电板211使介质在多个交替层叠在一起的分隔件单元10和膜电极接合体30循环后，从阴极气体排出口311f排出。

在这里，如图11所示，膜电极接合体30因为在燃料电池1工作时(发电时)被供给介质，所以与组装时相比，相对湿度上升。因此，膜电极接合体30被燃料气体加湿而膨胀。即、在组装时，为了模拟发电中的厚度，膜电极接合体30被供给加热、加湿气体。

采用上述实施方式的燃料电池1的制造方法和燃料电池1，发挥以下的作用效果。

在实施方式的燃料电池1的制造方法中，使用分隔件单元10、变形吸收构件20以及膜电极接合体30。分隔件单元10具有阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12。变形吸收构件20配设在阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间，具有薄板状的基材21和从基材21的一个面21a呈格子状分别立起设置的多个立起片22。膜电极接合体30与分隔件单元10邻接，并且是将阳极32和阴极33以面向电解质膜31的方式接合起来形成的。燃料电池1的制造方法具有配设工序和设定工序。在配设工序中，将从设置于基材21的一个面21a的立起片22的基端(固定端部22a)延伸出来的延伸部(自由端部22b)与阴极侧分隔件12或者阳极侧分隔件11抵接地配设。在设定工序中，对阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的沿着层叠方向X的间隔进行设定，以使立起片22的变形超过弹性变形区域而进入塑性变形区域，且使伴随变形进行了移动的基端(固定端部22a)处于不与阴极侧分隔件12或者阳极侧分隔件11接触的区域。

实施方式的燃料电池1具有分隔件单元10、变形吸收构件20以及膜电极接合体30。分隔件单元10具有阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12。变形吸收构件20配设在阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间，并且具有薄板状的基材21和从基材21的一个面21a呈格子状分别立起设置的多个立起片22。变形吸收构件20使从设置于基材21的一个面21a的立起片22的基端(固定端部22a)延伸出来的延伸部(自由端部22b)与阴极侧分隔件12或者阳极侧分隔件11抵接。膜电极接合体30与分隔件单元10邻接，并且是将阳极32和阴极33以面向电解质膜31的方式接合起来而形成的。在这里，以使立起片22的变形超过弹性变形区域而进入塑性变形区域，且使伴随变形进行了移动的基端(固定端部22a)处于不与阴极侧分隔件12或者阳极侧分隔件11接触的区域的方式施加荷重并配设阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12。

采用这样构成的燃料电池1的制造方法和燃料电池1，采用以使立起片22的变形超过弹性变形区域而进入塑性变形区域、且使伴随变形进行了移动的基端(固定端部22a)处于不与阴极侧分隔件12或者阳极侧分隔件11接触的区域的方式进行设定的这样的结构，能够一边使立起片22发生塑性变形而使立起片22可自分隔件单元10受到的荷重增加，且通过立起片22的固定端部22a侧变形并与阴极侧分隔件12接触而防止施加于立起片22的荷重急剧上升并成为过度负荷。因此，能够使变形吸收构件20的立起片22可自分隔件单元10受到的荷重增加。

而且，在燃料电池1的制造方法中，在设定工序中，能够形成借助进行夹持的阴极侧分隔件12和阳极侧分隔件11使立起片22变形的结构。

采用这样的结构，因为利用在燃料电池1的内部实际进行组装并层叠的构件，使立起片22与该层叠构件实际产生的制造误差相对应地进行变形，所以能够利用立起片22有效地吸收制造误差。相反，在使用夹具使立起片22进行同样的变形的情况下，不能充分吸收层叠构件实际产生的各种各样的制造误差。

而且，在燃料电池1的制造方法中，在设定工序中，能够形成为在组装的同时使立起片22发生塑性变形的结构。

采用这样的结构，能够同时进行组装燃料电池1的工序和使立起片22塑性变形的工序而不是分开进行。即、能够防止燃料电池1的制造所需的成本、工时的增大。

而且，在燃料电池1的制造方法中，在设定工序中，能够形成为利用伴随着在组装后所实施的加温或者加湿而产生的压力上升、使立起片22进一步塑性变形的结构。

采用这样的结构，将使燃料电池1实际工作的环境再现出来，并且在该环境下，能够使立起片22预先塑性变形。即、不是在组装燃料电池1的状态，而假设在燃料电池1的实际使用的状态，能够使立起片22预先塑性变形。因此，在燃料电池1组装之后的使用中，即使进一步对立起片22施力，也能够防止立起片22的固定端部22a侧与阴极侧分隔件12接触而成为两端支承梁的状态。即、燃料电池1在组装之后的使用中，能够抑制过度的荷重上升，能够防止构件的破损等，因此，能够防止接触阻力上升。

而且，在燃料电池1的制造方法中，能够构成如下结构：通过向分隔件单元10供给加热过的介质而使分隔件单元10膨胀，从而一边使阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的沿着层叠方向X的间隙的距离在塑性变形区域的范围内缩小，一边使立起片22进一步塑性变形。

采用这样的结构，在燃料电池1的实际使用状态下，假设伴随着膜电极接合体30的发热等，分隔件单元10发生热膨胀，能够使立起片22预先塑性变形。因此，在燃料电池1的使用中，即使立起片22被热膨胀了的分隔件单元10施力，也能够防止立起片22的固定端部22a侧与阴极侧分隔件12接触而成为两端支承梁的状态，能够防止接触阻力上升。

而且，在燃料电池1的制造方法中，能够形成如下结构：通过向膜电极接合体30供给介质，使膜电极接合体30加湿且膨胀，从而一边使阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的沿着层叠方向X的间隙的距离在塑性变形区域的范围内缩小，一边使立起片22进一步塑性变形。

采用这样的结构，在燃料电池1的实际使用状态下，假设膜电极接合体30被供给来的介质加湿且膨胀，能够使立起片22预先塑性变形。因此，在燃料电池1的使用中，即使立起片22被膨胀了的分隔件单元10施力，也能够防止立起片22的固定端部22a侧与阴极侧分隔件12接触而成为两端支承梁的状态，能够防止接触阻力上升。

而且，在燃料电池1的制造方法中，能够形成如下结构：将用于使膜电极接合体30加湿且膨胀的介质加湿到比使用状态的温度高的露点并进行供给。

采用这样的结构，即使假设膜电极接合体30在过饱和的状态下发生了膨胀的情况下，也能够防止立起片22的固定端部22a侧与阴极侧分隔件12接触而成为两端支承梁的状态。

而且，在燃料电池1的制造方法中，能够形成如下结构：使用至少将分隔件单元10和膜电极接合体30这两者的外周缘密闭且密封的热塑性或者热固性的密封构件。通过伴随着使密封构件固化时的加热而至少使分隔件单元10膨胀，从而使阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的沿着层叠方向X的间隙的距离在塑性变形区域的范围内缩小，且使立起片22进一步塑性变形。

采用这样的结构，在将燃料电池1的各构件层叠之后所进行的、使用密封构件的密封之际，假设伴随着使密封构件固化时的加热而使分隔件单元10等热膨胀，能够使立起片22预先塑性变形。因此，在组装燃料电池1时将各构件层叠之后，立起片22与密封构件一起被加热且被热膨胀了的分隔件单元10施力，能够防止立起片22的固定端部22a侧与阴极侧分隔件12接触而导致接触阻力上升。

而且，在燃料电池1的制造方法中，能够形成如下结构：施加于阳极侧分隔件11和一个膜电极接合体30之间的间隙的压力以及施加于阴极侧分隔件12和另一个膜电极接合体30之间的间隙的压力高于施加于阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的配设有变形吸收构件20的间隙的压力。

采用这样的结构，即使在燃料电池1的内部所层叠的构件上产生压力差的情况下，也能够利用变形吸收构件20充分地承受从分隔件单元10施加的荷重。

而且，在燃料电池1中，能够形成如下结构：立起片22在基端(固定端部22a)和延伸部(自由端部22b)之间的区域具有弯曲部22c，该弯曲部22c朝向与阴极侧分隔件12或者阳极侧分隔件11分开的方向突出成凸状并弯曲。

采用这样的结构，在配设在阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的变形吸收构件20的立起片22受到荷重而变形的情况下，该弯曲部22c与阳极侧分隔件11抵接。因此，立起片22利用弯曲部22c缓缓承接自阳极侧分隔件11受到的荷重，能够经由弹性变形而发生塑性变形。

而且，在燃料电池1中，能够形成如下结构：弯曲部22c在面向阳极侧分隔件11或者阴极侧分隔件12的一侧设置有用于支承自阳极侧分隔件11或者阴极侧分隔件12受到的荷重的荷重支点22d。荷重支点22d在立起片22的变形的同时向延伸部(自由端部22b)一侧移动。

采用这样的结构，即使立起片22受到荷重而缓缓变形，也能够将该弯曲部22c与阳极侧分隔件11的抵接部分作为荷重支点22d，使自阳极侧分隔件11受到的荷重缓缓增加，同时承接该荷重。即、因为弯曲部22c的荷重支点22d在立起片22的变形的同时向自由端部22b侧移动，所以立起片22在与阳极侧分隔件11彼此按压的状态下不会发生较大变化。因此，能够防止立起片22在受到荷重而变形的过程中当超过某个位置时使自分隔件单元10受到的荷重急剧增加那样的情况。

而且，在燃料电池1中，能够形成如下结构：即使分隔件单元10伴随着膜电极接合体30的发热而膨胀，并且膜电极接合体30吸收从外部供给来的介质而膨胀，阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的沿着层叠方向X的间隙的距离也处于塑性变形区域的范围内。

采用这样的结构，假设在使燃料电池1工作的实际使用状态下分隔件单元10和膜电极接合体30发生膨胀，立起片22的塑性变形量能够带有富余量。因此，在燃料电池1的使用中，即使立起片22被膨胀了的分隔件单元10和膜电极接合体30施力，也能够防止立起片22的固定端部22a侧与阴极侧分隔件12接触而成为两端支承梁的状态。即，能够防止燃料电池1在组装后的使用中接触阻力上升。

而且，在燃料电池1中，能够形成如下结构：阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的沿着层叠方向X的间隙的尺寸公差至少大于分隔件单元10伴随着膜电极接合体30的发热而膨胀并且膜电极接合体30吸收从外部供给来的介质而膨胀的情况下的沿着层叠方向X的尺寸公差之和。

采用这样的结构，能够一次吸收在层叠并组装燃料电池1的各构件时所产生的多个尺寸公差。例如，在将多个膜电极接合体30和多个分隔件单元10层叠在一起的状态下，能够吸收用于其层叠位置不同而不同的尺寸公差。

此外，本发明能够基于权利要求书所记载的结构进行各种各样的改变，而且这些改变也是本发明的范畴。

例如，说明了立起片22的形状为延伸部(自由端部22b)和基端(固定端部22a)的宽度相等的矩形形状。但是，立起片22并不限于这样的形状，能够形成为梯形、三角形、半圆形、多边形以及将这些图形组合起来的形状。

另外，说明了多个立起片22在沿着与一个方向Y交叉的另一个方向Z的多个行上使自由端部22b的朝向一致地形成的结构。但是，多个立起片22并不限于这样的形状，能够构成为在沿着与一个方向Y交叉的另一个方向Z的多个行上使自由端部22b的朝向每一行互不相同地形成的结构。

本申请基于2013年7月22日提出申请的日本特许出愿番号2013-152012号，将日本特许出愿的公开的内容作为参照而整体编入本申请中。

附图标记说明

1燃料电池、

10分隔件单元、

11阳极侧分隔件、

12阴极侧分隔件、

11g、12g流路部、

13阳极气体流路、

14冷却水流路、

15阴极气体流路、

20变形吸收构件、

21基材、

21a一个面、

22立起片、

22a固定端部、

22b自由端部、

22c弯曲部、

22d荷重支点、

30膜电极接合体、

31电解质膜、

32阳极、

33阴极、

34框体、

100燃料电池单体、

211、212集电板、

211h集电部、

211i突起部、

300壳体、

311、312端板、

311j贯通孔、

320连结板、

330加强板、

340螺钉、

11a、12a、34a、211a、311a阴极气体供给口、

11b、12b、34b、211b、311b冷却流体供给口、

11c、12c、34c、211c、311c阳极气体供给口、

11d、12d、34d、211d、311d阳极气体排出口、

11e、12e、34e、211e、311e冷却流体排出口、

11f、12f、34f、211f、311f阴极气体排出口、

401加热器、

402加湿器、

X层叠方向、

Y一个方向、

Z另一个方向。

Claims (14)

1.一种燃料电池的制造方法，在该燃料电池的制造方法中使用：

分隔件单元，其具有阳极侧分隔件和阴极侧分隔件；

变形吸收构件，其配设在所述阳极侧分隔件和所述阴极侧分隔件之间，具有薄板状的基材和从所述基材的一个面呈格子状地分别立起设置的多个立起片；

膜电极接合体，其与所述分隔件单元邻接，是将阳极和阴极以面向电解质膜的方式接合而形成的，

该燃料电池的制造方法的特征在于，具有：

配设工序，在该配设工序中，将从设置于所述基材的所述一个面的所述立起片的基端延伸出来的延伸部与所述阴极侧分隔件或者所述阳极侧分隔件抵接地配设；

设定工序，在该设定工序中，对所述阳极侧分隔件和所述阴极侧分隔件之间的沿着层叠方向的间隔进行设定，以使所述立起片的变形超过弹性变形区域而进入塑性变形区域，且使伴随变形进行了移动的所述基端处于不与所述阴极侧分隔件或者所述阳极侧分隔件接触的区域。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的制造方法，其中

在所述设定工序中，借助用于夹持的所述阴极侧分隔件和所述阳极侧分隔件使所述立起片变形。

3.根据权利要求2所述的燃料电池的制造方法，其中

在所述设定工序中，在组装的同时使所述立起片塑性变形。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池的制造方法，其中

在所述设定工序中，利用伴随着组装之后实施的加温或者加湿而产生的压力上升，使所述立起片进一步塑性变形。

5.根据权利要求4所述的燃料电池的制造方法，其中

通过向所述分隔件单元供给加热过的介质而使所述分隔件单元膨胀，从而使所述阳极侧分隔件和所述阴极侧分隔件之间的沿着层叠方向的间隙的距离在所述塑性变形区域的范围内缩小，且使所述立起片进一步塑性变形。

6.根据权利要求4或5所述的燃料电池的制造方法，其中

通过向所述膜电极接合体供给介质而使所述膜电极接合体加湿且膨胀，从而使所述阳极侧分隔件和所述阴极侧分隔件之间的沿着层叠方向的间隙的距离在所述塑性变形区域的范围内缩小，且使所述立起片进一步塑性变形。

7.根据权利要求6所述的燃料电池的制造方法，其中

所述介质被加湿到比使用状态的温度高的露点并进行供给。

8.根据权利要求4～7中任一项所述的燃料电池的制造方法，其中

在该燃料电池的制造方法中，使用至少将所述分隔件单元和所述膜电极接合体这两者的外周缘密闭且密封的热塑性或者热固性的密封构件，

通过伴随着使所述密封构件固化时的加热而至少使所述分隔件单元膨胀，从而使所述阳极侧分隔件和所述阴极侧分隔件之间的沿着层叠方向的间隙的距离在所述塑性变形区域的范围内缩小，且使所述立起片进一步塑性变形。

9.根据权利要求4～8中任一项所述的燃料电池的制造方法，其中

施加于所述阳极侧分隔件和一个所述膜电极接合体之间的间隙的压力以及施加于所述阴极侧分隔件和另一个所述膜电极接合体之间的间隙的压力高于施加于所述阳极侧分隔件和所述阴极侧分隔件之间的配设有所述变形吸收构件的间隙的压力。

10.一种燃料电池，其特征在于，其具有：

分隔件单元，其具有阳极侧分隔件和阴极侧分隔件；

变形吸收构件，其配设在所述阳极侧分隔件和所述阴极侧分隔件之间，具有薄板状的基材和从所述基材的一个面呈格子状地分别立起设置的多个立起片，用于使从所述立起片的基端延伸出来的延伸部与所述阴极侧分隔件或者所述阳极侧分隔件抵接；

膜电极接合体，其与所述分隔件单元邻接，是将阳极和阴极以面向电解质膜的方式接合而形成的，

以使所述立起片的变形超过弹性变形区域而进入塑性变形区域、且使伴随变形进行了移动的所述基端处于不与所述阴极侧分隔件或者所述阳极侧分隔件接触的区域的方式施加荷重并配设了所述阳极侧分隔件和所述阴极侧分隔件。

11.根据权利要求10所述的燃料电池，其中

所述立起片在所述基端和所述延伸部之间的区域具有朝向与所述阴极侧分隔件或者所述阳极侧分隔件分开的方向突出成凸状且弯曲的弯曲部。

12.根据权利要求11所述的燃料电池，其中

所述弯曲部在面向所述阳极侧分隔件或者所述阴极侧分隔件的一侧设置有用于支承来自所述阳极侧分隔件或者所述阴极侧分隔件的荷重的荷重支点，

所述荷重支点在所述立起片的变形的同时向所述延伸部侧移动。

13.根据权利要求10～12中任一项所述的燃料电池，其中

即使所述分隔件单元伴随着所述膜电极接合体的发热而膨胀、并且所述膜电极接合体吸收从外部供给的介质而膨胀，所述阳极侧分隔件和所述阴极侧分隔件之间的沿着层叠方向X的间隙的距离也处于所述塑性变形区域的范围内。

14.根据权利要求10～13中任一项所述的燃料电池，其中

所述阳极侧分隔件和所述阴极侧分隔件之间的沿着层叠方向的间隙的尺寸公差至少大于所述分隔件单元伴随着所述膜电极接合体的发热而膨胀并且所述膜电极接合体吸收从外部供给的介质而膨胀的情况下的沿着层叠方向的尺寸公差之和。