特許 7592779 燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの組立方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-22

(45)【発行日】2024-12-02

(54)【発明の名称】燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの組立方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2404 20160101AFI20241125BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20241125BHJP

   H01M 8/248 20160101ALI20241125BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20241125BHJP

【ＦＩ】

H01M8/2404

H01M8/2475

H01M8/248

H01M8/10 101

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023057673

(22)【出願日】2023-03-31

(65)【公開番号】P2024145359

(43)【公開日】2024-10-15

【審査請求日】2023-11-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100154380

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 隆一

(74)【代理人】

【識別番号】100081972

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 豊

(72)【発明者】

【氏名】宮島 一嘉

【審査官】山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１３３７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４７１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０７１９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１５４７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／０２９７

Ｈ０１Ｍ ８／０８－ ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質膜と電極とを含む膜電極構造体と、セパレータと、を有する発電セルを、所定方向に積層して構成されたセル積層体と、
前記セル積層体の前記所定方向における一端面および他端面にそれぞれ隣接して配置された一対のエンドユニットと、
前記所定方向に圧縮荷重が付加された状態で前記セル積層体が保持されるように一端部および他端部がそれぞれ前記一対のエンドユニットに固定され、前記セル積層体を包囲するケースと、
前記ケースの内側表面と前記セル積層体の外側表面との間の空隙に配置された緩衝部と、を備え、
前記緩衝部は、
前記ケースの内側表面に隣接して配置された、気泡を含む収縮可能な弾性体と、
前記ケースの内側表面に密着され、前記弾性体が収容される密封空間を形成する膜部材と、を有し、
前記ケースには、前記ケースの外側から前記密封空間の空気を吸引可能なように、前記密封空間に連通する連通孔が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記連通孔を塞ぐ閉塞部をさらに備えることを特徴とする燃料電池スタック。

【請求項3】

気泡を含む収縮可能な弾性体を、ケースの内側表面に隣接して配置するとともに、前記弾性体を膜部材で覆って該膜部材を前記ケースの内側表面に密着させ、前記弾性体が収容される密封空間を形成する工程と、
前記密封空間と前記ケースの外側空間とを連通するように前記ケースに設けられた連通孔を介して、前記弾性体に含まれる空気を吸引し、前記ケースの内部の収容空間を拡大する工程と、
電解質膜と電極とを含む膜電極構造体と、セパレータと、を有する発電セルを所定方向に積層して構成されたセル積層体を、前記収容空間に配置する工程と、
一対のエンドユニットを介して前記セル積層体に前記所定方向の圧縮荷重を付加するとともに、前記一対のエンドユニットを前記ケースの一端部および他端部にそれぞれ締結する工程と、
前記連通孔を介した吸引を停止し、前記連通孔を大気に開放する工程と、を含むことを特徴とする燃料電池スタックの組立方法。

【請求項4】

請求項３に記載の燃料電池スタックの組立方法において、
前記連通孔を塞ぐ工程をさらに含むことを特徴とする燃料電池スタックの組立方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの組立方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、より多くの人が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギの効率化に貢献する燃料電池に関する技術開発が行われている。この種の燃料電池に用いられる複数のセルを積層してなる燃料電池スタックにおいて、従来、積層体の外周面とケースの内周面との間に緩衝層を設けるようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の燃料電池スタックでは、積層体の外周面に、押し潰された状態の緩衝層を配置した後、ケースの内部に積層体を移動し、その際に、ケースの開口端から緩衝層に衝撃を与えることにより緩衝層を復元させ、それにより積層体の外周面とケースの内周面との間に緩衝層を設ける。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１１５４７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記特許文献１記載の燃料電池スタックでは、ケースの内部に積層体を移動させながら、ケースの開口端から緩衝層に衝撃を与えるため、緩衝層の高い寸法精度が必要であり、コストの増加を招く。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様である燃料電池スタックは、電解質膜と電極とを含む膜電極構造体と、セパレータと、を有する発電セルを、所定方向に積層して構成されたセル積層体と、セル積層体の所定方向における一端面および他端面にそれぞれ隣接して配置された一対のエンドユニットと、所定方向に圧縮荷重が付加された状態でセル積層体が保持されるように一端部および他端部がそれぞれ一対のエンドユニットに固定され、セル積層体を包囲するケースと、ケースの内側表面とセル積層体の外側表面との間の空隙に配置された緩衝部と、を備える。緩衝部は、ケースの内側表面に隣接して配置された、気泡を含む収縮可能な弾性体と、ケースの内側表面に密着され、弾性体が収容される密封空間を形成する膜部材と、を有する。ケースには、ケースの外側から密封空間の空気を吸引可能なように、密封空間に連通する連通孔が設けられる。

【0006】

本発明の他の態様である燃料電池スタックの組立方法は、気泡を含む収縮可能な弾性体を、ケースの内側表面に隣接して配置するとともに、弾性体を膜部材で覆って膜部材をケースの内側表面に密着させ、弾性体が収容される密封空間を形成する工程と、密封空間とケースの外側空間とを連通するようにケースに設けられた連通孔を介して、弾性体に含まれる空気を吸引し、ケースの内部の収容空間を拡大する工程と、電解質膜と電極とを含む膜電極構造体と、セパレータと、を有する発電セルを所定方向に積層して構成されたセル積層体を、収容空間に配置する工程と、一対のエンドユニットを介してセル積層体に所定方向の圧縮荷重を付加するとともに、一対のエンドユニットをケースの一端部および他端部にそれぞれ締結する工程と、連通孔を介した吸引を停止し、連通孔を大気に開放する工程と、を含む。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、緩衝部を有する燃料電池スタックを安価に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの全体構成を概略的に示す斜視図。

【図2】図１のII-II線に沿った断面図。

【図3】図１のIII-III線に沿った断面図。

【図4A】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの組立方法の手順の一例を概略的に示す図。

【図4B】図４Ａに続く手順の一例を概略的に示す図。

【図4C】図４Ｂに続く手順の一例を概略的に示す図。

【図4D】図４Ｃに続く手順の一例を概略的に示す図。

【図4E】図４Ｄに続く手順の一例を概略的に示す図。

【図4F】図４Ｅに続く手順の一例を概略的に示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図１～図４Ｆを参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る燃料電池スタックは、燃料電池の主たる要素を構成する。燃料電池は、例えば車両に搭載され、車両駆動用の電力を発生することができる。燃料電池は、航空機や船舶等の車両以外の移動体、ロボットの他、各種産業機械に搭載することもできる。

【0010】

まず、燃料電池スタックの全体構成を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１００の全体構成を概略的に示す斜視図である。以下では、便宜上、図示のように互いに直交する三軸方向を、前後方向、左右方向および上下方向と定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。特に、発電セルの積載方向を、燃料電池スタックの組立時の方向に合わせて上下方向と定義する。これらの方向は、車両の前後方向、左右方向および上下方向と同一であるとは限らない。例えば図１の上下方向は、車両の前後方向であってもよく、左右方向であってもよい。あるいは車両の上下方向であってもよい。

【0011】

図１に示すように、燃料電池スタック１００は、セル積層体１０と、セル積層体１０の上下方向両端面に隣接して配置されたエンドユニット２０と、セル積層体１０を包囲するケース３０と、を有し、全体が略直方体形状を呈する。

【0012】

ケース３０は、セル積層体１０の前面、右面、後面および左面にそれぞれ対向した略矩形状の４つの側壁３１を有する。これら４つの側壁３１により、上面および下面が開放された略ボックス状の収容空間ＳＰ０が形成される。ケース３０は、アルミニウムや鉄などの金属によって構成される。エンドユニット２０は、金属製のエンドプレート２１の他、エンドプレート２１の上下方向内側に位置するインシュレータおよびターミナルプレートを含み、ケース３０の上面および下面は、エンドユニット２０（エンドプレート２１）で覆われる。

【0013】

図１のＡ部には、ケース３０の側壁３１の一部を破断して示す。図１のＡ部に示すように、セル積層体１０は、複数の発電セル１（便宜上、単一の発電セルのみ示す）を上下方向に積層して構成される。発電セル１は、電解質膜と電極とを含む接合体を有する電極アッセンブリ２と、電極アッセンブリ２の上下両側に配置され、電極アッセンブリ２を挟持するセパレータ３と、を有する。電極アッセンブリ２とセパレータ３とは、上下方向に交互に配置される。

【0014】

セパレータ３は、断面が波板状の上下一対の金属製の薄板を有し、これら一対の薄板の外周部同士を接合して一体に構成される。セパレータ３には耐腐食性に優れた導電性の材料が用いられ、例えばチタン、チタン合金、ステンレス等を用いることができる。一対の薄板は、セパレータ３の内部に冷却媒体（例えば水）が流れる冷却流路を形成するようにプレス成形などによって凹凸状に形成され、冷却媒体の流れにより発電セル１の発電面が冷却される。

【0015】

電極アッセンブリ２の上側のセパレータ３は、例えばアノード側のセパレータ（アノードセパレータ）であり、アノードセパレータ３と電極アッセンブリ２との間に、水素を含む燃料ガスが流れるアノード流路が形成される。電極アッセンブリ２の下側のセパレータ３は、例えばカソード側のセパレータ（カソードセパレータ）であり、カソードセパレータ３と電極アッセンブリ２との間に、酸素を含む酸化剤ガスが流れるカソード流路が形成される。

【0016】

電極アッセンブリ２は、膜電極接合体（ＭＥＡ；Membrane Electrode Assembly）と、膜電極接合体の周囲を支持する樹脂製のフレームと、を有する。膜電極接合体は、電解質膜と、電解質膜の上面に設けられたアノード電極と、電解質膜の下面に設けられたカソード電極とを有する。膜電極接合体を、膜電極構造体と呼ぶこともある。電解質膜は、例えば固体高分子電解質膜である。アノード電極は、電解質膜の上面に形成され、電極反応の反応場となる電極触媒層であり、電極触媒層の上面には燃料ガスを拡散して供給するガス拡散層が設けられる。カソード電極は、電解質膜の下面に形成され、電極反応の反応場とする電極触媒層であり、電極触媒層の下面には酸化剤ガスを拡散して供給するガス拡散層が設けられる。

【0017】

アノード電極では、アノード流路およびガス拡散層を介して供給された燃料ガス（水素）が、触媒の作用によってイオン化され、電解質膜を通過してカソード電極側へ移動する。このとき生じた電子は、外部回路を通過し、電気エネルギとして取り出される。カソード電極では、カソード流路およびガス拡散層を介して供給された酸化剤ガス（酸素）と、アノード電極から導かれた水素イオンおよびアノード電極から移動した電子とが反応し、水が生成される。生成された水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水は電極アッセンブリ２の外部へ排出される。

【0018】

下側のエンドユニット２０には、貫通孔２１１～２１６が開口される。なお、上側のエンドユニット２０に貫通孔２１１～２１６が開口されてもよい。貫通孔２１１～２１６が開口されたエンドユニット２０をウェットエンドユニット、反対側のエンドユニット２０をドライエンドユニットと呼ぶことがある。貫通孔２１１は、セル積層体１０の内部に燃料ガスを供給するための貫通孔である。貫通孔２１２は、セル積層体１０から外部に冷却媒体を排出するための貫通孔である。貫通孔２１３は、セル積層体１０から外部に酸化剤ガスを排出するための貫通孔である。貫通孔２１４は、セル積層体１０の内部に酸化剤ガスを供給するための貫通孔である。貫通孔２１５は、セル積層体１０の内部に冷却媒体を供給するための貫通孔である。貫通孔２１６は、セル積層体１０から外部に燃料ガスを排出するための貫通孔である。

【0019】

セル積層体１０の左右方向両端部には、貫通孔２１１～２１６に連通するように上下方向に延在する複数の流路（マニホールド）が形成される。セル積層体１０の内部のアノード流路には、貫通孔２１１を介して供給された燃料ガスが導かれ、カソード流路には貫通孔２１４を介して供給された酸化剤ガスが導かれる。これにより発電セル１で発電が行われる。供給後の燃料ガスおよび酸化剤ガスは、それぞれ貫通孔２１６，２１３を介してセル積層体１０から排出される。セル積層体１０には貫通孔２１５を介して供給された冷却媒体が導かれ、これにより発電面が冷却される。セル積層体１０を通過した冷却媒体は、貫通孔２１２を介して排出される。

【0020】

図２は、図１のII-II線に沿った断面図であり、図３は、図１のIII-III線に沿った断面図である。なお、図２，図３では、便宜上、主にセル積層体１０の外側表面１０ａ、つまり輪郭のみを示し、セル積層体１０の詳細な図示を省略する。すなわち、図２のセル積層体１０を構成する電極アッセンブリ２およびセパレータ３の左側および右側には、実際には、エンドユニット２０の貫通孔２１１～２１３，２１４～２１６に連通するそれぞれ３つの貫通孔が前後方向に並んで設けられるが、これら貫通孔などの図示は省略する。図２，図３に示すように、ケース３０の側壁３１の内側表面３１ａとセル積層体１０の外側表面１０ａとの間には、前後左右方向の全周にわたって空隙ＳＰ１が設けられる。

【0021】

前方、後方、右方および左方の空隙ＳＰ１には、それぞれ緩衝部４０が設けられる。例えば前後方向中央部および左右方向中央部にそれぞれ緩衝部４０が介装される。緩衝部４０は、下側のエンドユニット２０の近傍から上側のエンドユニット２０の近傍にかけて上下方向に延設される。緩衝部４０は、側壁３１の内側表面３１ａに隣接して配置された板状の弾性体４１と、弾性体４１の全体を覆う薄膜状のフィルム４２と、を有する。

【0022】

弾性体４１は、気泡を有する収縮可能な発泡材、例えば発泡ゴムや発泡樹脂により構成される。弾性体４１の内部の気泡は、例えば気泡同士のつながりのある連続気泡である、なお、気泡同士が独立してつながりのない独立気泡であってもよく、半連続気泡であってもよい。弾性体４１は、側壁３１の内側表面３１ａに当接する外側表面４１ａと、外側表面４１ａの反対側の内側表面４１ｂとを有する。弾性体４１の外側表面４１ａから内側表面４１ｂまでの長さ、すなわち弾性体４１の厚さは、空隙ＳＰ１に介装される前の弾性体４１の初期の厚さ（自由長）よりも薄く、弾性体４１は、所定量圧縮された状態で空隙ＳＰ１に介装される。なお、弾性体４１の厚さに直交して前後方向または左右方向に延在するのが弾性体４１の幅であり、上下方向に延在するのが弾性体４１の長さである。

【0023】

フィルム４２は、可撓性を有するガス不透過性の絶縁フィルムであり、樹脂材などによって構成される。フィルム４２は全体が略矩形状を呈し、その周縁部４２ａが接着剤によって側壁３１の内側表面３１ａに接着される。したがって、フィルム４２と側壁３１との接触面に接着部４３が設けられ、接着部４３によって接触面がシールされる。これにより、フィルム４２と側壁３１の内側表面３１ａとの間に密封空間ＳＰ２が形成され、密封空間ＳＰ２に弾性体４１が収容される。

【0024】

ケース３０の側壁３１には、密封空間ＳＰ２とケース３０の外側空間とを連通するように緩衝部４０の取付位置に対応して連通孔（貫通孔）３５が開口される。例えば弾性体４１の幅方向中央部かつ長さ方向中央部に面して略円形の連通孔３５が開口される。連通孔３５の入口には、シール材を介してカバー３６が取り付けられる、これにより、連通孔３５がシールされ、ケース３０の外部空間から密封空間ＳＰ２への水などの浸入が阻止される。より詳しくは、側壁３１の外側表面３１ｂには、連通孔３５を中心とした座面３０ｃが設けられ、座面３０ｃにボルトなどによってカバー３６が取り付けられる。なお、カバー３６に代えて、連通孔３５に樹脂などを充填することにより連通孔３５を閉鎖するようにしてもよい。

【0025】

燃料電池スタック１００が車両に搭載されると、セル積層体１０には、車両に作用する加速度に応じた慣性力が作用する。例えば積層方向が車両の左右方向であるとき、車両の加速時および減速時に車両（ケース３０）に前後方向の加速度が作用すると、セル積層体１０には、積層方向に直交する方向に慣性力が作用する。また、積層方向が車両の前後方向であるとき、車両の旋回時に車両に左右方向の横加速度が作用すると、セル積層体１０には、積層方向に直交する方向に慣性力が作用する。

【0026】

このように車両の通常運転時においてセル積層体１０には慣性力が作用するが、これに限らず、車両に外部から衝撃力が作用した場合にも、セル積層体１０に慣性力が作用する。例えば積層方向が車両の左右方向であるとき、車両の外部の物体（例えば他車両）により前方または後方から衝撃が作用すると、セル積層体１０には、積層方向に直交する方向に慣性力が作用する。また、積層方向が車両の前後方向であるとき、車両の外部の物体（例えば他車両）により右方または左方から衝撃が作用すると、セル積層体１０には、積層方向に直交する方向に慣性力が作用する。

【0027】

本実施形態では、セル積層体１０の外側表面１０ａとケース３０の内側表面３０ａとの間の空隙ＳＰ１に緩衝部４０が設けられ、セル積層体１０の外側表面１０ａが緩衝部４０によって拘束される。このため、セル積層体１０に慣性力が作用した場合に、セル積層体１０からの力を緩衝部４０が受け、これによりセル積層体１０の変位や変形を抑えることができる。その結果、セル積層体１０を構成する積層体要素（電極アッセンブリ２、セパレータ３）の積層面での位置ずれを防ぐことができる。特に、弾性体４１は、初期状態で所定量圧縮された状態で空隙ＳＰ１に介装される。このため、緩衝部４０はセル積層体１０の外側表面１０ａおよびケース３０の内側表面３０ａに隙間なく当接するとともに、緩衝部４０は適度な硬さを有し、緩衝部４０を介してセル積層体１０を良好に支持することができる。

【0028】

以上のように構成された燃料電池スタック１００の組立方法について説明する。図４Ａ～図４Ｆはそれぞれ、燃料電池スタック１００の組立方法に含まれる各工程を概略的に示す図である。まず、図４Ａに示すように、組立台２００の上面に、エンドユニット２０とケース３０とを搭載し、エンドユニット２０にケース３０の下端部をボルトなどにより締結する（ケース取付工程）。

【0029】

この場合、予め準備工程として、ケース３０の側壁３１の内側表面３１ａには、緩衝部４０が取り付けられるとともに、側壁３１に連通孔３５が開口される。さらに、側壁３１の外側表面３１ｂには、連通孔３５の周囲に座面３１ｃが設けられる。この状態では、フィルム４２の内側の密封空間ＳＰ２は、連通孔３５を介して大気に連通している。このため、弾性体４１に気泡が含まれ、弾性体４１の厚さ（外側表面４１ａから内側表面４１ｂまでの長さ）は、圧縮される前の初期厚さｔ０である。

【0030】

次に、図４Ｂに示すように、連通孔３５の周囲の座面３０ｃに、吸引機５０を接続する。吸引機５０は、例えば真空ポンプを有する吸引機本体５１と、吸引機本体５１に接続されたホース５２と、ホース５２の先端部に設けられた吸着部５３とを有する。吸着部５３は例えば吸盤であり、連通孔３５の全体を覆うように座面３１ｃに吸着部５３が取り付けられる。この状態で、吸引機５０（例えば真空ポンプ）をオンして、図４Ｂの矢印に示すように吸引を開始する（吸引工程）。

【0031】

吸引が開始されると、密封空間ＳＰ２内の空気、すなわち弾性体４１に含まれる気泡が吸い込まれ、弾性体４１が収縮する。これにより、側壁３１の内側表面３０ａから弾性体４の内側表面４１ｂまでの厚さが薄くなり、ケース３０内の収容空間ＳＰ０の容積が前後方向および左右方向に拡大する。この場合の弾性体４１の厚さ（吸引時厚さｔ１）は、例えば初期厚さｔ０の５０％程度または５０％以下である。

【0032】

次いで、図４Ｃに示すように、吸引機５０をオンしたまま、収容空間ＳＰ０に上方から積層体要素１０１を収容する。なお、積層体要素１０１は、電極アッセンブリ２およびセパレータ３のそれぞれの総称である。これにより、電極アッセンブリ２とセパレータ３とをエンドユニット２０上に交互に積層する（積層工程）。吸引により弾性体４１の厚さが薄くなっているため、積層工程においては、積層体要素１０１の端部が緩衝部４０に接触することなく、積層体要素１０１を容易に積層できる。

【0033】

積層体要素１０１の所定数の積層が完了して、加圧前のセル積層体１０が形成されると、図４Ｄに示すように、吸引機５０をオンしたまま、セル積層体１０の上面にエンドユニット２０を搭載する。さらに、加圧機により、エンドユニット２０の上方から矢印に示すように加圧力Ｆを付加する（加圧工程）。これによりセル積層体１０に圧縮荷重が付加され、セル積層体１０が全体的に押し縮められる。

【0034】

上側のエンドユニット２０の下端面がケース３０の上端面に当接すると、図４Ｅに示すように、ボルト３３を用いて両者を締結する（締結工程）。これにより、セル積層体１０は、所定の圧縮荷重が付加された状態で保持される。

【0035】

次に、図４Ｆに示すように、吸引機５０をオフし、ケース３０の側壁３１の外側表面３１ｂから吸着部５３を取り外す（吸引終了工程）。これにより、連通孔３５を介して密封空間ＳＰ２が大気に開放され、弾性体４１に気泡が混入して弾性体４１が復元（膨張）する。その結果、側壁３１の内側表面３１ａとセル積層体１０の外側表面１０ａとの間の空隙ＳＰ１（図３）が塞がれる。このとき、弾性体４１の厚さ（復元厚さｔ２）は、吸引時厚さｔ１（図４Ｂ）よりも厚いが、初期厚さｔ０（図４Ａ）よりも薄い。このため、弾性体４１は圧縮状態で、ケース３０とセル積層体１０との間の空隙ＳＰ１に介装される。

【0036】

最後に、図３に示すように、側壁３１の外側表面３０ｂの座面３０ｃに、シール材を介してカバー３６を取り付け、連通孔３５を塞ぐ（シール工程）。以上で、燃料電池スタック１００の組立が完了する。

【0037】

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）燃料電池スタック１００は、電解質膜と電極とを含む電極アッセンブリ２（膜電極構造体）と、セパレータ３と、を有する発電セル１を、上下方向に積層して構成されたセル積層体１０と、セル積層体１０の上端面および下端面にそれぞれ隣接して配置された一対のエンドユニット２０と、上下定方向に圧縮荷重が付加された状態でセル積層体１０が保持されるように上端部および下端部がそれぞれ一対のエンドユニット２０に固定され、セル積層体１０を包囲するケース３０と、ケース３０の内側表面３０ａとセル積層体１０の外側表面１０ａとの間の空隙ＳＰ１に配置された緩衝部４０と、を備える（図１～図３）。緩衝部４０は、ケース３０の内側表面３１ａに隣接して配置された、気泡を含む収縮可能な弾性体４１と、ケース３０の内側表面３１ａに密着され、弾性体４１が収容される密封空間ＳＰ２を形成するフィルム４２と、を有する（図２，図３）。ケース３０には、ケース３０の外側から密封空間ＳＰ２の空気を吸引可能なように、密封空間ＳＰ２に連通する連通孔３５が設けられる（図２，図３）。

【0038】

この構成により、連通孔３５を介して密封空間ＡＲ２の空気を吸引することができる。このため、弾性体４１を収縮させることができ、燃料電池スタック１００の組立時に、緩衝部４０と干渉することなく、ケース内の収容空間ＳＰ０に発電セル１を容易に積層することができる。したがって、緩衝部４０の高い寸法精度が不要であり、緩衝部４０を有する燃料電池スタック１００を安価に構成することができる。また、吸引を停止して密封空間ＳＰ２を大気開放することで弾性体４１を容易に膨張させることができ、これによりケース３０の内側表面３０ａとセル積層体１０の外側表面１０ａとに密着した状態で緩衝部４０を配置することができる。このため、セル積層体１０に慣性力が作用した場合に、セル積層体１０の変形や変位を良好に抑えることができる。

【0039】

（２）燃料電池スタック１００は、連通孔３５を塞ぐカバー３６をさらに備える（図２，図３）。これにより、連通孔３５を介してケース３０の外部からケース内に水などが浸入することを防ぐことができる。

【0040】

（３）燃料電池スタック１００の組立方法は、気泡を含む収縮可能な弾性体４１を、ケース３０の内側表面３０ａに隣接して配置するとともに、弾性体４１をフィルム４２で覆ってフィルム４２をケース３０の内側表面３１ａに密着させ、弾性体４１が収容される密封空間ＳＰ２を形成する工程（準備工程）と、密封空間ＳＰ２とケース３０の外側空間とを連通するようにケース３０に設けられた連通孔３５を介して、弾性体４１に含まれる空気を吸引し、ケース３０の内部の収容空間ＳＰ０を拡大する工程（吸引工程）と、電解質膜と電極とを含む電極アッセンブリ２と、セパレータ３と、を有する発電セル１を上下方向に積層して、収容空間ＳＰ０にセル積層体１０を配置する工程（積層工程）と、一対のエンドユニット２０を介してセル積層体１０に上下方向の圧縮荷重を付加するとともに、一対のエンドユニット２０をケース３０の一端部および他端部にそれぞれ締結する工程（加圧工程および締結工程）と、連通孔３５を介した吸引を停止し、連通孔３５を大気に開放する工程（吸引終了工程）と、を含む（図４Ａ～図４Ｆ）。

【0041】

これにより、ケース３０の内側表面に緩衝部４０を配置した状態で、ケース内の収容空間ＳＰ０にセル積層体１０を容易に配置することができる。すなわち、弾性体４１が収納された密封空間ＳＰ２を、ケース３０の外側から吸引して弾性体４１を収縮させるので、セル積層体１０を構成する積層体要素１０１（電極アッセンブリ２、セパレータ３）を、緩衝部４０に接触させながら収容空間ＳＰ０に配置する必要がない。このため、緩衝部４０の高い寸法精度が不要であり、緩衝部４０を有する燃料電池スタック１００を安価に構成することができる。

【0042】

（４）燃料電池スタック１００の組立方法は、連通孔３５を塞ぐ工程（シール工程）をさらに含む（図３）。これにより、燃料電池スタック１００の組立のみに用いられる連通孔３５がシールされ、ケース内に水などが浸入することを防止できる。

【0043】

上記実施形態は種々の形態に変形することができる。以下、いくつかの変形例について説明する。上記実施形態では、セル積層体１０の４つの面（前面、後面、左面および右面）に対向して緩衝部４０を配置したが、これに代えて、またはこれに加えて、セル積層体１０の４つの角部に対向して緩衝部を配置してもよい。４つの角部ではなく、対角に位置する２つの角部に対向して緩衝部を配置してもよい。すなわち、ケースの内側表面とセル積層体の外側表面との間の空隙に配置されるのであれば、緩衝部の設置位置や個数は上述したものに限らない。

【0044】

上記実施形態では、弾性体４１を覆うフィルム４２の周縁部４２ａを、側壁３１の内側表面３１ａに接着部４３を介して接着して密封空間を形成するようにしたが、膜部材の構成はこれに限らない。例えば膜部材を伸縮可能な袋状に構成するとともに、袋の内部に、気泡を含む収縮可能な弾性体を収納し、さらに袋の開口部を連通孔に連通するようにしてもよい。上記実施形態では、吸引機５０の吸着部５３を吸盤として構成したが、吸着部５３を例えばピン状の筒体として構成し、連通孔３５に差し込むようにしてもよい。上記実施形態では、ケース３０の外側表面３１ｂに座面３０ｃを設け、座面３０ｃにカバー３６を取り付けるようにしたが、閉塞部の構成はこれに限らず、座面を省略してもよい。

【0045】

上記実施形態では、ケース内の収容空間ＳＰ０に積層体要素１０１（電極アッセンブリ２，セパレータ３）を積層してセル積層体１０を構成するようにしたが、予めケースの外部で複数の積層体要素を積層した後、その積層体を収容空間ＳＰ０に収容するようにしてもよい。上記実施形態では、電解質膜と電極とを含む膜電極接合体としての電極アッセンブリ２と、セパレータ３と、を上下方向（所定方向）に交互に積層してセル積層体１０を構成したが、積層方向は上下方向に限らず左右方向や前後方向であってもよい。

【0046】

以上では、燃料電池スタック１００を車両に搭載する例を説明したが、本発明の燃料電池スタックは他の移動体にも搭載することができる。この場合にも、上述したのと同様の組立方法で、燃料電池スタックを組み立てればよい。

【0047】

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

【0048】

１ 発電セル、２ 電極アッセンブリ、３ セパレータ、１０ セル積層体、２０ エンドユニット、３０ ケース、３０ｃ 座面、３１ 側壁、３５ 連通孔、３６ カバー、４０ 緩衝部、４１ 弾性体、４２ フィルム、５０ 吸引機、１００ 燃料電池スタック、ＳＰ０ 収容空間、ＳＰ１ 空隙、ＳＰ２ 密封空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】