JP2004079246A

JP2004079246A - Assembling method of fuel cell stack

Info

Publication number: JP2004079246A
Application number: JP2002235129A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Nagoshi; 名越　健太郎; Takahiro Yoshida; 吉田　貴博; Katsuhiko Takayama; 高山　克彦
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-12
Also published as: JP4435466B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To assemble a fuel cell efficiently and to enable to maintain a desired generation performance. <P>SOLUTION: A reserve load is applied to the fuel cell stack in which an electrolyte membrane/electrode structure 12 and a first and a second separators 14, 16 are laminated. This reserve load is established at a value which is lower than a maximum load corresponding to a maximum surface pressure acting on gas diffusion layers 42a, 42b when the fuel cell stack is actually operated and higher than the tightening load of the fuel cell stack 10. Then, the fuel cell stack 10 is given the tightening load, and tightened and fixed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子電解質膜が電極触媒層を介装してカーボン部材で挟持された電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体と交互に積層されるセパレータとにより構成される燃料電池スタックの組み立て方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。この種の燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体およびセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
この場合、例えば、車載用燃料電池スタックでは、急発進や急停止等の運転状況の変化に耐え得るように、耐衝撃性を大幅に向上させる必要がある。ところが、通常、電解質膜・電極構造体を構成する拡散層は、カーボン繊維で形成されており、面圧強度（圧縮後の復元性および曲げに対する柔軟性等）が十分に確保されていない場合がある。
【０００５】
このため、燃料電池スタックに耐衝撃性を考慮した締め付け荷重が付与されると、拡散層に過度な面圧が作用して前記拡散層が圧縮により塑性変形し易くなり、締め付け荷重の調整等が必要となって作業全体が相当に煩雑化してしまう。そこで、拡散層が圧縮によって塑性変形するような面圧を、前記拡散層に付与しない構造が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の要請に応じて燃料電池スタックの端部に皿ばねやストッパ構造等が配置される構成が採用されると、燃料電池スタック全体が大型化かつ重量化してしまう。このため、面圧の上昇を予め見込んで、設定面圧を下げることが行われている。ところが、面圧の低下に伴って、接触抵抗が高くなってしまい、電圧の損失が発生するという問題が指摘されている。特に、所望の接触抵抗と拡散層を保護するための面圧との管理は、極めて困難なものとなっている。
【０００７】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池スタックを効率的に組み立てるとともに、所望の発電性能を確実に維持することが可能な燃料電池スタックの組み立て方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池スタックの組み立て方法では、電解質膜・電極構造体とセパレータとが交互に積層されて燃料電池スタックが得られた後、前記燃料電池スタックに予備荷重が付与される。この予備荷重は、燃料電池スタックが実際に運転されるときにカーボン部材に作用する最大面圧を設定し、この最大面圧に対応する最大荷重より低く、かつ前記燃料電池スタックの締め付け荷重よりも高い値に設定されている。
【０００９】
次いで、燃料電池スタックに積層方向に沿って予備荷重が所定の時間だけ付与された後、前記燃料電池スタックが積層方向に所望の締め付け荷重で締め付け固定される。
【００１０】
従って、簡単な工程で、カーボン部材の面圧強度を向上させることが可能になり、燃料電池スタックに所望の締め付け荷重を短時間で確実に付与することができる。このため、燃料電池スタックの組み立て作業が効率的かつ高精度に遂行可能になる。しかも、予備荷重が付与されたカーボン部材は、面圧強度がさらに向上するため、前記カーボン部材に最大面圧が作用しても、該カーボン部材を良好な状態に維持することができる。
【００１１】
さらにまた、燃料電池スタック全体に予備荷重が付与されるため、単一のプレス工程で積層された全てのカーボン部材の面圧強度を有効に向上させることが可能になる。これにより、カーボン部材の予備荷重付与作業が簡単かつ迅速に遂行されるとともに、前記カーボン部材の必要な部分のみの面圧強度を確実に向上させることができる。その上、燃料電池スタックに比較的高い予備荷重が付与されるため、カーボン部材の面圧強度を短時間で確実に向上させることが可能になる。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係る燃料電池スタックの組み立て方法では、予備荷重が、最大面圧よりも２ＭＰａだけ低い面圧に対応して設定されている。カーボン部材は、付与された面圧（予備荷重）より２ＭＰａだけ高い面圧強度が得られるため、前記カーボン部材の面圧強度は、該カーボン部材に作用する最大面圧と同等となる。これにより、カーボン部材のへたりや損傷を可及的に阻止することができる。
【００１３】
さらに、本発明の請求項３に係る燃料電池スタックの組み立て方法では、一方のカーボン部材が、他方のカーボン部材よりも大きな表面積を有し、前記他方のカーボン部材の外周部から外方に突出する前記一方のカーボン部材の外周縁部と、該他方のカーボン部材側に配設されるセパレータとの間にシールが介装されている。
【００１４】
従って、燃料電池スタックに圧縮荷重が付与される際に、カーボン部材は、シール荷重によって圧縮変形を惹起することがない。このため、燃料電池スタックのシール性が有効に向上するとともに、カーボン部材にへたり等が発生することがなく、所望のシール機能を確実に維持することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０の概略斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の要部分解斜視説明図である。
【００１６】
燃料電池スタック１０は、電解質膜・電極構造体１２が、例えば、金属板材で形成された第１および第２セパレータ１４、１６を介装して複数積層された積層体１８を備える。図１に示すように、積層体１８の積層方向（矢印Ａ方向）両端には、負極側集電体２０ａおよび正極側集電体２０ｂとエンドプレート２２ａ、２２ｂとが絶縁プレート２４ａ、２４ｂを介装して配設される。エンドプレート２２ａ、２２ｂ間には、複数本のタイロッド２５を介して所定の締め付け荷重が付与されている。
【００１７】
電解質膜・電極構造体１２と第１および第２セパレータ１４、１６の矢印Ｂ方向（図２中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３２ｂ、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００１８】
電解質膜・電極構造体１２と第１および第２セパレータ１４、１６の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３２ａ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００１９】
電解質膜・電極構造体１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸されてなる固体高分子電解質膜３６と、該固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極３８およびカソード側電極４０とを備える。
【００２０】
アノード側電極３８およびカソード側電極４０は、図３に示すように、多孔質カーボン部材、例えば、カーボンペーパー等からなるガス拡散層（カーボン部材）４２ａ、４２ｂと、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層４２ａ、４２ｂの表面に一様に塗布されてなる電極触媒層４４ａ、４４ｂとをそれぞれ有する。電極触媒層４４ａ、４４ｂは、互いに固体高分子電解質膜３６を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜３６の両面に接合されている。
【００２１】
アノード側電極３８は、カソード側電極４０よりも大きな表面積を有している。アノード側電極３８を構成するガス拡散層４２ａは、カソード側電極４０を構成するガス拡散層４２ｂの外周部から外方に距離Ｈだけ突出する外周縁部４５を設ける。
【００２２】
第１および第２セパレータ１４、１６の間には、例えば、シリコン製Ｏリング等の第１シール４７ａが介装されるとともに、前記第１セパレータ１４の面１４ａと固体高分子電解質膜３６との間（外周縁部４５に対応する位置）には、カソード側電極４０を周回してＯリング等の第２シール４７ｂが介装される。
【００２３】
ガス拡散層４２ａ、４２ｂは、ガスの拡散性と集電性とを備えており、カーボンおよび金属（例えば、鉄、アルミニウム、ニッケル、銅またはステンレス系等）を材料として構成される。ガス拡散層４２ａ、４２ｂは、例えば、東レ株式会社製のＴＧＰ−Ｈが使用されており、比抵抗が０．２×１０^−６Ωｃｍ〜５０×１０^−６Ωｃｍ、より好ましくは、０．３×１０^−６Ωｃｍ〜１０×１０^−６Ωｃｍで、かさ密度が０．２ｇ／ｃｍ^３〜０．６ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは、０．３ｇ／ｃｍ^３〜０．５ｇ／ｃｍ^３で、気体透過度が１０ｍｍＡｑ／ｍｍ〜１００ｍｍＡｑ／ｍｍ、より好ましくは、２０ｍｍＡｑ／ｍｍ〜５０ｍｍＡｑ／ｍｍである。
【００２４】
図２に示すように、第１セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１２側の面１４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路４６が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路４６は、酸化剤ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに連通する。
【００２５】
第２セパレータ１６の電解質膜・電極構造体１２側の面１６ａには、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部を備えている。第２セパレータ１６の面１６ｂには、冷却媒体供給連通孔３２ａと冷却媒体排出連通孔３２ｂとに連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部を備えている。
【００２６】
図１に示すように、エンドプレート２２ａの長辺側（矢印Ｂ方向側）の一端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔３０ａ、冷却媒体排出連通孔３２ｂおよび燃料ガス排出連通孔３４ｂが設けられる。エンドプレート２２ａの長辺側（矢印Ｂ方向側）の他端縁部には、燃料ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体供給連通孔３２ａおよび酸化剤ガス排出連通孔３０ｂが設けられる。
【００２７】
このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、本実施形態に係る組み立て方法との関連で、以下に説明する。
【００２８】
まず、電解質膜・電極構造体１２を第１および第２セパレータ１４、１６により挟持して単位セルが構成されるとともに、この単位セルが矢印Ａ方向に所定の組数だけ積層されて積層体１８が得られる。積層体１８の積層方向両端には、負極側集電体２０ａおよび正極側集電体２０ｂとエンドプレート２２ａ、２２ｂとが絶縁プレート２４ａ、２４ｂを介装して配設される。
【００２９】
さらに、エンドプレート２２ａ、２２ｂ間に、複数本のタイロッド２５が配設され、前記タイロッド２５を介して前記エンドプレート２２ａ、２２ｂ間、すなわち、燃料電池スタック１０に仮締め荷重が付与される。この仮締め荷重は、所定の締め付け荷重よりも小さな値に設定されている。
【００３０】
次いで、燃料電池スタック１０には、図４に示すように、プレス機６０を介して予備荷重の付与が行われる。このプレス機６０は、固定型である下型６２と可動型である上型６４とを備えており、前記下型６２および前記上型６４は、燃料電池スタック１０全体に対し積層方向に押圧力を付与するように、タイロッド２５を避ける形状に設定されている。
【００３１】
本実施形態では、燃料電池スタック１０が実際に運転されるときにガス拡散層４２ａ、４２ｂに作用する最大面圧を設定し、この最大面圧に対応する最大荷重より低く、かつ前記燃料電池スタック１０の締め付け荷重よりも高い予備荷重が設定される。この最大面圧とは、例えば、燃料電池スタック１０が車両に搭載された場合に、急発進や急停止等の運転状況の変化によって前記燃料電池スタック１０に最大衝撃力が作用する際の面圧をいう。
【００３２】
一方、締め付け荷重は、燃料電池スタック１０全体が所望の接触抵抗を維持するために必要なガス拡散層４２ａ、４２ｂの面圧強度（圧縮限界面圧）に対応する拡散層荷重と、所望のシール性を維持するために必要な第１および第２シール４７ａ、４７ｂ等のセパレータの間に介装されるシール面圧に対応するシール荷重とを加えた値に設定される。
【００３３】
ガス拡散層４２ａ、４２ｂを圧縮する面圧と、このガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さとの関係が、図５に示されている。従って、ガス拡散層４２ａ、４２ｂに必要な面圧ｐｇが付与される際の前記ガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さｔｇが、この図５に基づいて得られる。
【００３４】
ガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さｔｇが設定されると、この厚さｔｇに基づいて第１および第２シール４７ａ、４７ｂの高さが決定される。その際、第１および第２シール４７ａ、４７ｂを圧縮する面圧（シール面圧）ｐと、前記第１および第２シール４７ａ、４７ｂの高さ（シール高さ）ｔｓとは、図６に示す関係を有している。
【００３５】
このため、燃料電池スタック１０に所望の締め付け荷重が付与されて、第１および第２シール４７ａ、４７ｂがガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さｔｇに対応する高さ寸法になったときに、所定のシール面圧を確保し得るように該第１および第２シール４７ａ、４７ｂの初期シール高さが決定される。
【００３６】
ガス拡散層４２ａ、４２ｂの拡散層荷重Ｐｇと、第１および第２シール４７ａ、４７ｂのシール荷重Ｐｓとは、図７に示す関係を有している。これにより、拡散層荷重およびシール荷重が分担荷重となり、これらを加えた値が燃料電池スタック１０全体の締め付け荷重として設定される。なお、分担荷重としては、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの拡散層荷重が第１および第２シール４７ａ、４７ｂのシール荷重よりも相当に大きな値となっている。
【００３７】
そこで、図４に示すように、燃料電池スタック１０では、下型６２のプレス面にエンドプレート２２ｂ（または２２ａ）が載置された状態で、上型６４が下降する。このため、燃料電池スタック１０は、エンドプレート２２ｂ（または２２ａ）が下型６２のプレス面に載置されるとともに、エンドプレート２２ａ（または２２ｂ）が上型６４のプレス面に押圧され、前記燃料電池スタック１０には、積層方向に所定の予備荷重が付与される。燃料電池スタック１０は、この予備荷重を付与された状態で、例えば、１２０℃程度で５分〜１０分、好ましくは、３分〜７分だけ保持される。なお、高温下で予備荷重を付与することにより、保持時間の短縮化が図られる。
【００３８】
この予備荷重は、ガス拡散層４２ａ、４２ｂに作用する最大面圧より２ＭＰａだけ低い面圧に対応して設定される。すなわち、ガス拡散層４２ａ、４２ｂに予備荷重が付与されると、図８に示すように、前記ガス拡散層４２ａ、４２ｂには、付与された面圧（予備荷重）より２ＭＰａだけ高い面圧強度が得られている。
【００３９】
従って、予備荷重を最大面圧よりも２ＭＰａだけ低い面圧に対応して設定することにより、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの面圧強度が前記ガス拡散層４２ａ、４２ｂに作用する最大面圧と同等となる。これにより、ガス拡散層４２ａ、４２ｂに最大面圧が作用しても、このガス拡散層４２ａ、４２ｂのへたりや損傷を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。
【００４０】
次いで、プレス機６０を構成する上型６４が上昇して、燃料電池スタック１０からプレス荷重が除去された際、前記プレス荷重の付与前後におけるガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さ変動量が検出される。この場合、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの予備荷重付与時の厚さから予備荷重除去時の厚さ変動量が所定の範囲内に至っていない際には、プレス機６０による予備荷重付与作業が再度行われる。
【００４１】
そして、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さ変動量が、所定の範囲内となれば、燃料電池スタック１０にプレス機６０等を介して所望の締め付け荷重が付与される。この状態で、タイロッド２５を介してエンドプレート２２ａ、２２ｂ間に所定の締め付け力が付与され、燃料電池スタック１０が締め付け固定される。
【００４２】
ここで、予備荷重を６ＭＰａの面圧に対応する荷重とし、厚さ変動量の許容範囲を５μｍに設定したところ、図９に示す結果が得られた。すなわち、プレス機６０を介して燃料電池スタック１０に予備荷重（プレス荷重）を１回付与した際には、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの変動量が５μｍを僅かに超えていた。そこで、燃料電池スタック１０に２回以上の予備荷重を付与したところ、変動量が５μｍ以内となった。従って、予備荷重の付与を２回以上行うことにより、所望の面圧強度を有するガス拡散層４２ａ、４２ｂが確実に得られた。
【００４３】
なお、予備荷重を付与しない燃料電池スタック１０に締め付け荷重を付与したところ、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの厚さ変動量（厚み差）が３０μｍ以上であった。このため、予備荷重を付与しない燃料電池スタック１０では、第２シール４７ｂのシール荷重を介してガス拡散層４２ａ、４２ｂが圧縮変形し、所望のシール性を確保することができなかった。
【００４４】
これに対して、本実施形態では、燃料電池スタック１０の積層後にこの燃料電池スタック１０全体に予備荷重が付与されることにより、ガス拡散層４２ａの外周縁部４５に、第２シール４７ｂの当接面に対応して予備荷重が付与され、前記外周縁部４５の面圧強度が大幅に向上している。従って、図３に示すように、ガス拡散層４２ａの外周縁部４５は、燃料電池スタック１０に締め付け荷重が付与された状態で、第２シール４７ｂによるシール荷重に対する厚さ変動量が所定の範囲内に維持される。
【００４５】
これにより、本実施形態では、燃料電池スタック１０全体のシール性が有効に向上するとともに、ガス拡散層４２ａの外周縁部４５にへたり等が惹起されることがなく、所望のシール機能を確実に維持することが可能になるという効果が得られる。
【００４６】
さらに、燃料電池スタック１０全体に予備荷重が付与されている。このため、プレス機６０による単一のプレス工程で、積層された全てのガス拡散層４２ａ、４２ｂの面圧強度を有効に向上させることができる。これにより、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの予備荷重付与作業が簡単かつ迅速に遂行されて、生産性の向上を図ることが可能になるという利点がある。
【００４７】
その上、燃料電池スタック１０全体に予備荷重が付与されるため、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの必要な部分のみの強度が向上する。従って、例えば、酸化剤ガス流路４６や燃料ガス流路４８の溝部に対応してガス拡散層４２ａ、４２ｂの潰れ等が惹起されることがなく、酸化剤ガスや燃料ガスを円滑に流通させることができる。また、燃料電池スタック１０に比較的高い予備荷重が付与されるため、ガス拡散層４２ａ、４２ｂの面圧強度を、短時間で確実に向上させることが可能になる。
【００４８】
ところで、燃料電池スタック１０を運転するに際しては、図１に示すように、燃料ガス供給連通孔３４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔３２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００４９】
このため、図２に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３０ａから第１セパレータ１４の酸化剤ガス流路４６に導入され、電解質膜・電極構造体１２を構成するカソード側電極４０に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３４ａから第２セパレータ１６の燃料ガス流路４８に導入され、電解質膜・電極構造体１２を構成するアノード側電極３８に沿って移動する。
【００５０】
従って、各電解質膜・電極構造体１２では、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００５１】
次いで、アノード側電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５２】
また、冷却媒体供給連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第２セパレータ１６の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１２を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３２ｂから排出される。
【００５３】
なお、本実施形態では、Ｏリング等の第１シール４７ａを用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、ガスケット等の他のシール構造を採用してもよい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックの組み立て方法では、簡単な工程で、カーボン部材の面圧強度を向上させることが可能になり、燃料電池スタックに所望の締め付け荷重を短時間で確実に付与することができる。このため、燃料電池スタックの組み立て作業が効率的かつ高精度に遂行可能になる。しかも、予備荷重が付与されたカーボン部材は、面圧強度がさらに向上するため、前記カーボン部材に最大面圧が作用しても、該カーボン部材を良好に維持することができる。
【００５５】
さらにまた、燃料電池スタック全体に予備荷重が付与されるため、単一のプレス工程で全てのカーボン部材の面圧強度を有効に向上させることが可能になる。これにより、カーボン部材の予備荷重付与作業が、簡単かつ迅速に遂行されるとともに、前記カーボン部材の必要な部分のみの面圧強度を確実に向上させることができる。その上、燃料電池スタックに比較的高い予備荷重が付与されるため、カーボン部材の面圧強度を短時間で確実に向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視図である。
【図２】前記燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池スタックの要部断面説明図である。
【図４】前記燃料電池スタックに予備荷重を付与するプレス機の説明図である。
【図５】拡散層面圧と拡散層厚さとの関係を示す説明図である。
【図６】シール面圧とシール高さとの関係を示す説明図である。
【図７】締め付け荷重における拡散層荷重とシール荷重との分担荷重を示す説明図である。
【図８】予備荷重付与後の前記ガス拡散層の面圧強度の向上を示す説明図である。
【図９】前記ガス拡散層に対する予備荷重の有無および付与回数と厚さ変動量との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池スタック　　　　　　１２…電解質膜・電極構造体
１４、１６…セパレータ　　　　　　３０ａ…酸化剤ガス供給連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔　　　３２ａ…冷却媒体供給連通孔
３２ｂ…冷却媒体排出連通孔　　　　３４ａ…燃料ガス供給連通孔
３４ｂ…燃料ガス排出連通孔　　　　３６…固体高分子電解質膜
３８…アノード側電極　　　　　　　４０…カソード側電極
４２ａ、４２ｂ…ガス拡散層　　　　４４ａ、４４ｂ…電極触媒層
４５…外周縁部　　　　　　　　　　４６…酸化剤ガス流路
４７ａ、４７ｂ…シール　　　　　　４８…燃料ガス流路
５０…冷却媒体流路　　　　　　　　６０…プレス機
６２…下型　　　　　　　　　　　　６４…上型[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is constituted by an electrolyte membrane / electrode structure in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between carbon members with an electrode catalyst layer interposed therebetween, and a separator alternately laminated with the electrolyte membrane / electrode structure. And a method of assembling a fuel cell stack.
[0002]
[Prior art]
In general, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of an electrolyte membrane composed of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). , And a separator. This type of fuel cell is generally used as a fuel cell stack by alternately stacking a predetermined number of electrolyte membrane / electrode structures and separators.
[0003]
In this fuel cell, a fuel gas supplied to the anode electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter, also referred to as a hydrogen-containing gas) is obtained by ionizing hydrogen on the electrode catalyst and passing through the electrolyte to the cathode side. Move to the electrode side. The electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as DC electric energy. Since an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas) is supplied to the cathode side electrode, hydrogen ions, electrons, And oxygen react to produce water.
[0004]
In this case, for example, in a vehicle fuel cell stack, it is necessary to greatly improve impact resistance so as to be able to withstand a change in operating conditions such as sudden start and sudden stop. However, usually, the diffusion layer constituting the electrolyte membrane / electrode structure is formed of carbon fiber, and the surface pressure strength (such as restorability after compression and flexibility against bending) may not be sufficiently ensured. is there.
[0005]
Therefore, when a tightening load in consideration of impact resistance is applied to the fuel cell stack, excessive surface pressure acts on the diffusion layer, so that the diffusion layer is easily plastically deformed by compression, and adjustment of the tightening load and the like are performed. It becomes necessary and the whole work becomes considerably complicated. Therefore, there is a demand for a structure that does not apply a surface pressure such that the diffusion layer is plastically deformed by compression to the diffusion layer.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, if a configuration in which a disc spring, a stopper structure, or the like is disposed at the end of the fuel cell stack in response to the above request is adopted, the entire fuel cell stack becomes large and heavy. For this reason, the set surface pressure is reduced in anticipation of an increase in the surface pressure in advance. However, it has been pointed out that the contact resistance increases with a decrease in the surface pressure, and a voltage loss occurs. In particular, it is extremely difficult to manage desired contact resistance and surface pressure for protecting the diffusion layer.
[0007]
The present invention solves this kind of problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell stack assembling method that can efficiently assemble a fuel cell stack and reliably maintain desired power generation performance. I do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the method for assembling a fuel cell stack according to claim 1 of the present invention, after the electrolyte membrane / electrode structure and the separator are alternately stacked to obtain a fuel cell stack, a preload is applied to the fuel cell stack. You. This preliminary load sets the maximum surface pressure acting on the carbon member when the fuel cell stack is actually operated, is lower than the maximum load corresponding to the maximum surface pressure, and is smaller than the tightening load of the fuel cell stack. It is set to a high value.
[0009]
Next, after a preload is applied to the fuel cell stack in the stacking direction for a predetermined time, the fuel cell stack is tightened and fixed in the stacking direction with a desired tightening load.
[0010]
Therefore, the surface pressure strength of the carbon member can be improved with a simple process, and a desired tightening load can be reliably applied to the fuel cell stack in a short time. For this reason, the assembly work of the fuel cell stack can be performed efficiently and with high accuracy. In addition, the carbon member to which the preload is applied further improves the surface pressure strength, so that the carbon member can be maintained in a good state even when the maximum surface pressure acts on the carbon member.
[0011]
Furthermore, since a preload is applied to the entire fuel cell stack, it is possible to effectively improve the surface pressure strength of all the carbon members laminated in a single pressing step. Thereby, the preloading operation of the carbon member can be performed easily and quickly, and the surface pressure strength of only the necessary portion of the carbon member can be reliably improved. In addition, since a relatively high preliminary load is applied to the fuel cell stack, the surface pressure strength of the carbon member can be reliably improved in a short time.
[0012]
In the method for assembling a fuel cell stack according to claim 2 of the present invention, the preload is set corresponding to a surface pressure lower by 2 MPa than the maximum surface pressure. Since the carbon member has a surface pressure intensity higher by 2 MPa than the applied surface pressure (preliminary load), the surface pressure intensity of the carbon member is equal to the maximum surface pressure acting on the carbon member. Thereby, sagging or damage of the carbon member can be prevented as much as possible.
[0013]
Furthermore, in the method for assembling a fuel cell stack according to claim 3 of the present invention, one carbon member has a larger surface area than the other carbon member, and projects outward from the outer peripheral portion of the other carbon member. A seal is interposed between an outer peripheral portion of the one carbon member and a separator provided on the other carbon member side.
[0014]
Therefore, when a compression load is applied to the fuel cell stack, the carbon member does not cause compression deformation due to the sealing load. For this reason, the sealing performance of the fuel cell stack is effectively improved, and the desired sealing function can be reliably maintained without sagging of the carbon member.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic perspective view of a fuel cell stack 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of the fuel cell stack 10.
[0016]
The fuel cell stack 10 includes a stacked body 18 in which a plurality of electrolyte membrane / electrode structures 12 are stacked with first and second separators 14 and 16 formed of, for example, a metal plate. As shown in FIG. 1, at both ends of the laminate 18 in the laminating direction (the direction of arrow A), the negative-side current collector 20a and the positive-side current collector 20b and the end plates 22a and 22b are sandwiched by insulating plates 24a and 24b. It is installed and arranged. A predetermined tightening load is applied between the end plates 22a and 22b via a plurality of tie rods 25.
[0017]
One end edges of the electrolyte membrane / electrode structure 12 and the first and second separators 14 and 16 in the direction of arrow B (horizontal direction in FIG. 2) communicate with each other in the direction of arrow A, which is a laminating direction, to oxidize. Oxidizing gas supply communication hole 30a for supplying an agent gas such as an oxygen-containing gas, cooling medium discharge communication hole 32b for discharging a cooling medium, and fuel for discharging a fuel gas such as a hydrogen-containing gas. The gas discharge communication holes 34b are arranged in the direction of arrow C (vertical direction).
[0018]
Fuel gas supply passages for supplying fuel gas are provided at the other end edges of the electrolyte membrane / electrode structure 12 and the first and second separators 14 and 16 in the direction of arrow B to communicate with each other in the direction of arrow A. 34a, a cooling medium supply communication hole 32a for supplying a cooling medium, and an oxidizing gas discharge communication hole 30b for discharging an oxidizing gas are provided in an arrow C direction.
[0019]
The electrolyte membrane / electrode structure 12 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 36 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, an anode electrode 38 and a cathode electrode sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 36. 40.
[0020]
As shown in FIG. 3, the anode electrode 38 and the cathode electrode 40 have gas diffusion layers (carbon members) 42a and 42b made of a porous carbon member, for example, carbon paper or the like, and a platinum alloy supported on the surface. Electrode catalyst layers 44a and 44b each having porous carbon particles uniformly coated on the surfaces of the gas diffusion layers 42a and 42b. The electrode catalyst layers 44a and 44b are joined to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 36 so as to face each other with the solid polymer electrolyte membrane 36 interposed therebetween.
[0021]
The anode 38 has a larger surface area than the cathode 40. The gas diffusion layer 42a constituting the anode electrode 38 has an outer peripheral edge 45 projecting outward by a distance H from the outer periphery of the gas diffusion layer 42b constituting the cathode electrode 40.
[0022]
Between the first and second separators 14 and 16, for example, a first seal 47 a such as a silicon O-ring is interposed, and the surface 14 a of the first separator 14 and the solid polymer electrolyte membrane 36 are interposed. A second seal 47b, such as an O-ring, is interposed between the portions (at a position corresponding to the outer peripheral edge 45) around the cathode electrode 40.
[0023]
The gas diffusion layers 42a and 42b have gas diffusibility and current collecting properties, and are made of carbon and a metal (for example, iron, aluminum, nickel, copper, or stainless steel). Gas diffusion layers 42a, 42b, for example, have been used TGP-H manufactured by Toray Industries, Inc., specific resistance ^{^{0.2 × 10 -6 Ωcm~50 × 10 -6}} Ωcm, more preferably, 0.3 in ^{^{× 10 -6 Ωcm~10 × 10 -6 Ωcm}} , bulk density ^{^{0.2g / cm 3 ~0.6g / cm 3}} , more ^preferably, at ^{0.3g / cm 3 ~0.5g / cm 3} , The gas permeability is from 10 mmAq / mm to 100 mmAq / mm, more preferably from 20 mmAq / mm to 50 mmAq / mm.
[0024]
As shown in FIG. 2, an oxidizing gas flow path 46 including, for example, a plurality of grooves extending in the direction of arrow B is provided on the surface 14 a of the first separator 14 on the side of the electrolyte membrane / electrode structure 12. At the same time, the oxidizing gas passage 46 communicates with the oxidizing gas supply communication hole 30a and the oxidizing gas discharge communication hole 30b.
[0025]
A fuel gas channel 48 communicating with the fuel gas supply passage 34a and the fuel gas discharge passage 34b is formed on the surface 16a of the second separator 16 on the side of the electrolyte membrane / electrode structure 12. The fuel gas passage 48 has a plurality of grooves extending in the direction of arrow B. On the surface 16b of the second separator 16, a cooling medium passage 50 communicating with the cooling medium supply communication hole 32a and the cooling medium discharge communication hole 32b is formed. The cooling medium flow path 50 has a plurality of grooves extending in the direction of arrow B.
[0026]
As shown in FIG. 1, an oxidizing gas supply communication hole 30a, a cooling medium discharge communication hole 32b, and a fuel gas discharge communication hole 34b are provided at one end edge of the long side (the direction of arrow B) of the end plate 22a. Can be A fuel gas supply passage 34a, a cooling medium supply passage 32a, and an oxidant gas discharge passage 30b are provided at the other end of the long side (the direction of the arrow B) of the end plate 22a.
[0027]
The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below in relation to the assembling method according to the present embodiment.
[0028]
First, a unit cell is formed by sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 12 between the first and second separators 14 and 16, and a predetermined number of the unit cells are stacked in the direction of arrow A to form a stack 18 Is obtained. At both ends in the stacking direction of the stacked body 18, a negative-side current collector 20 a and a positive-side current collector 20 b and end plates 22 a and 22 b are disposed with insulating plates 24 a and 24 b interposed therebetween.
[0029]
Further, a plurality of tie rods 25 are arranged between the end plates 22a and 22b, and a temporary tightening load is applied between the end plates 22a and 22b, that is, the fuel cell stack 10 via the tie rods 25. This temporary fastening load is set to a value smaller than a predetermined fastening load.
[0030]
Next, as shown in FIG. 4, a preload is applied to the fuel cell stack 10 via a press 60. The press 60 includes a fixed lower die 62 and a movable upper die 64. The lower die 62 and the upper die 64 apply a pressing force to the entire fuel cell stack 10 in the stacking direction. Is set so as to avoid the tie rod 25.
[0031]
In this embodiment, when the fuel cell stack 10 is actually operated, the maximum surface pressure acting on the gas diffusion layers 42a and 42b is set, and is lower than the maximum load corresponding to the maximum surface pressure. A preliminary load that is higher than ten tightening loads is set. The maximum surface pressure is, for example, a surface pressure when a maximum impact force acts on the fuel cell stack 10 due to a change in driving conditions such as sudden start or sudden stop when the fuel cell stack 10 is mounted on a vehicle. Say.
[0032]
On the other hand, the tightening load is a diffusion layer load corresponding to the surface pressure strength (compression limit surface pressure) of the gas diffusion layers 42a and 42b necessary for maintaining the desired contact resistance of the entire fuel cell stack 10, and the desired seal. It is set to a value obtained by adding a seal load corresponding to a seal surface pressure interposed between separators such as the first and second seals 47a and 47b necessary for maintaining the performance.
[0033]
FIG. 5 shows the relationship between the surface pressure for compressing the gas diffusion layers 42a and 42b and the thickness of the gas diffusion layers 42a and 42b. Therefore, the thickness tg of the gas diffusion layers 42a and 42b when the necessary surface pressure pg is applied to the gas diffusion layers 42a and 42b is obtained based on FIG.
[0034]
When the thickness tg of the gas diffusion layers 42a and 42b is set, the height of the first and second seals 47a and 47b is determined based on the thickness tg. At this time, the surface pressure (seal surface pressure) p for compressing the first and second seals 47a and 47b and the height (seal height) ts of the first and second seals 47a and 47b are shown in FIG. It has the relationship shown.
[0035]
Therefore, when a desired tightening load is applied to the fuel cell stack 10 and the first and second seals 47a and 47b have a height corresponding to the thickness tg of the gas diffusion layers 42a and 42b, a predetermined The initial seal height of the first and second seals 47a and 47b is determined so that the seal surface pressure of the first and second seals 47a and 47b can be secured.
[0036]
FIG. 7 shows the relationship between the diffusion layer load Pg of the gas diffusion layers 42a and 42b and the seal load Ps of the first and second seals 47a and 47b. As a result, the diffusion layer load and the seal load become shared loads, and a value obtained by adding these is set as the tightening load of the entire fuel cell stack 10. As the shared load, the diffusion layer load of the gas diffusion layers 42a and 42b is considerably larger than the seal load of the first and second seals 47a and 47b.
[0037]
Therefore, as shown in FIG. 4, in the fuel cell stack 10, the upper die 64 descends with the end plate 22b (or 22a) placed on the press surface of the lower die 62. For this reason, in the fuel cell stack 10, the end plate 22b (or 22a) is placed on the press surface of the lower die 62, and the end plate 22a (or 22b) is pressed against the press surface of the upper die 64. A predetermined preload is applied to the battery stack 10 in the stacking direction. The fuel cell stack 10 is held at, for example, about 120 ° C. for 5 minutes to 10 minutes, and preferably for 3 minutes to 7 minutes, with the preload applied. The holding time can be shortened by applying a preload at a high temperature.
[0038]
This preliminary load is set corresponding to a surface pressure lower by 2 MPa than the maximum surface pressure acting on the gas diffusion layers 42a and 42b. That is, when a preliminary load is applied to the gas diffusion layers 42a and 42b, as shown in FIG. 8, the gas diffusion layers 42a and 42b have a surface pressure intensity higher by 2 MPa than the applied surface pressure (preliminary load). Is obtained.
[0039]
Accordingly, by setting the preliminary load corresponding to the surface pressure lower by 2 MPa than the maximum surface pressure, the surface pressure strength of the gas diffusion layers 42a and 42b is equal to the maximum surface pressure acting on the gas diffusion layers 42a and 42b. It becomes. Thereby, even if the maximum surface pressure acts on the gas diffusion layers 42a and 42b, it is possible to obtain an effect that it is possible to prevent sagging and damage of the gas diffusion layers 42a and 42b as much as possible.
[0040]
Next, when the upper die 64 constituting the press machine 60 is lifted and the press load is removed from the fuel cell stack 10, the thickness fluctuation amount of the gas diffusion layers 42a and 42b before and after the press load is applied is detected. You. In this case, when the thickness variation of the gas diffusion layers 42a and 42b at the time of preliminary load removal from the thickness at the time of preliminary load application does not reach the predetermined range, the preloading operation by the press machine 60 is performed again. Is
[0041]
When the thickness variation of the gas diffusion layers 42a and 42b falls within a predetermined range, a desired tightening load is applied to the fuel cell stack 10 via the press 60 or the like. In this state, a predetermined tightening force is applied between the end plates 22a and 22b via the tie rods 25, and the fuel cell stack 10 is tightened and fixed.
[0042]
Here, when the preliminary load was set to a load corresponding to the surface pressure of 6 MPa and the allowable range of the thickness variation was set to 5 μm, the result shown in FIG. 9 was obtained. That is, when a preliminary load (press load) was applied once to the fuel cell stack 10 via the press machine 60, the fluctuation amount of the gas diffusion layers 42a and 42b slightly exceeded 5 μm. Then, when a preliminary load was applied to the fuel cell stack 10 twice or more, the variation amount was within 5 μm. Therefore, by performing the application of the preload twice or more, the gas diffusion layers 42a and 42b having the desired surface pressure strength were reliably obtained.
[0043]
When a tightening load was applied to the fuel cell stack 10 to which no preload was applied, the thickness variation (thickness difference) of the gas diffusion layers 42a and 42b was 30 μm or more. For this reason, in the fuel cell stack 10 to which no preliminary load is applied, the gas diffusion layers 42a and 42b are compressed and deformed by the seal load of the second seal 47b, and a desired sealing property cannot be secured.
[0044]
On the other hand, in the present embodiment, the preload is applied to the entire fuel cell stack 10 after the fuel cell stack 10 is stacked, so that the outer peripheral edge 45 of the gas diffusion layer 42a is pressed by the second seal 47b. A preliminary load is applied corresponding to the contact surface, and the surface pressure strength of the outer peripheral edge 45 is greatly improved. Accordingly, as shown in FIG. 3, the outer peripheral edge 45 of the gas diffusion layer 42a has a thickness variation within a predetermined range with respect to the seal load by the second seal 47b in a state where a tightening load is applied to the fuel cell stack 10. Will be maintained within
[0045]
Thus, in the present embodiment, the sealing performance of the entire fuel cell stack 10 is effectively improved, and the desired sealing function is ensured without causing any settling on the outer peripheral edge 45 of the gas diffusion layer 42a. Is obtained.
[0046]
Further, a preload is applied to the entire fuel cell stack 10. For this reason, the surface pressure strength of all the laminated gas diffusion layers 42a and 42b can be effectively improved by a single pressing process using the pressing machine 60. Thereby, there is an advantage that the preloading operation of the gas diffusion layers 42a and 42b can be performed easily and quickly, and the productivity can be improved.
[0047]
In addition, since a preload is applied to the entire fuel cell stack 10, the strength of only the necessary portions of the gas diffusion layers 42a and 42b is improved. Accordingly, for example, the gas diffusion layers 42a and 42b are not crushed or the like corresponding to the grooves of the oxidizing gas flow path 46 and the fuel gas flow path 48, and the oxidizing gas and the fuel gas flow smoothly. be able to. In addition, since a relatively high preliminary load is applied to the fuel cell stack 10, the surface pressure strength of the gas diffusion layers 42a and 42b can be reliably improved in a short time.
[0048]
When the fuel cell stack 10 is operated, as shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas supply passage 34a, and an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas supply passage 30a. Is supplied. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium supply communication hole 32a.
[0049]
For this reason, as shown in FIG. 2, the oxidizing gas is introduced into the oxidizing gas passage 46 of the first separator 14 from the oxidizing gas supply passage 30a, and the cathode side of the electrolyte membrane / electrode structure 12 is formed. It moves along the electrode 40. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas passage 48 of the second separator 16 from the fuel gas supply passage 34a, and moves along the anode 38 that forms the electrolyte membrane / electrode structure 12.
[0050]
Therefore, in each electrolyte membrane / electrode structure 12, the oxidizing gas supplied to the cathode 40 and the fuel gas supplied to the anode 38 are consumed by the electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, Power generation is performed.
[0051]
Next, the fuel gas supplied to the anode 38 and consumed is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas discharge communication hole 34b. Similarly, the oxidant gas supplied to and consumed by the cathode electrode 40 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas discharge communication hole 30b.
[0052]
The cooling medium supplied to the cooling medium supply communication hole 32a flows into the cooling medium flow path 50 of the second separator 16 and then flows in the direction of arrow B. This cooling medium is discharged from the cooling medium discharge communication hole 32b after cooling the electrolyte membrane / electrode structure 12.
[0053]
In the present embodiment, the first seal 47a such as an O-ring is used. However, the present invention is not limited to this. For example, another seal structure such as a gasket may be employed.
[0054]
【The invention's effect】
In the method for assembling the fuel cell stack according to the present invention, the surface pressure strength of the carbon member can be improved with a simple process, and a desired tightening load can be reliably applied to the fuel cell stack in a short time. it can. For this reason, the assembly work of the fuel cell stack can be performed efficiently and with high accuracy. In addition, the carbon member to which the preload is applied further improves the surface pressure strength, so that the carbon member can be favorably maintained even when the maximum surface pressure acts on the carbon member.
[0055]
Furthermore, since the preload is applied to the entire fuel cell stack, it is possible to effectively improve the surface pressure strength of all the carbon members in a single pressing step. Thus, the preloading operation of the carbon member can be performed easily and quickly, and the surface pressure strength of only the necessary portion of the carbon member can be reliably improved. In addition, since a relatively high preliminary load is applied to the fuel cell stack, the surface pressure strength of the carbon member can be reliably improved in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of the fuel cell stack.
FIG. 3 is an explanatory sectional view of a main part of the fuel cell stack.
FIG. 4 is an explanatory view of a press for applying a preload to the fuel cell stack.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a diffusion layer surface pressure and a diffusion layer thickness.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between a seal surface pressure and a seal height.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a shared load of a diffusion layer load and a seal load in a tightening load.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an improvement in surface pressure strength of the gas diffusion layer after a preload is applied.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the presence / absence of a preliminary load on the gas diffusion layer, the number of times of application, and the thickness variation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... Electrolyte membrane / electrode structure 14, 16 ... Separator 30a ... Oxidant gas supply communication hole 30b ... Oxidant gas discharge communication hole 32a ... Cooling medium supply communication hole 32b ... Cooling medium discharge communication hole 34a ... Fuel gas supply communication hole 34b Fuel gas discharge communication hole 36 Solid polymer electrolyte membrane 38 Anode-side electrode 40 Cathode-side electrodes 42a and 42b Gas diffusion layers 44a and 44b Electrode catalyst layer 45 Outer peripheral edge 46 Oxidant gas flow paths 47a, 47b ... Seal 48 ... Fuel gas flow path 50 ... Cooling medium flow path 60 ... Press machine 62 ... Lower mold 64 ... Upper mold

Claims

A fuel cell stack comprising: an electrolyte membrane / electrode structure in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between carbon members with an electrode catalyst layer interposed; and a separator alternately stacked with the electrolyte membrane / electrode structure Method of assembling,
A step of alternately stacking the electrolyte membrane / electrode structure and the separator to obtain a fuel cell stack,
Setting a maximum surface pressure acting on the carbon member when the fuel cell stack is actually operated; a preload lower than a maximum load corresponding to the maximum surface pressure and higher than a tightening load of the fuel cell stack; Setting the
Applying the preload along the stacking direction to the fuel cell stack;
After the preliminary load is applied to the fuel cell stack for a predetermined time, tightening and fixing the fuel cell stack with the tightening load,
A method for assembling a fuel cell stack, comprising:

2. The method according to claim 1, wherein the preliminary load is set corresponding to a surface pressure lower by 2 MPa than the maximum surface pressure.

3. The assembly method according to claim 1, wherein the one carbon member has a larger surface area than the other carbon member, and the one carbon member protrudes outward from an outer peripheral portion of the other carbon member. A method for assembling a fuel cell stack, wherein a seal is interposed between a peripheral portion and the separator provided on the other carbon member side.