CN105594038B - 燃料电池用分隔件及燃料电池 - Google Patents

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Abstract

通过利用冲压成型而形成多个凹凸条，阳极侧分隔件(120)在与MEGA(110)的发电区域(112)相对的分隔件中央区域(121)交替排列地具备第一槽(202)和第二槽(204)。第一槽(202)在阳极侧分隔件(120)的气体面侧，在分隔件中央区域(121)延伸，第二槽(204)在与气体面侧相反的冷却面侧，在分隔件中央区域(121)延伸。在分隔件中央区域外侧的外缘部(123)侧延伸的第一槽(202)即端部第一槽(202t)与位于分隔件中央区域(121)侧的其他的第一槽(202)相比，端部侧立起高度(Ht)较低。

Description

燃料电池用分隔件及燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池用分隔件及燃料电池。
背景技术
燃料电池为将多个作为发电单位的燃料电池单体层叠而成的堆叠构造，各个燃料电池单体利用相对的分隔件来夹持膜电极接合体。近年来，例如在日本特开2013-54872号公报中提出了通过基于冲压成型的多个凹凸条的形成而在分隔件的表背面上形成作为燃料气体的气体流路的凹槽和作为冷却水流路的凹槽的手法。
根据该专利文献提出的分隔件，能够实现构造的简化、燃料电池单体的层叠方向的短尺寸化、甚至多个燃料电池单体的层叠化。燃料电池在将层叠的燃料电池单体沿着其层叠方向施加力而紧固的状态下，例如搭载于车辆等，紧固力始终作用于各个燃料电池单体。向燃料电池单体的发电区域或其周围这样的单体各部位的紧固力的作用方式未必均匀，因此由于紧固力始终作用而会产生如下的不良情况。燃料电池用分隔件的外缘部从与膜电极接合体的发电区域相对的分隔件中央区域向外侧延伸的情况下，在燃料电池用分隔件的外缘部，膜电极接合体的周缘和对该周缘进行密封的密封构件重叠。通过这样夹设密封构件，在燃料电池用分隔件的外缘部，作为与其他的分隔件的夹持对象的膜电极接合体的周缘的厚度容易增加。相对于此，在分隔件的中央区域，其相对区域为膜电极接合体的发电区域的情况下，未夹设密封构件等其他的构件，因此作为与其他的分隔件的夹持对象的膜电极接合体的厚度大体相同。假设，如果对于作为位于外缘部侧而延伸的流路的凹槽和作为位于分隔件的中央区域而延伸的其他的流路的凹槽不进行任何处理，则由于上述的厚度的关系，在外缘部侧延伸的凹槽的周边处面压升高，可能会导致膜电极接合体的压弯或电解质膜的损伤。然而，在上述的专利文献中，对于这样的不良情况的处理无法说是充分，且被指出了在分隔件的表背面形成凹槽的方面还有改善的余地。此外，也要求能够进行紧固力作用于各个燃料电池单体引起的不良情况的简便的处理、燃料电池的制造成本的降低等。
发明内容
为了实现上述的课题的至少一部分，本发明可以作为以下的方式来实施。
第一方案提供一种组装于膜电极接合体且具有第一面和形成第一面的背面的第二面的燃料电池用分隔件。第一方案的燃料电池用分隔件具备：中央区域，与所述膜电极接合体的可发电区域对应；平板状的外缘部，从所述中央区域向外缘延伸；第一面侧凹槽部，形成于所述第一面上的所述中央区域；及第二面侧凹槽部，形成于所述第二面上的所述中央区域。通过利用对所述中央区域的冲压成型而形成多个凹凸条，所述第一面侧凹槽部的槽和所述第二面侧凹槽部的槽在所述中央区域交替地排列于所述第一面和第二面，并且所述第一面侧凹槽部中的能够配置与所述膜电极接合体不同的其他的构件的端部的边界位置处的所述第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度低于其他的所述第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度。
第一方案的燃料电池用分隔件具备能够配置与膜电极接合体不同的其他的构件的端部的边界位置处的第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度比位于分隔件的中央区域的其他的第一面侧凹槽部的底部壁低的结构。由此，在面压作用于分隔件中央区域和向其外缘延伸的平板状的外缘部的情况下，根据第一方案的燃料电池用分隔件，底部壁从凹槽开口端起的立起高度低，相应地作用于边界位置处的第一面侧凹槽部的周边的面压能够比位于分隔件中央区域侧的其他的第一面侧凹槽部的周边缓和。其结果是，根据第一方案的燃料电池用分隔件，在该燃料电池用分隔件与其他的分隔件夹持有膜电极接合体的状态下即使面压作用于分隔件中央区域和向其外缘延伸的平板状的外缘部，通过边界位置处的第一面侧凹槽部的周边的面压缓和，也能够回避或抑制膜电极接合体的压弯、电解质膜的损伤。
在第一方案的燃料电池用分隔件中，可以的是，所述边界位置位于所述第一面侧凹槽部的外缘部侧，所述第一面侧凹槽部的外缘部侧的所述第一面侧凹槽部的所述底部壁的立起高度低于所述其他的所述第一面侧凹槽部的底部壁的立起高度。而且，可以的是，所述第一面侧凹槽部的外缘部侧的所述第一面侧凹槽部的所述底部槽中的位于最外缘部侧的所述第一面侧凹槽部的所述底部壁的立起高度低于位于所述中央区域的所述其他的所述第一面侧凹槽部的所述底部壁的立起高度。
在上述第一方案的燃料电池用分隔件中，只要降低外缘部的1个或多个、或者最外缘部侧的第一面侧凹槽部的底部壁的立起高度即可，通过冲压模具的喷出高度调整，能够容易地降低上述的立起高度。由此，根据第一方案的燃料电池用分隔件，除了能够实现其制造成本的降低以外，还能够通过模具调整这样的简便的处理来消除或抑制由于紧固力作用而引起的不良情况。
第二方案提供一种组装于膜电极接合体且具有第一面和形成第一面的背面的第二面的燃料电池用分隔件。第二方案的燃料电池用分隔件具备：中央区域，与所述膜电极接合体的可发电区域对应；平板状的外缘部，从与所述膜电极接合体的发电区域相对的分隔件中央区域向外缘延伸；第一面侧凹槽部，在所述第一面上的所述分隔件中央区域形成于一面侧；及第二面侧凹槽部，在所述第二面上的所述分隔件中央区域形成于另一面侧，通过利用对所述分隔件中央区域的冲压成型而形成多个凹凸条，所述第一面侧凹槽部的槽和所述第二面侧凹槽部的槽在所述分隔件中央区域，在分隔件表背面交替地排列于所述第一面和第二面，并且所述第一面侧凹槽部中的位于最外缘部侧的所述第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度低于位于所述分隔件的中央区域的位于所述中央区域的其他的所述第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度。
第二方案的上述方式的燃料电池用分隔件具备位于最外缘部侧的位于最外缘部侧的第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度比位于分隔件的中央区域的其他的第一面侧凹槽部的底部壁低的结构。由此，在面压作用于分隔件中央区域和向其外缘延伸的平板状的外缘部的情况下，根据第一方案的上述方式的燃料电池用分隔件，底部壁从凹槽开口端起的立起高度低，相应地作用在位于外缘部侧而延伸的第一面侧凹槽部的周边的面压能够比位于分隔件中央区域侧的其他的第一面侧凹槽部的周边缓和。其结果是，根据第一方案的上述方式的燃料电池用分隔件，在与其他的分隔件夹持膜电极接合体的状态下即使面压作用于分隔件中央区域和向其外缘延伸的平板状的外缘部，通过在最外缘部侧的最外缘部侧延伸的第一面侧凹槽部的周边的面压缓和，也能够回避或抑制膜电极接合体的压弯、电解质膜的损伤。而且，在第二方案的上述方式的燃料电池用分隔件中，只要降低在最外缘部侧延伸的第一面侧凹槽部的底部壁的立起高度即可，通过冲压模具的喷出高度调整，能够容易地降低上述的立起高度。由此，根据第二方案的上述方式的燃料电池用分隔件，除了能够实现其制造成本的降低之外，还能够通过模具调整这样的简便的处理来消除或抑制由于紧固力作用而引起的不良情况。
第三方案提供一种燃料电池。第三方案的燃料电池是是层叠多个燃料电池单体而成的燃料电池，所述燃料电池单体通过第一分隔件和第二分隔件夹持膜电极接合体，所述燃料电池单体分别具备第一或第二方案中的任一燃料电池用分隔件作为所述第一分隔件，所述外缘部接合于所述膜电极接合体的发电区域外部位。在相邻地层叠的所述燃料电池单体中，一个所述燃料电池单体的所述第一分隔件具有的所述第一面侧凹槽部的底部壁与其他的所述燃料电池单体的所述第二分隔件接触。
在第三方案的燃料电池中，将夹持膜电极接合体的第一分隔件设为在从分隔件中央区域向外缘延伸的平板状的外缘部侧延长第一面侧凹槽部、从而能够实现该第一面侧凹槽部的周边的面压缓和的分隔件。并且，通过利用第一、第二分隔件夹持膜电极接合体，使第一分隔件的分隔件中央区域与膜电极接合体的发电区域相对，将第一分隔件的外缘部接合于膜电极接合体的发电区域外部位。由此，在第三方案的燃料电池中，从分隔件中央区域作用于其外侧的外缘部的面压在密封部所夹设的外缘部侧延伸的第一面侧凹槽部的周边得以缓和。其结果是，根据第三方案的燃料电池，能够回避或抑制膜电极接合体的压弯、电解质膜的损伤，能够实现电池寿命的长寿命化、电池性能的维持。而且，根据第三方案的燃料电池，只要在现有的燃料电池单体中置换降低了在外缘部侧延伸的第一面侧凹槽部的底部壁的立起高度的第一分隔件即可，因此除了能够实现其制造成本的降低之外，还能够容易地消除或抑制由于紧固力作用而引起的不良情况。需要说明的是，在第三方案的燃料电池中，能够将第一分隔件的分隔件中央区域的第一面侧凹槽部作为向膜电极接合体供给的气体的流路。而且，通过使相邻地层叠的一个燃料电池单体的第一分隔件具有的第一面侧凹槽部的底部壁与其他的燃料电池单体的第二分隔件接触，能够将第二面侧凹槽部闭塞，并将该闭塞的第二面侧凹槽部作为供冷却水通过的冷却水流路。
需要说明的是，本发明能够以各种方式实现，例如，能够以燃料电池的制造方法、燃料电池单体的方式实现。
附图说明
图1是表示作为本发明的实施方式的燃料电池10的结构的概略立体图。
图2是将单元单体100的结构分解表示的概略立体图。
图3是表示阳极侧分隔件120的结构的概略俯视图。
图4是将图3所示的转换区域A内的燃料气体流路200中的沿着Y方向的燃料气体流路槽202的一部分放大表示的概略立体图。
图5是图3的C部放大部位处的沿着5-5线的燃料电池10的概略剖面。
图6是说明单元单体100的构成构件为规格尺寸内的情况或组装精度为允许范围内的情况下设想的过大面压产生的情况的说明图。
图7是说明在形成阳极侧分隔件的基础上以往采用的技术思想的说明图。
图8是说明在本实施方式中采用的技术思想的说明图。
图9是表示对图8所示的本实施方式的阳极侧分隔件120进行成型的冲压设备的概略的说明图。
图10是将本实施方式的单元单体100沿着图3的C部放大部位处的5-5线剖切并记载立起高度的关系而表示的说明图。
具体实施方式
以下，基于附图，说明本发明的实施方式。图1是表示作为本发明的实施方式的燃料电池10的结构的概略立体图。燃料电池10具有将作为燃料电池单体的单元单体100沿着Z方向(以下，也称为“层叠方向”)层叠多个，并利用一对端板170F、170E夹持的堆叠构造。燃料电池10在前端侧的端板170F与单元单体100之间夹设前端侧的绝缘板165F而具有前端侧的接线板160F。燃料电池10在后端侧的端板170E与单元单体100之间也同样地夹设后端侧的绝缘板165E而具有后端侧的接线板160E。单元单体100、接线板160F、160E、绝缘板165F、165E及端板170F、170E分别具有大致矩形形状的外形的板构造，以长边沿着X方向(水平方向)确短边沿着Y方向(垂直方向、铅垂方向)的方式配置。
前端侧的端板170F、绝缘板165F、接线板160F具有燃料气体供给孔172IN及燃料气体排出孔172OT、多个氧化剂气体供给孔174IN及氧化剂气体排出孔174OT、多个冷却水供给孔176IN及冷却水排出孔176OT。这些供排孔与设置在各单元单体100的对应的位置的各个孔(未图示)连结，分别构成对应的气体或冷却水的供排歧管。另一方面，在后端侧的端板170E、绝缘板165E、接线板160E未设置这些供排孔。这是由于将反应气体(燃料气体、氧化剂气体)及冷却水从前端侧的端板170F经由供给歧管向各个单元单体100供给，并将来自各个单元单体100的排出气体及排出水从前端侧的端板170F经由排出歧管向外部排出的类型的燃料电池的缘故。但是，没有限定于此，例如，可以设为从前端侧的端板170F供给反应气体及冷却水并从后端侧的端板170E向外部排出排出气体及排出水的类型等各种类型。
多个氧化剂气体供给孔174IN沿着X方向(长边方向)配置在前端侧的端板170F的下端的外缘部，多个氧化剂气体排出孔174OT沿着X方向配置在上端的外缘部。燃料气体供给孔172IN配置在前端侧的端板170F的右端的外缘部的Y方向(短边方向)的上端部，燃料气体排出孔172OT配置在左端的外缘部的Y方向的下端部。多个冷却水供给孔176IN沿着Y方向配置在氧化剂气体供给孔174IN的下侧，多个冷却水排出孔176OT沿着Y方向配置在氧化剂气体排出孔174OT的上侧。
前端侧的接线板160F及后端侧的接线板160E是各单元单体100的发电电力的集电板，将从未图示的端子收集到的电力向外部输出。
图2是将单元单体100的结构分解表示的概略立体图。如图所示，单元单体100具备膜电极气体扩散层接合体(MEGA：Membrane Electrode&Gas Diffusion Layer Assembly)110、以夹着MEGA110的两面的方式配置的阳极侧分隔件120、阴极侧分隔件130、粘结密封件140、气体流路构件150。
MEGA110是包括在电解质膜的两面上形成有一对催化剂电极层的膜电极接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)并利用实现气体扩散透过的气体扩散层(GasDiffusion Layer/GDL)夹持该MEA而构成的发电体。需要说明的是，有时将MEGA也称为MEA。
阳极侧分隔件120及阴极侧分隔件130由具有气体隔断性及电子传导性的构件构成，例如，由对碳粒子进行压缩而形成为气体不透过的致密质碳等的碳制构件、冲压成型的不锈钢或钛钢等金属构件形成。在本实施方式中，关于阳极侧分隔件120，对不锈钢进行冲压成型来制作。
阳极侧分隔件120在MEGA110侧的面上具备多个槽状的燃料气体流路，在相反侧的面上具备多个槽状的冷却水流路，将这两个流路在分隔件表背面交替排列。关于这些流路，在后文叙述。该阳极侧分隔件120具备燃料气体供给孔122IN及燃料气体排出孔122OT、多个氧化剂气体供给孔124IN及氧化剂气体排出孔124OT、多个冷却水供给孔126IN及冷却水排出孔126OT作为上述的构成歧管的供排孔。同样，阴极侧分隔件130具备燃料气体供给孔132IN及燃料气体排出孔132OT、多个氧化剂气体供给孔134IN及氧化剂气体排出孔134OT、多个冷却水供给孔136IN及冷却水排出孔136OT。而且，即使是粘结密封件140，也同样地对应于阳极侧分隔件120的供排孔而具备燃料气体供给孔142IN及燃料气体排出孔142OT、多个氧化剂气体供给孔144IN及氧化剂气体排出孔144OT、多个冷却水供给孔146IN及冷却水排出孔146OT。
粘结密封件140由具有密封性和绝缘性的树脂或橡胶等形成，在其中央具有适合于MEGA110的矩形形状的发电区域窗141。该发电区域窗141的周缘形成为台阶形状，在该台阶部装入并装配MEGA110。这样装配于发电区域窗141的MEGA110在粘结密封件140的台阶部处与粘结密封件140重叠，将在发电区域窗141处露出的区域定义为从后述的阳极侧分隔件120接受燃料气体的供给且在至少一部分通过电化学反应而能够发电的可发电区域112(以下，称为“发电区域”)。粘结密封件140在装入有MEGA110的发电区域窗141的周围区域具备已述的供排孔，在将MEGA110装入于发电区域窗141的状态下，将阳极侧分隔件120和阴极侧分隔件130以包含各自的供排孔周围的方式进行密封。即，粘结密封件140除了在台阶部处将MEGA110以遍及其发电区域112的外侧区域的方式进行密封之外，对于MEGA110的矩形形状外周面，在阳极侧分隔件120与阴极侧分隔件130之间也进行密封。需要说明的是，阳极侧及分隔件侧的两分隔件为了在分隔件彼此的接合面处确保层叠有单元单体100时的燃料气体、氧化剂气体、冷却水各自的供排孔的密封性，如后述的图3所示，具备燃料气体用密封材料300、氧化剂用密封材料301、冷却水用密封材料302。
气体流路构件150在夹设有粘结密封件140的基础上，位于MEGA110与阴极侧分隔件130之间，构成使从阴极侧分隔件130的氧化剂气体供给孔134IN供给的氧化剂气体沿着MEGA110的面方向(XY平面方向)流动且用于从氧化剂气体排出孔134OT排出的气体流路。作为气体流路构件150，使用金属多孔体(例如，膨胀合金)等的具有气体扩散性及导电性的多孔质的材料。而且，该气体流路构件150在图2中的上下端具备气体非透过的薄纸状的封接片151，将该片接合于MEGA110的上下端区域。
阴极侧分隔件130包含已述的供排孔的形成区域而形成为大致平板状，在图2中的气体流路构件150的上下端附近，使支腿131向图2中的纸面里侧突出。在层叠有单元单体100时，该支腿131与相邻的单元单体100的阳极侧分隔件120的后述的外缘部123接触。关于该情况，在后文叙述。
图3是表示阳极侧分隔件120的结构的概略俯视图。该图3示出与和阳极侧分隔件120邻接的其他的单元单体100相对的面(以下，也称为“冷却面”)侧观察到的状态。将与该冷却面的相反的MEGA110相对的面也称为“气体面”。阳极侧分隔件120对不锈钢等进行冲压成型而形成，如图2所示，夹设粘结密封件140和气体流路构件150而与阴极侧分隔件130一起夹持MEGA110。该阳极侧分隔件120在与MEGA110的已述的发电区域112相对的分隔件中央区域121交替排列有后述的多个第一槽202和第二槽204，在从分隔件中央区域121向外侧延伸而包围该中央区域的平板状的外缘部123具备燃料气体供给孔122IN及燃料气体排出孔122OT、多个氧化剂气体供给孔124IN及氧化剂气体排出孔124OT、多个冷却水供给孔126IN及冷却水排出孔126OT具备已述的反应气体及冷却水的供排孔。这些供排孔中的燃料气体供给孔122IN和燃料气体排出孔122OT由燃料气体用密封材料300分别密封，多个氧化剂气体供给孔124IN和多个氧化剂气体排出孔124OT由氧化剂用密封材料301按照各孔的排列而密封。而且，多个冷却水供给孔126IN及冷却水排出孔126OT包含冷却面侧的分隔件中央区域121而由冷却水用密封材料302密封。
第一槽202是在阳极侧分隔件120的已述的气体面侧(第一面)即图3中的纸面里侧的面侧处凹陷的凹槽，在该气体面中延伸。第二槽204是在阳极侧分隔件120的已述的冷却面侧(第二面)即图3中的纸面跟前侧的面侧处凹陷的凹槽，在该冷却面中延伸。并且，该第一槽202和第二槽204形成作为将适合于两槽形状的凹凸形状的模具进行相对于分隔件中央区域121的冲压按压的冲压成型而成的多个凹凸条，在分隔件中央区域121中的阳极侧分隔件120的表背面(第一面及第二面)处交替排列。即，阳极侧分隔件120在图3的纵剖视下成为该第一槽202与第二槽204交替地反复排列的剖面凸凹形状(剖面波形形状)。
在气体面侧处凹陷的第一槽202构成向在粘结密封件140的发电区域窗141处露出的MEGA110供给燃料气体的燃料气体流路槽(以下，也称为“燃料气体流路槽202”)。需要说明的是，多个第一槽202构成第一面侧凹槽部。在冷却面侧处凹陷的第二槽204构成对燃料气体流路槽202进行分隔的肋，并且通过阳极侧分隔件120与后述的阴极侧分隔件130接触而构成冷却水通过的冷却水流路槽(以下，也称为“冷却水流路槽204”)。需要说明的是，多个第二槽204构成第二面侧凹槽部，并且，由多个燃料气体流路槽202构成的燃料气体流路200从燃料气体供给孔122IN朝向燃料气体排出孔122OT呈蛇形状地形成在图3中的纸面里侧的已述的气体面侧。本实施方式的单元单体100在蛇形状的燃料气体流路200中，使图3所示的位于分隔件中央区域121的上下端侧的燃料气体流路槽202在外缘部123侧沿着分隔件中央区域121的左右方向即图3中的x方向延伸。由此，在分隔件中央区域121与MEGA110的发电区域112相对的情况下，从在外缘部123侧沿着分隔件中央区域121的左右方向延伸的燃料气体流路槽202向该发电区域112的周缘也能够供给燃料气体。需要说明的是，如图3的C部放大所示，为了与位于分隔件中央区域121的内侧的第一槽202进行区别，将位于分隔件中央区域121的上下端侧而在外缘部123侧沿着分隔件中央区域121的左右方向延伸的第一槽202称为端部第一槽202t。
燃料气体流路槽202采用蛇形状的槽路径，因此在图3所示的分隔件中央区域121的左右的水平端侧区域即转换区域A中，将槽路径方向从X方向改变为Y方向，或者反之从X方向改变为Y方向。并且，第一槽202包括该转换区域A，在沿着X方向延伸的直线流路域中，在冷却面侧作为对冷却水流路槽204进行分隔的肋发挥功能。燃料气体流路槽202虽说在沿X方向延伸的直线流路域中作为对冷却水流路槽204进行分隔的肋发挥功能，可是不会阻碍朝向冷却水排出孔126OT侧的第二槽204处的冷却水的流动。然而，在槽路径方向进行转换的转换区域A中，燃料气体流路槽202成为壁，会阻碍从冷却水供给孔126IN朝向冷却水排出孔126OT的冷却水的流动。因此，通过将该区域的燃料气体流路槽202形成为以下说明的构造，能防止这种情况。
图4是将图3所示的转换区域A内的燃料气体流路200中的沿Y方向的燃料气体流路槽202的一部分放大表示的概略立体图。在图4中，上方为冷却面侧，下方为气体面侧。在沿着Y方向形成的燃料气体流路槽202形成有浅槽部208。浅槽部208是深度比其他的部分(以下，也称为“深槽部206”)浅的部分。在此，燃料气体流路槽202的深度是指从阳极侧分隔件120的气体面的与MEGA110接触的部分的位置至燃料气体流路槽202的底部为止的距离。因此，燃料气体流路槽202的深度在深槽部206的位置处变深，在浅槽部208的位置处变浅，但是深槽部206和浅槽部208沿着图3的转换区域A的燃料气体流路槽202的槽路径而交替排列，却都与MEGA110不接触。由此，燃料气体流路槽202在图4中沿着Y方向使燃料气体通过，在图3的转换区域A中沿着该流路槽路径使燃料气体通过。这种情况下，深槽部206的深度与转换区域A以外的流路槽路径中的燃料气体流路槽202相同。
而且，在层叠有多个单元单体100的燃料电池10(参照图1、2)中，阳极侧分隔件120使各深槽部206的底部壁202s的外周面、图4的图示中的顶面与邻接的单元单体100的阴极侧分隔件130的表面接触，在浅槽部208的位置处与阴极侧分隔件130不接触。因此，在阳极侧分隔件120的浅槽部208的位置的冷却面侧与阴极侧分隔件130的表面之间形成有将夹着浅槽部208而邻接的2个冷却水流路槽204连通的连通流路槽205。通过该构造，冷却水不仅沿着冷却水流路槽204在Y方向上流动，而且经由连通流路槽205也能够在X方向上流动。由此，在转换区域A中，能够防止在沿着X方向的冷却水流路槽204中流动的冷却水的流动由沿着Y方向的燃料气体流路槽202隔断的情况。与之相反的情况也同样。
而且，虽然图示省略，但是在图3所示的转换区域A的沿着X方向的燃料气体流路槽202也同样地形成有浅槽部208。由此，能够防止在与沿着Y方向的燃料气体流路槽202平行的冷却水流路槽204中流动的冷却水的流动由沿着X方向的燃料气体流路槽202隔断的情况。因此，阳极侧分隔件120能够使从冷却水供给孔126IN供给的冷却水不会由沿着X方向及Y方向中的任一方向的燃料气体流路槽202隔断，而朝向冷却水排出孔126OT流动。
阳极侧分隔件120使燃料气体流路槽202在图3的转换区域A中沿着其槽路径交替地排列有深槽部206和浅槽部208。另一方面，阳极侧分隔件120将蛇形状的槽路径中的直线路径，即在图3的x方向上将包含气体面侧的端部第一槽202t的其他的燃料气体流路槽202、冷却水侧的冷却水流路槽204形成为单纯的凹槽形状。
接下来，说明燃料电池10中的单元单体100的层叠的情况。图5是图3的C部放大部位处的沿着5-5线的燃料电池10的概略剖面。如图所示，燃料电池10将多个单元单体100层叠而构成，单元单体100通过阳极侧分隔件120和阴极侧分隔件130夹持MEGA110。需要说明的是，在该图5中，示出MEGA110通过阳极侧气体扩散层110A和阴极侧气体扩散层110C夹持在电解质膜的两膜面上接合有催化剂电极层的MEA110D的方式。并且，各个单元单体100使阳极侧分隔件120向分隔件中央区域121的外侧延伸而具备的外缘部123(参照图2～图3)在MEGA110的发电区域112(参照图2～图3)的周缘处接合于MEGA110。而且，各个单元单体100使形成有第一槽202和第二槽204的分隔件中央区域121与MEGA110的发电区域112相对而接触。由此，端部第一槽202t和其他的部位的第一槽202通过其凹槽开口端由MEGA110闭塞而作为已述那样延伸的燃料气体流路槽202发挥功能。
相邻而层叠的单元单体100使一方的单元单体100的阳极侧分隔件120具有的第一槽202的底部壁202s和端部第一槽202t的端部底部壁202ts与另一方的单元单体100的阴极侧分隔件130接触。由此，第二槽204的凹槽开口端被闭塞，作为已述那样延伸的冷却水流路槽204发挥功能。而且，相邻而层叠的单元单体100使一方的单元单体100的阴极侧分隔件130具有的支腿131与另一方的单元单体100的阳极侧分隔件120的外缘部123接触。由此，支腿131在阳极侧分隔件120的外缘部123，作为各个单元单体100的支承件发挥功能。这样层叠有单元单体100的燃料电池10通过未图示的紧固轴等而沿单体层叠方向紧固，其紧固力作用于各个单元单体100的各部位，具体而言，不仅作用于MEGA110的发电区域112，而且始终作用于外缘部123的区域。
图6是说明单元单体100的构成构件为规格尺寸内的情况或组装精度为允许范围内的情况下设想的产生过大面压的情况的说明图。在图6(A)中，示出确保MEGA110、粘结密封件140、气体流路构件150的组装精度的状况。即使在这样的状况下，在夹设装配MEGA110的粘结密封件140、气体流路构件150的封接片151的部位，即使各构件为规格尺寸内，由于其误差的累积或者与MEGA110的重叠状况，在外缘部123，在作为与阴极侧分隔件130的夹持对象的MEGA110的周缘具体而言在图1所示的发电区域112的周缘处，其厚度也会增加。即，作为与MEGA110不同的其他的构件的粘结密封件140、气体流路构件150的封接片151的端部被层叠的部位即边界位置处，其层叠方向的厚度有时会比发电区域112的层叠方向的厚度变厚。
在图6(B)中，MEGA110、粘结密封件140或者气体流路构件150为了容易理解在组装精度内向图中的上下偏离的状况而夸张地表示。在这样的状况下，即使各构件为规格尺寸内，装配MEGA110的粘结密封件140、气体流路构件150的封接片151的夹设状态也会改变，因此作为与阴极侧分隔件130的夹持对象的MEGA110的周缘的厚度仍然会增加。这样的状况在与边界位置对应或接近的外缘部123侧延伸的端部第一槽202t的周边发生。相对于此，位于比端部第一槽202t靠分隔件中央区域121(参照图3)的内侧的其他的第一槽202的周边属于MEGA110的发电区域112的基础上，由于不夹设封接片151或粘结密封件140等其他的构件(不相当于边界位置)，因此作为与阴极侧分隔件130的夹持对象的MEGA110的厚度变得大致相同。
图7是说明在形成阳极侧分隔件的基础上以往采用的技术思想的说明图，图8是说明本实施方式中采用的技术思想的说明图。如图7所示，即使是以往的阳极侧分隔件120H，也能使端部第一槽202t和第一槽202都包含于分隔件中央区域121(参照图2、图3)。并且，该比较例的阳极侧分隔件120H对于在外缘部123侧延伸的端部第一槽202t和位于分隔件中央区域121的内侧的其他的第一槽202等价地进行处理，使从凹槽开口端至端部第一槽202t的端部底部壁202ts的立起高度(以下，称为端部侧立起高度Ht)和从凹槽开口端至其他的第一槽202的底部壁202s为止的立起高度(以下，称为立起高度Hs)在设计尺寸及实测尺寸下相同(端部侧立起高度Ht＝立起高度Hs)。由此，立起高度Hs与端部侧立起高度Ht的差量ΔH成为值0。相对于此，本实施方式的阳极侧分隔件120如图8所示，关于端部第一槽202t，其端部侧立起高度Ht比其他的第一槽202的立起高度Hs降低，其差量ΔH成为负值，差量ΔH为-0.01～-0.03。即，即使端部第一槽202t的端部侧立起高度Ht及其他的第一槽202的立起高度Hs的实际尺寸为制造公差内，关于两立起高度的差量ΔH，其值也被求出为上述范围的负值。需要说明的是，端部第一槽202t可以是位于最靠外缘部123侧的1个端部第一槽202t，或者可以是位于外缘部123侧或附近的1个或多个端部第一槽202t。
图9是表示对图8所示的本实施方式的阳极侧分隔件120进行成型的冲压设备的概略的说明图。如图所示，在得到图8的阳极侧分隔件120时，使用冲压阳模具Ku和冲压阴模具Kd。冲压阴模具Kd具备供冲压阳模具Ku具有的后述的各凸条进入的凹条的模腔，与已存结构相比没有变化。冲压阳模具Ku具备与阳极侧分隔件120的第一槽202的凹槽形状相适合的凸条的第一凸条Ts和与端部第一槽202t的凹槽形状相适合的凸条的端部第一凸条Tts。并且，使第一凸条Ts的突出高KHs与端部第一凸条Tts的突出高KHt具有差别，其突出高差量ΔKH(＝KHs-KHt)为正值(+0.01～+0.03)。使用该模具，按照现有的冲压步骤，对作为阳极侧分隔件120的成型材料的不锈钢板Sk进行冲压成型，由此能够使端部第一槽202t的端部侧立起高度Ht在上述的负值的范围内始终比其他的第一槽202低。
图10是将本实施方式的单元单体100沿着图3的C部放大部位处的5-5线剖切并记载立起高度的关系而表示的说明图。单元单体100在单元单体的完成状态下，如图10所示，端部第一槽202t的端部底部壁202ts比其他的第一槽202的底部壁202s减小图示的差量ΔH。然而，在图5所示的层叠·紧固后的状态，即燃料电池10的方式中，各个单元单体100在单体各部承受紧固力，因此即使是端部第一槽202t，也使其端部底部壁202ts与相邻的单元单体100的阴极侧分隔件130接触。
即使是具有图7所示的比较例的阳极侧分隔件120H的单元单体，在作为燃料电池10的紧固状态下，如已述那样，也会产生阳极侧分隔件120H的外缘部123向MEGA110的发电区域112(参照图2～图3)的周缘的接触、分隔件中央区域121向MEGA110的发电区域112的接触、第一槽202的底部壁202s和端部第一槽202t的端部底部壁202ts向另一方的单元单体100的阴极侧分隔件130的接触、及支腿131向另一方的单元单体100的外缘部123的接触。这样的接触状态在被施加紧固力的期间继续，紧固力不仅作用于具有比较例的阳极侧分隔件120H的各个单元单体的发电区域112，而且始终作用于外缘部123的区域。
图7的比较例的阳极侧分隔件120H由于端部第一槽202t与其他的第一槽202等价，因此如使用图6说明那样，对于夹设粘结密封件140或气体流路构件150的封接片151引起的发电区域112的周缘处的厚度的增大未进行任何处理。由此，在比较例的阳极侧分隔件120H中，在图6的虚线包围的发电区域112的周缘处，受到上述的厚度的增大的影响而面压局部性地升高，可能会导致MEA110D的压弯或电解质膜的损伤。
本实施方式的阳极侧分隔件120使在外缘部123侧延伸的端部第一槽202t的从其端部底部壁202ts的凹槽开口端起的端部侧立起高度Ht比其他的第一槽202的立起高度Hs降低(差量ΔH<0：参照图8、图10)。由此，根据本实施方式的阳极侧分隔件120，通过端部侧立起高度Ht与立起高度Hs的差量ΔH(<0)，作用在向分隔件中央区域121的外缘延伸的平板状的外缘部123的面压比分隔件中央区域121的其他的第一槽202的周边缓和。其结果是，根据本实施方式的阳极侧分隔件120，即使在通过阳极侧分隔件120和阴极侧分隔件130夹持MEGA110的状态下较大的面压作用于分隔件中央区域121和向其外缘延伸的平板状的外缘部123，通过在外缘部123的侧延伸的端部第一槽202t的周边的面压缓和，也能够避免或抑制MEA110D的压弯或电解质膜的损伤。
根据本实施方式的阳极侧分隔件120，只要使端部第一槽202t的端部侧立起高度Ht比其他的第一槽202的立起高度Hs降低即可，因此如图9所示，只要降低与端部第一槽202t对应的端部第一凸条Tts的突出高KHt即可。降低端部第一凸条Tts的突出高KHt的情况通过使用了精密砂轮设备的端部第一凸条Tts的顶端研磨就能够容易地达成。由此，根据本实施方式的阳极侧分隔件120，能够降低分隔件制造成本，而且通过冲压阳模具Ku中的端部第一凸条Tts的顶端研磨这样简便的手法就能够消除或抑制紧固力作用于单元单体100的各处引起的过大面压的产生和与之相伴的MEA压弯或电解质膜的两膜面损伤这样的不良情况。并且，通过对于现有的冲压阳模具Ku的顶端研磨即可，因此能够实现已存设备的有效利用，并且通过模具成本的降低而能够进一步降低分隔件制造成本。
紧固力作用于单元单体100的各处的情况引起的过大面压的产生和与之相伴的MEA压弯或电解质膜的两膜面损伤这样的不良情况如图6所示，通过粘结密封件140或气体流路构件150的封接片151等各构件的累积误差、组装精度内的这些构件的偏离而产生。本实施方式的阳极侧分隔件120即使产生这样的各构件的累积误差或组装精度内的偏离，也能避免或抑制上述的不良情况。因此，能够在一定程度上缓和各构件的制造公差或组装精度，因此通过部品制造成本或组装成本的降低，能够进一步降低分隔件制造成本、甚至燃料电池制造成本。
本实施方式的燃料电池10使用带来在外缘部123的侧延伸的端部第一槽202t的周边的面压缓和的阳极侧分隔件120。由此，根据本实施方式的燃料电池10，不会导致其发电运转中的上述的局部性的面压的增大，因此能够避免或抑制MEA110D的压弯或电解质膜的损伤，除了电池寿命的长寿命化之外，还能够维持电池性能。
在本实施方式的燃料电池10中，只要在现有的单元单体100中将降低了在外缘部123侧延伸的端部第一槽202t的端部底部壁202ts的端部侧立起高度Ht的阳极侧分隔件120置换即可。由此，根据本实施方式的燃料电池10，除了能够降低电池制造成本之外，还能够容易地消除或抑制紧固力作用于单元单体100的各处引起的过大面压的产生和与之相伴的MEA压弯或电解质膜的两膜面损伤这样的不良情况。
本发明并不局限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，发明内容一栏记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现上述的效果的一部分或全部，可以适当进行更换、组合。而且，其技术特征在本说明书中只要不是作为必须的结构进行说明，就可以适当删除。
在上述的实施方式的阳极侧分隔件120中，在设于分隔件中央区域121的第一槽202内，将位于分隔件中央区域121的上下端侧而在外缘部123侧沿着分隔件中央区域121的左右方向(图3：x方向)延伸的第一槽202设为端部侧立起高度Ht低的端部第一槽202t，但并不局限于此。例如，对于沿着图3中的y方向而形成在外缘部123侧的第一槽202，也可以将其设为端部侧立起高度Ht低的端部第一槽202t。

Claims (4)

1.一种燃料电池，是层叠多个燃料电池单体而成的燃料电池，所述燃料电池单体通过第一分隔件和第二分隔件夹持膜电极接合体，其中，
所述燃料电池单体分别具备如下的燃料电池用分隔件作为所述第一分隔件：该燃料电池用分隔件是组装于膜电极接合体且具有第一面和形成第一面的背面的第二面的燃料电池用分隔件，该燃料电池用分隔件具备：
中央区域，与所述膜电极接合体的可发电区域对应；
平板状的外缘部，从所述中央区域向外缘延伸；
第一面侧凹槽部，形成于所述第一面上的所述中央区域；及
第二面侧凹槽部，形成于所述第二面上的所述中央区域，
通过利用对所述中央区域的冲压成型而形成多个凹凸条，所述第一面侧凹槽部的槽和所述第二面侧凹槽部的槽在所述中央区域交替地排列于所述第一面和第二面，并且所述第一面侧凹槽部中的能够配置与所述膜电极接合体不同的其他的构件的端部的边界位置处的所述第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度低于其他的所述第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度，
所述外缘部接合于所述膜电极接合体的发电区域外部位，
在相邻地层叠的所述燃料电池单体中，一个所述燃料电池单体的所述第一分隔件具有的所述第一面侧凹槽部的底部壁与其他的所述燃料电池单体的所述第二分隔件接触，位于所述边界位置的所述第一面侧凹槽部的底部壁承受的面压低于所述其他的所述第一面侧凹槽部的底部壁承受的面压。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，
所述边界位置位于所述第一面侧凹槽部的外缘部侧，所述第一面侧凹槽部的外缘部侧的所述第一面侧凹槽部的所述底部壁的立起高度低于所述其他的所述第一面侧凹槽部的底部壁的立起高度。
3.根据权利要求2所述的燃料电池，其中，
所述第一面侧凹槽部的外缘部侧的所述第一面侧凹槽部的所述底部槽中的位于最外缘部侧的所述第一面侧凹槽部的所述底部壁的立起高度低于位于所述中央区域的所述其他的所述第一面侧凹槽部的所述底部壁的立起高度。
4.一种燃料电池，是层叠多个燃料电池单体而成的燃料电池，所述燃料电池单体通过第一分隔件和第二分隔件夹持膜电极接合体，其中，
所述燃料电池单体分别具备如下的燃料电池用分隔件作为所述第一分隔件：该燃料电池用分隔件是组装于膜电极接合体且具有第一面和形成第一面的背面的第二面的燃料电池用分隔件，该燃料电池用分隔件具备：
平板状的外缘部，从与所述膜电极接合体的可发电区域相对的分隔件中央区域向外缘延伸；
第一面侧凹槽部，在所述第一面上的所述分隔件中央区域形成于一面侧；及
第二面侧凹槽部，在所述第二面上的所述分隔件中央区域形成于另一面侧，
通过利用对所述分隔件中央区域的冲压成型而形成多个凹凸条，所述第一面侧凹槽部的槽和所述第二面侧凹槽部的槽在所述分隔件中央区域，在分隔件表背面交替地排列于所述第一面和第二面，并且所述第一面侧凹槽部中的位于最外缘部侧的所述第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度低于位于所述分隔件中央区域的其他的所述第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度，
所述外缘部接合于所述膜电极接合体的发电区域外部位，
在相邻地层叠的所述燃料电池单体中，一个所述燃料电池单体的所述第一分隔件具有的所述第一面侧凹槽部的底部壁与其他的所述燃料电池单体的所述第二分隔件接触，位于所述最外缘部侧的所述第一面侧凹槽部的底部壁承受的面压低于所述其他的所述第一面侧凹槽部的底部壁承受的面压。
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