JP2015088293A

JP2015088293A - 燃料電池セルと燃料電池

Info

Publication number: JP2015088293A
Application number: JP2013224966A
Authority: JP
Inventors: 研二佐藤; Kenji Sato; 卓也栗原; Takuya Kurihara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: JP6123635B2

Abstract

【課題】積層された燃料電池セル間のシール性能を維持する。【解決手段】ユニットセル１００は、セル単独の状態において、アノード側セパレーター１２０の外縁部１２３とカソード側セパレーター１３０の外縁部１３８とを接着シール１４０を介在させて対向させている。その上で、ユニットセル１００は、対向する外縁部の厚みＨｔを、セパレーター中央領域１２１、１３７においてＭＥＧＡ１１０を挟持するアノード側セパレーター１２０からカソード側セパレーター１３０に掛けてのセル厚みＨｓより大きくしている。【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池セルと燃料電池に関する。

燃料電池は、発電単位となる燃料電池セルを複数積層したスタック構造とされ、それぞれの燃料電池セルは、向かい合うアノード側とカソード側の両セパレーターにて膜電極接合体を挟持している。こうして膜電極接合体を両セパレーターにて挟持するに当たり、膜電極接合体の外周縁側におけるシール性を確保する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１３−１４９４３８号公報

この特許文献で提案されたシール手法によれば、膜電極接合体を挟持したセパレーターの間にゴムからなる弾性のシール材を配設してこれをセパレーターに接着することで、セパレーター間のシール性を発揮している。ところで、燃料電池は、複数の燃料電池セルを積層してその積層方向に締結したスタック構造の状態で、例えば車両等に搭載される。こうしたスタック構造では、シール材を挟んだアノード側とカソード側の両セパレーターは、セル間のシールを図るガスケットを介在させて、隣り合う燃料電池セルの一方のセパレーターと接触している。こうしたセパレーターの接触状態は、スタック構造の状態での締結力により通常は維持されるので、特段の支障は無い。しかしながら、次のような新たな問題が生じ得ることが指摘されるに到った。

個々の燃料電池セルは、アノード側とカソード側の両セパレーターにて、その中央領域において膜電極接合体を挟持する。また、燃料電池セルは、膜電極接合体の周縁のセパレーター間にシール材を接着して備える。よって、燃料電池セルは、セパレーター中央領域とその周囲のセパレーター外周域とで、異なる部材を両セパレーターの間に介在させた状態で、複数積層されてスタック構造の燃料電池を構成することになる。シール材は、その素材がゴムであることから、経年変化によるヘタリや低温環境下での体積収縮を起こし得る。そうすると、ある燃料電池セルにおけるアノード側とカソード側の両セパレーターは、シール材に接着している都合上、ヘタリや体積収縮を起こしたシール材によりセパレーター外周域において引き寄せられ、セパレーター外周域の厚みが薄くなり得る。こうなると、隣り合う燃料電池セルでのセパレーター間の隙間が拡大して、セル間のシールを図るガスケットによるシール性能の低下が危惧される。こうしたセパレーター間の隙間の拡大は、積層された燃料電池セルのそれぞれで起き得る。このほか、いくつかの燃料電池セルが隣り合うセル間でのセパレーターの貼り付きによりブロック化したような場合には、そのブロック化した端部側の燃料電池セルとその隣のブロックの燃料電池セルとの間で、セパレーター間の隙間の拡大が顕著となり得る。上記の特許文献では、シール材のヘタリや体積収縮に伴ってセパレーター外周域の厚みが薄くなり得るという事態を全く想定していないことから、積層された燃料電池セル間のシール性能を維持することが要請されるに到った。この他、燃料電池セルを積層したスタック構造の燃料電池の製造コストの低減等を可能とすることも要請されている。

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池セルが提供される。この燃料電池セルは、膜電極接合体を第１のセパレーターと第２のセパレーターとで挟持した燃料電池セルであって、前記第１と第２のセパレーターは、前記膜電極接合体の発電領域と対向するセパレーター中央領域から周囲外縁に延びる外縁部をそれぞれ備え、該外縁部を、前記膜電極接合体の外周縁側でのシール機能を果たす弾性シール材を介在させて対向させ、該弾性シール材が介在して対向している前記外縁部における前記第１のセパレーターから前記第２のセパレーターに掛けての前記外縁部の厚みは、前記セパレーター中央領域において前記膜電極接合体を挟持する前記第１のセパレーターから前記第２のセパレーターに掛けての厚みより大きくされている。

上記形態の燃料電池セルは、複数積層されてスタック構造の燃料電池を構成する。このスタック構造の燃料電池では、隣り合う燃料電池セルの一方の燃料電池セルの第１のセパレーターが他方の燃料電池セルの第２のセパレーターと接触するよう締結される。このような締結をもたらす締結力は、上記形態の燃料電池セルの外縁部にも当然に及び、隣り合う燃料電池セルの一方の燃料電池セルの外縁部を他方の燃料電池セルの外縁部に接触させた上で、各燃料電池セルの外縁部における弾性シール材を圧縮する。上記形態の燃料電池セルは、弾性シール材を介在させて対向する第１と第２のセパレーターの外縁部の厚みを、セパレーター中央領域において膜電極接合体を挟持する第１のセパレーターから第２のセパレーターに掛けての厚みより大きくしていることから、セル締結をもたらす締結力に基づく荷重を、弾性シール材を介在させた外縁部において大きくする。この結果、上記形態の燃料電池セルによれば、仮に弾性シール材にヘタリや体積収縮が起きたとしても、弾性シール材を介在させた外縁部に掛かる荷重が大きい故に、スタック構造の燃料電池において隣り合う燃料電池セルでのセパレーター間の隙間の拡大を抑制して、セル間のシール性能を維持できる。また、上記形態の燃料電池セルでは、外縁部の厚みを大きくすればよく、セパレーターの形状調整等にて、この外縁部の厚みを容易に大きくできる。よって、上記形態の燃料電池セルによれば、セル製造コスト、延いては燃料電池としての製造コストの低減が可能であるほか、セパレーター形状調整という簡便な対処で、隣り合う燃料電池セル間のシール性能を維持できる。

（２）上記の形態の燃料電池セルにおいて、前記外縁部の厚みは、複数の前記燃料電池セルを積層したスタック構造に含まれる前記燃料電池セルの前記外縁部の厚みより大きくされているようにしてもよい。こうすれば、スタック構造における外縁部の厚みとの差分に相当する分だけ締結力に基づく荷重が大きくなり、既述したようにセル間のシール性能を維持できる。

（３）上記の形態の燃料電池セルにおいて、前記第１と第２のセパレーターは、金属鋼板から形成され、前記第１と第２のセパレーターが前記対向させている前記外縁部に、セル外方に向けて突出した凸部位を有し、該凸部位にて前記外縁部の厚みを規定するようにしてもよい。こうすれば、外縁部の凸部位は、金属鋼板から形成されたセパレーター自体がセル外方に向けて突出している故に、締結荷重を受けて接着シールが圧縮されるに当たり、バネとしての機能を発揮する。よって、この形態の燃料電池セルによれば、凸部位のバネ機能によっても弾性シール材のヘタリや体積収縮に抗することができるので、セル間のシール性能の維持に寄与できる。

（４）上記の形態の燃料電池セルにおいて、前記第１と第２のセパレーターは、前記外縁部に、セルモニターコネクターが装着されるコネクター装着部を備え、該コネクター装着部にあっても、前記弾性シール材を介在させて対向させているようにしてもよい。こうすれば、弾性シール材を介在させたコネクター装着部についても、このコネクター装着部の厚みをセパレーター中央領域における上記した厚みより大きくできるので、コネクター装着部に大きな荷重を掛けて、スタック構造の燃料電池において隣り合う燃料電池セルでのコネクター装着部間の隙間の拡大を抑制できる。この結果、コネクター装着部にセルモニターコネクターを支障なく装着できると共に、装着後のコネクターの脱落の他、コネクターの損傷や破壊を抑制できる。

（５）本発明の他の形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、膜電極接合体を第１のセパレーターと第２のセパレーターで挟持した燃料電池セルを複数積層した燃料電池であって、前記燃料電池セルのそれぞれは、前記第１と第２のセパレーターとを、前記膜電極接合体の発電領域と対向するセパレーター中央領域から周囲外縁に延びる外縁部を備えるセパレーターとし、前記外縁部を、前記膜電極接合体の外周縁側でのシール機能を果たす弾性シール材を介在させて対向させる。そして、隣り合う前記燃料電池セルの一方の燃料電池セルの前記第１のセパレーターに他方の燃料電池セルの前記第２のセパレーターが接触して押圧されると共に、前記外縁部に掛かる荷重が前記セパレーター中央領域に掛かる荷重より大きくなるように、締結されている。

上記形態の燃料電池では、セル締結をもたらす締結力に基づく荷重を、弾性シール材を介在させた外縁部においてセパレーター中央領域より大きくする。この結果、上記形態の燃料電池によれば、仮に弾性シール材にヘタリや体積収縮が起きたとしても、弾性シール材を介在させた外縁部に掛かる荷重が大きい故に、隣り合う燃料電池セルでのセパレーター間の隙間の拡大を抑制して、セル間のシール性能を維持できる。

（６）上記の形態の燃料電池において、前記燃料電池セルのそれぞれを、上記した各形態の燃料電池セルとするようにしてもよい。こうすれば、積層されるそれぞれの燃料電池セル自体が、弾性シール材を介在させた外縁部の厚みを上記の様に規定することにより、セル締結をもたらす締結力に基づく荷重が弾性シール材を介在させた外縁部においてセパレーター中央領域より大きくなるようにしている。よって、この形態の燃料電池によれば、既存の電池セルを置き換えればよいので、セル間のシール性能の維持に加え、燃料電池製造コストの低減を可能とする。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池セルの製造方法、或いは燃料電池の製造方法としての形態で実現することができる。

本発明の実施形態としての燃料電池１０の構成を示す概略斜視図である。ユニットセル１００の構成を分解して示す概略斜視図である。アノード側セパレーター１２０の構成を示す概略平面図である。図３のＣ部拡大箇所における４−４線に沿った燃料電池１０の概略断面である。ユニットセル単独での各構成部材の寸法関係を模式的に示す説明図である。ユニットセル１００の製造の様子を模式的に示す説明図である。ユニットセル１００を積層して締結する様子を模式的に示す説明図である。図３に示したセパレーターコーナー部Ｄの様子を概略的に示す概略斜視図である。接着シール１４０の圧縮に伴う凸部１２３ｔの様子を模式的に示す説明図である。他の実施形態のユニットセル１００Ａのセル単独での各構成部材の寸法関係を模式的に示す説明図である。図４相当に他の実施形態の燃料電池１０Ａをその要部で断面視して示す概略断面である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は本発明の実施形態としての燃料電池１０の構成を示す概略斜視図である。燃料電池１０は、燃料電池セルたるユニットセル１００をＺ方向（以下、「積層方向」とも呼ぶ）に複数積層し、一対のエンドプレート１７０Ｆ，１７０Ｅで挟持したスタック構造を有している。そして、燃料電池１０は、セル中央下端の締結ボルト２０や、セルコーナー部の図示しない締結ボルトにて、セル積層方向に締結されている。燃料電池１０は、前端側のエンドプレート１７０Ｆとユニットセル１００との間に、前端側の絶縁板１６５Ｆを介在させて前端側のターミナルプレート１６０Ｆを有する。燃料電池１０は、後端側のエンドプレート１７０Ｅとユニットセル１００との間にも、同様に、後端側の絶縁板１６５Ｅを介在させて後端側のターミナルプレート１６０Ｅを有する。ユニットセル１００と、ターミナルプレート１６０Ｆ，１６０Ｅと、絶縁板１６５Ｆ，１６５Ｅおよびエンドプレート１７０Ｆ，１７０Ｅは、それぞれ、略矩形状の外形を有するプレート構造を有しており、長辺がＸ方向（水平方向）で短辺がＹ方向（垂直方向，鉛直方向）に沿うように配置されている。

前端側におけるエンドプレート１７０Ｆと絶縁板１６５Ｆとターミナルプレート１６０Ｆは、燃料ガス供給孔１７２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１７２ＯＴと、複数の酸化剤ガス供給孔１７４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１７４ＯＴと、複数の冷却水供給孔１７６ＩＮおよび冷却水排出孔１７６ＯＴとを有する。これらの給排孔は、各ユニットセル１００の対応する位置に設けられているそれぞれの孔（不図示）と連結して、それぞれに対応するガス或いは冷却水の給排マニホールドを構成する。その一方、後端側におけるエンドプレート１７０Ｅと絶縁板１６５Ｅとターミナルプレート１６０Ｅには、これらの給排孔は設けられていない。これは、反応ガス（燃料ガス，酸化剤ガス）および冷却水を前端側のエンドプレート１７０Ｆからそれぞれのユニットセル１００に対して供給マニホールドを介して供給しつつ、それぞれのユニットセル１００からの排出ガスおよび排出水を前端側のエンドプレート１７０Ｆから外部に対して排出マニホールドを介して排出するタイプの燃料電池であることによる。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、前端側のエンドプレート１７０Ｆから反応ガスおよび冷却水を供給し、後端側のエンドプレート１７０Ｅから排出ガスおよび排出水が外部へ排出されるタイプ等の種々のタイプとすることができる。

複数の酸化剤ガス供給孔１７４ＩＮは、前端側のエンドプレート１７０Ｆの下端の外縁部にＸ方向（長辺方向）に沿って配置されており、複数の酸化剤ガス排出孔１７４ＯＴは、上端の外縁部にＸ方向に沿って配置されている。燃料ガス供給孔１７２ＩＮは、前端側のエンドプレート１７０Ｆの右端の外縁部のＹ方向（短辺方向）の上端部に配置されており、燃料ガス排出孔１７２ＯＴは、左端の外縁部のＹ方向の下端部に配置されている。複数の冷却水供給孔１７６ＩＮは、酸化剤ガス供給孔１７４ＩＮの下側にＹ方向に沿って配置されており、複数の冷却水排出孔１７６ＯＴは、酸化剤ガス排出孔１７４ＯＴの上側にＹ方向に沿って配置されている。

前端側のターミナルプレート１６０Ｆおよび後端側のターミナルプレート１６０Ｅは、各ユニットセル１００の発電電力の集電板であり、図示しない端子から集電した電力を外部へ出力する。

図２はユニットセル１００の構成を分解して示す概略斜視図である。図示するように、ユニットセル１００は、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly）１１０と、ＭＥＧＡ１１０の両面を挟むように配置されたアノード側セパレーター１２０と、カソード側セパレーター１３０と、接着シール１４０と、ガス流路部材１５０とを備える。

ＭＥＧＡ１１０は、電解質膜の両面に一対の触媒電極層が形成された膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を含み、このＭＥＡをガス拡散透過を図るガス拡散層（Gas Diffusion Layer／ＧＤＬ）で挟持して構成される発電体である。なお、ＭＥＧＡをＭＥＡと呼ぶ場合もある。

アノード側セパレーター１２０およびカソード側セパレーター１３０は、ガス遮断性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、カーボン粒子を圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン等のカーボン製部材や、プレス成型したステンレス鋼やチタン鋼などの金属部材によって形成されている。本実施形態では、アノード側セパレーター１２０については、ステンレス鋼をプレス成型して作製した。

アノード側セパレーター１２０は、ＭＥＧＡ１１０の側の面に、複数筋の溝状の燃料ガス流路を備え、反対側の面に、複数筋の溝状の冷却水流路を備え、この両流路を、セパレーター表裏面で交互に並べている。これら流路については、後述する。このアノード側セパレーター１２０は、上述したマニホールドを構成する給排孔として、燃料ガス供給孔１２２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１２２ＯＴと、複数の酸化剤ガス供給孔１２４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１２４ＯＴと、複数の冷却水供給孔１２６ＩＮおよび冷却水排出孔１２６ＯＴとを備える。同様に、カソード側セパレーター１３０は、燃料ガス供給孔１３２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１３２ＯＴと、複数の酸化剤ガス供給孔１３４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１３４ＯＴと、複数の冷却水供給孔１３６ＩＮおよび冷却水排出孔１３６ＯＴとを備える。また、接着シール１４０にあっても、同様に、アノード側セパレーター１２０の給排孔に対応して、燃料ガス供給孔１４２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１４２ＯＴと、複数の酸化剤ガス供給孔１４４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１４４ＯＴと、複数の冷却水供給孔１４６ＩＮおよび冷却水排出孔１４６ＯＴとを備える。

接着シール１４０は、シール性と絶縁性、並びに弾性を有するゴム、例えばエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）や、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等から形成され、その中央に、ＭＥＧＡ１１０の矩形形状に適合した発電領域窓１４１を有する。この発電領域窓１４１の周縁は、段差形状とされており、その段差部に、ＭＥＧＡ１１０が組み込み装着される。こうして発電領域窓１４１に装着されたＭＥＧＡ１１０は、接着シール１４０の段差部において接着シール１４０と重なり、発電領域窓１４１にて露出した領域を、後述のアノード側セパレーター１２０から燃料ガスの供給を受ける発電領域１１２とする。接着シール１４０は、ＭＥＧＡ１１０が組み込まれた発電領域窓１４１の周囲領域に既述した給排孔を備え、ＭＥＧＡ１１０を発電領域窓１４１に組み込んだ状態で、アノード側セパレーター１２０とカソード側セパレーター１３０とを、それぞれの給排孔回りを含めてシールする。つまり、接着シール１４０は、段差部でＭＥＧＡ１１０をその発電領域１１２の外側領域に亘ってシールするほか、ＭＥＧＡ１１０の矩形形状外周領域においても、アノード側セパレーター１２０とカソード側セパレーター１３０との間に介在してシールする。このようにアノード・カソードの両セパレーターをシールする接着シール１４０は、本願における弾性シール材として機能するので、適宜、弾性シール材１４０とも称する。図２においては、接着シール１４０は、単独で矩形形状を有するよう示されているが、両セパレーターの間に上記した各ゴム素材を配置した上での熱溶融と冷却養生を経て、図２に示すように賦形される。接着シール１４０の形成の様子については後述する。なお、アノード側およびセパレーター側の両セパレーターは、ユニットセル１００が積層された際の燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水ごとの給排孔のシール性をセパレーター同士の接合面で確保すべく、後述の図３に示すように燃料ガス用シール材３００と、酸化剤用シール材３０１と、冷却水用シール材３０２とを備える。

ガス流路部材１５０は、接着シール１４０を介在させた上で、ＭＥＧＡ１１０とカソード側セパレーター１３０との間に位置し、酸化剤ガス供給孔１３４ＩＮから酸化剤ガス排出孔１３４ＯＴに掛けての酸化剤ガスの流路を形成する。そして、このガス流路部材１５０は、その部材上下端を、酸化剤ガス供給孔１３４ＩＮの上端と酸化剤ガス排出孔１３４ＯＴの下端に重なるように延ばしている。このため、ガス流路部材１５０は、カソード側セパレーター１３０の酸化剤ガス供給孔１３４ＩＮから供給される酸化剤ガスを部材下端から導き入れ、その導き入れた酸化剤ガスを、ＭＥＧＡ１１０の面方向（ＸＹ平面方向）に沿って流す。そして、ガス流路部材１５０は、余剰の酸化剤ガスを部材上端からカソード側セパレーター１３０の酸化剤ガス排出孔１３４ＯＴに排出する。このようなガス流路部材１５０としては、金属多孔体（例えば、エキスパンドメタル）などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料が用いられる。また、このガス流路部材１５０は、図２における上下端に、ガス非透過の薄葉状のシーリングシート１５１を備え、当該シートを、ＭＥＧＡ１１０の上下端領域に接合させている。

図３はアノード側セパレーター１２０の構成を示す概略平面図である。この図３は、アノード側セパレーター１２０に隣接する他のユニットセル１００に対向する面（以下、「冷却面」とも呼ぶ）側から見た状態を示している。この冷却面と反対のＭＥＧＡ１１０に対向する面を「ガス面」とも呼ぶ。アノード側セパレーター１２０は、ステンレス鋼等をプレス成型して形成され、図２に示すように、接着シール１４０とガス流路部材１５０とを介在させて、ＭＥＧＡ１１０をカソード側セパレーター１３０と共に挟持する。このアノード側セパレーター１２０は、ＭＥＧＡ１１０の既述した発電領域１１２と対向するセパレーター中央領域１２１に、後述の複数筋の第１溝２０２と第２溝２０４とを交互に並べて備え、セパレーター中央領域１２１から外側に延びて当該中央領域を取り囲む外縁部１２３に、既述した反応ガスおよび冷却水の給排孔として、燃料ガス供給孔１２２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１２２ＯＴと、複数の酸化剤ガス供給孔１２４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１２４ＯＴと、複数の冷却水供給孔１２６ＩＮおよび冷却水排出孔１２６ＯＴとを備える。これら給排孔のうち、燃料ガス供給孔１２２ＩＮと燃料ガス排出孔１２２ＯＴとは、燃料ガス用シール材３００により個別にシールされ、複数の酸化剤ガス供給孔１２４ＩＮと複数の酸化剤ガス排出孔１２４ＯＴとは、酸化剤用シール材３０１により、孔の並びごとにシールされる。また、冷却水用シール材３０２は、複数の冷却水供給孔１２６ＩＮと冷却水排出孔１２６ＯＴ、および冷却面側のセパレーター中央領域１２１を含む冷却水流通域を取り囲み、この冷却水流通域をシールする。こうした給排孔シールは、カソード側セパレーター１３０においてもなされている。

第１溝２０２は、アノード側セパレーター１２０の既述したガス面側であって図３においては紙面奥側の面の側で凹な凹溝であり、このガス面において延びる。第２溝２０４は、アノード側セパレーター１２０の既述した冷却面側であって図３においては紙面手前側の面の側で凹な凹溝であり、この冷却面において延びる。そして、この第１溝２０２と第２溝２０４は、両溝形状に適合した凹凸形状の金型をセパレーター中央領域１２１に対するプレス押圧するプレス成型による複数筋の凹凸条として形成され、セパレーター中央領域１２１においてアノード側セパレーター１２０の表裏面で交互に並ぶ。つまり、アノード側セパレーター１２０は、図３における縦断面視において、この第１溝２０２と第２溝２０４とが交互に繰り返し並んだ断面凸凹形状（断面波形形状）とされている。

ガス面側で凹な第１溝２０２は、接着シール１４０の発電領域窓１４１に露出したＭＥＧＡ１１０に燃料ガスを供給する燃料ガス流路溝（以下、「燃料ガス流路溝２０２」とも呼ぶ）を構成し、冷却面側で凹な第２溝２０４は、燃料ガス流路溝２０２を仕切るリブを構成するとともに、後述のカソード側セパレーター１３０にアノード側セパレーター１２０が接触することで、冷却水が通過する冷却水流路溝（以下、「冷却水流路溝２０４」とも呼ぶ）を構成する。そして、複数の燃料ガス流路溝２０２で構成される燃料ガス流路２００が、燃料ガス供給孔１２２ＩＮから燃料ガス排出孔１２２ＯＴへ向けてサーペンタイン状に、図３における紙面裏側の既述したガス面側に形成されている。本実施形態のユニットセル１００は、サーペンタイン状の燃料ガス流路２００において、図３に示すセパレーター中央領域１２１の上下端側に位置する燃料ガス流路溝２０２を、外縁部１２３の側でセパレーター中央領域１２１の左右方向、即ち図３におけるｘ方向に延ばしている。こうすることで、セパレーター中央領域１２１がＭＥＧＡ１１０の発電領域１１２に対向した場合に、この発電領域１１２の周縁にも、外縁部１２３の側でセパレーター中央領域１２１の左右方向に延びた燃料ガス流路溝２０２から燃料ガスを供給できる。なお、図３のＣ部拡大に示すように、セパレーター中央領域１２１の上下端側に位置して、外縁部１２３の側でセパレーター中央領域１２１の左右方向に延びる第１溝２０２を、セパレーター中央領域１２１の内側に位置する第１溝２０２と区別すべく、端部第１溝２０２ｔと称することとする。

燃料ガス流路溝２０２は、サーペンタイン状の溝経路を採ることから、図３に示すセパレーター中央領域１２１の左右の水平端側領域である転換領域Ａでは、溝経路向きをＸ方向からＹ方向に変える、或いはこの逆にＸ方向からＹ方向に変える。そして、燃料ガス流路溝２０２は、この転換領域Ａを含め、Ｘ方向に延びる直線流路域において、冷却面側において、冷却水流路溝２０４を仕切るリブとして機能する。燃料ガス流路溝２０２は、Ｘ方向に延びる直線流路域において冷却水流路溝２０４を仕切るリブとして機能するとはいえ、冷却水排出孔１２６ＯＴの側へ向かう第２溝２０４での冷却水の流れを阻害しない。ところが、溝経路向きが変換する転換領域Ａでは、燃料ガス流路溝２０２が壁となって、冷却水供給孔１２６ＩＮから冷却水排出孔１２６ＯＴへ向かう冷却水の流れが阻害され得る。そこで、この領域の燃料ガス流路溝２０２を、その溝経路に沿って溝深さが浅い部位を点在して有するようにすることで、隣り合う第２溝２０４の間の冷却水流通を許容する。これにより、冷却水の流れは、転換領域Ａにおいて阻害されることはなく、冷却水は、冷却水供給孔１２６ＩＮから冷却水排出孔１２６ＯＴへ向けて流れる。なお、こうした溝構成は、本発明の要旨と直接関係しないので、その説明は省略する。

この他、アノード側セパレーター１２０は、燃料ガス排出孔１２２ＯＴの側のセパレーターコーナー部Ｄにおいて、外縁部１２３に、カッティング部１２０ｃとコネクター装着部１２５を有する。後述するように、アノード側セパレーター１２０は、接着シール１４０を介在させてカソード側セパレーター１３０と重ね合わされるので、カソード側セパレーター１３０は、アノード側セパレーター１２０のカッティング部１２０ｃの部位にて露出し、この露出部位を図示しないセルモニターコネクターの電位計測部１３０Ｃｔとする。これら部位の位置関係については、後述する。そして、コネクター装着部１２５は、カソード側セパレーター１３０が有するコネクター装着部１３５と共に、セルモニターコネクターが装着された際の抜止機能を果たし、コネクター装着部１２５で抜止されたセルモニターコネクターは、電位計測部１３０Ｃｔを測定端子にて挟持し、計測電位を出力する。セルモニターコネクターは、ユニットセル１００ごとではなく、所定個数のユニットセル１００を装着・計測単位として、燃料電池１０の組み付け完成後にコネクター装着部１２５に装着される。

カソード側セパレーター１３０は、図２に示すように、ほぼ平板状とされ、ＭＥＧＡ１１０の既述した発電領域１１２と対向するセパレーター中央領域１３７の上下端、即ちガス流路部材１５０の上下端近傍に、脚１３１を、図２における紙面奥側に突出させている。この脚１３１は、ユニットセル１００が積層された際に、隣り合うユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０における後述の外縁部１２３に接触する。この様子については、後述する。また、カソード側セパレーター１３０は、案内凸部１２７から外側に延びて当該中央領域を取り囲む外縁部１３８に、既述した反応ガスおよび冷却水の給排孔として、燃料ガス供給孔１３２ＩＮおよび燃料ガス排出孔１３２ＯＴと、複数の酸化剤ガス供給孔１３４ＩＮおよび酸化剤ガス排出孔１３４ＯＴと、複数の冷却水供給孔１３６ＩＮおよび冷却水排出孔１３６ＯＴとを備える。

次に、燃料電池１０におけるユニットセル１００の積層の様子を説明する。図４は図３のＣ部拡大箇所における４−４線に沿った燃料電池１０の概略断面である。図示するように、燃料電池１０は、複数のユニットセル１００を積層して構成され、ユニットセル１００は、ＭＥＧＡ１１０をアノード側セパレーター１２０とカソード側セパレーター１３０とで挟持する。なお、この図４では、ＭＥＧＡ１１０は、電解質膜の両膜面に触媒電極層を接合したＭＥＡ１１０Ｄをアノード側ガス拡散層１１０Ａとカソード側ガス拡散層１１０Ｃで挟持した形態で示されている。そして、それぞれのユニットセル１００は、アノード側セパレーター１２０がセパレーター中央領域１２１の外側に延ばして備える外縁部１２３（図２〜図３参照）を、ＭＥＧＡ１１０の発電領域１１２（図２〜図３参照）の周縁において、ＭＥＧＡ１１０に接合させる。また、それぞれのユニットセル１００は、第１溝２０２と第２溝２０４が形成済みのセパレーター中央領域１２１をＭＥＧＡ１１０の発電領域１１２に対向させて接触させる。これにより、端部第１溝２０２ｔと他の部位の第１溝２０２は、その凹溝開口端がＭＥＧＡ１１０で閉塞され、既述したように延びる燃料ガス流路溝２０２として機能する。カソード側セパレーター１３０にあっては、ガス流路部材１５０を介在させた状態で、セパレーター中央領域１３７（図２参照）をＭＥＧＡ１１０の発電領域１１２に対向させる。

この他、それぞれのユニットセル１００は、アノード側セパレーター１２０の外縁部１２３と、カソード側セパレーター１３０の外縁部１３８とを、ＭＥＧＡ１１０の外周縁側でのシール機能を果たす接着シール１４０を介在させて対向させている。アノード側セパレーター１２０の外縁部１２３は、図４に示すように、酸化剤ガス排出孔１２４ＯＴの側でセル外方に向けて突出した凸部１２３ｔを備え、接着シール１４０は、カソード側セパレーター１３０の外縁部１３８と、外縁部１２３および凸部１２３ｔとの間を隙なく埋めてシールする。接着シール１４０の形成の様子については後述する。

隣り合って積層されたユニットセル１００は、一方のユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０が有する第１溝２０２の底部壁２０２ｓを、他方のユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０に接触させる。これにより、第２溝２０４は、その凹溝開口端が閉塞され、既述したように延びる冷却水流路溝２０４として機能する。また、隣り合って積層されたユニットセル１００は、一方のユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０が有する脚１３１を、他方のユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０の外縁部１２３に接触させる。これにより、脚１３１は、アノード側セパレーター１２０の外縁部１２３において、それぞれのユニットセル１００の支えとして機能する。隣り合って積層されたユニットセル１００は、一方のユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０が外縁部１２３に有する凸部１２３ｔを、他方のユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０の外縁部１３８に接触させる。これにより、酸化剤ガス排出孔１２４ＯＴと酸化剤ガス排出孔１３４ＯＴと酸化剤ガス排出孔１４４ＯＴとが繋がった酸化剤ガス排出孔よりセル外側では、凸部１２３ｔの間の凹所が酸化剤用シール材３０１の配設箇所となる。なお、以下の説明に当たっては、上記の各ガス排出孔が繋がった酸化剤ガス排出孔を、単に酸化剤ガス排出孔１２４ＯＴと称する。燃料ガスや冷却水の給排孔についても同様である。

この他、隣り合って積層されたユニットセル１００は、燃料ガス供給孔１２２ＩＮと冷却水流路溝２０４が開口した側の冷却面側におけるセパレーター中央領域１２１と燃料ガス排出孔１２２ＯＴとを含む冷却水流通域を取り囲む冷却水用シール材３０２（図３参照）と、酸化剤ガス排出孔１２４ＯＴを取り囲む酸化剤用シール材３０１とを、セパレーター上端側において、一方のユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０と他方のユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０との間に挟持する。なお、セパレーター下端側では、冷却水用シール材３０２と、酸化剤ガス供給孔１２４ＩＮを取り囲む酸化剤用シール材３０１とが、セパレーター左右両端では、冷却水用シール材３０２と、燃料ガス供給孔１２２ＩＮを取り囲む燃料ガス用シール材３００および燃料ガス排出孔１２２ＯＴを取り囲む燃料ガス用シール材３００とが、一方のユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０と他方のユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０とで挟持される。

このようにユニットセル１００を積層した燃料電池１０は、締結ボルト２０（図１参照）を初めとする複数本の締結ボルトにて、セル積層方向に締結される。こうした締結されたスタック構造の燃料電池１０は、隣り合うユニットセル１００の一方のユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０が他方のユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０と接触するよう締結されることになる。締結ボルト２０等による締結力は、積層済みのそれぞれのユニットセル１００の外縁部にも当然に及ぶので、スタック構造の燃料電池１０は、隣り合うユニットセル１００の一方のユニットセル１００の外縁部１２３を他方のユニットセル１００の外縁部１３８、詳しくは外縁部１３８に含まれる脚１３１に接触させると共に、隣り合うユニットセル１００の一方のユニットセル１００の外縁部１２３に含まれる凸部１２３ｔを他方のユニットセル１００の外縁部１３８に接触させた上で、それぞれのユニットセル１００における接着シール１４０を圧縮する。

図５はユニットセル単独での各構成部材の寸法関係を模式的に示す説明図、図６はユニットセル１００の製造の様子を模式的に示す説明図、図７はユニットセル１００を積層して締結する様子を模式的に示す説明図である。図５に示すように、ユニットセル１００は、セル単独の状態において、既述したようにアノード側セパレーター１２０の外縁部１２３の凸部１２３ｔとカソード側セパレーター１３０の外縁部１３８とを接着シール１４０を介在させて対向させている。その上で、ユニットセル１００は、接着シール１４０を介在させて対向する凸部１２３ｔと外縁部１３８との間の外縁部の厚みＨｔを、セパレーター中央領域１２１、１３７においてＭＥＧＡ１１０を挟持するアノード側セパレーター１２０からカソード側セパレーター１３０に掛けてのセル厚みＨｓより大きくしている。本実施形態のユニットセル１００は、外縁部の厚みＨｔとセル厚みＨｓとの差分ΔＨを０．１〜０．２ｍｍとした。この差分ΔＨは、ユニットセル締結に伴う接着シール１４０の圧縮代やユニットセル１００のセル厚みＨｓ等を考慮して定めればよく、上記した数値に限定されない。

図５に示したユニットセル１００を得るに当たっては、図６に示すように、アノード側セパレーター１２０において、その有する凸部１２３ｔの突出高Ｈｔａを、第１溝２０２の開口から底部壁２０２ｓまでの溝深さＨｓａより上記の差分ΔＨだけ大きくする。そして、このアノード側セパレーター１２０を、ＭＥＧＡ１１０とガス流路部材１５０とを積層済みのカソード側セパレーター１３０に重ね合わせ、接着シール１４０の形成箇所にそのゴム素材１４０ｍを介在させる。次いで、アノード側セパレーター１２０における上記の差分ΔＨを維持したまま、アノード側セパレーター１２０をカソード側セパレーター１３０の側に所定の圧力で押圧しつつ第２溝２０４の底部壁をＭＥＧＡ１１０に接触させる。そして、この状態で、ゴム素材１４０ｍを加熱して熱溶融させ、このゴム素材１４０ｍにてＭＥＧＡ１１０の外周縁を取り囲み、冷却養生に付す。これにより、アノード側セパレーター１２０の外縁部１２３とカソード側セパレーター１３０の外縁部１３８とは、接着シール１４０を介在させて対向し、接着シール１４０にて、ＭＥＧＡ１１０はその外周縁側においてシールされる。なお、接着シール１４０の形成後、アノード側セパレーター１２０からカソード側セパレーター１３０に掛けて給排孔を繋ぐべく、セパレーターのガス・冷却水の給排孔形成箇所において、打ち抜き工具等により、接着シール１４０が打ち抜きされ、酸化剤ガス排出孔１２４ＯＴや酸化剤ガス供給孔１２４ＩＮ等が形成される。

こうして図５に示すユニットセル１００が得られると、図７に示すように、ユニットセル１００を複数積層し、セル面の各所に締結荷重が掛かるように図１の締結ボルト２０等にて締結する。この際、締結前にあっては、それぞれのユニットセル１００では既述した差分ΔＨが凸部１２３ｔと第１溝２０２との間に残っているが、ユニットセル１００は、締結荷重を受けて、この差分ΔＨがゼロとなるように凸部１２３ｔにおいて接着シール１４０を圧縮させた上で、第１溝２０２のそれぞれの底部壁２０２ｓが隣り合うユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０に接触させる。これにより、図４に示したスタック構造の燃料電池１０が得られる。

図８は図３に示したセパレーターコーナー部Ｄの様子を概略的に示す概略斜視図である。図示するように、本実施形態のユニットセル１００は、ＭＥＧＡ１１０を接着シール１４０を介在させて挟持するアノード側セパレーター１２０の外縁部１２３（詳しくは、凸部１２３ｔ）とカソード側セパレーター１３０の外縁部１３８に、コネクター装着部１２５とコネクター装着部１３５とを備え、この両装着部についても、接着シール１４０を介在させて対向させている。そして、所定個数のユニットセル１００を単位として、セルモニターコネクターがコネクター装着部１２５とコネクター装着部１３５に装着され、この装着部により抜止された状態で、セルモニターコネクターは、電位計測部１３０Ｃｔを測定端子にて挟持し、計測電位を出力する。

本実施形態のユニットセル１００は、図５に示すように、ゴム製の接着シール１４０を介在させて対向するアノード側セパレーター１２０とカソード側セパレーター１３０のそれぞれの外縁部（以下、セパレーター外縁部と称する）の厚み、詳しくは、外縁部１２３における凸部１２３ｔと外縁部１３８との厚みＨｔを、セパレーター中央領域１２１およびセパレーター中央領域１３７においてＭＥＧＡ１１０を挟持するアノード側セパレーター１２０からカソード側セパレーター１３０に掛けてのセル厚みＨｓより大きくしている。よって、締結ボルト２０とその他の締結ボルトによるセル締結力に基づく荷重を、ゴム製の接着シール１４０を介在させたセパレーター外縁部において大きくする。この結果、本実施形態のユニットセル１００によれば、仮に接着シール１４０にヘタリや体積収縮が起きたとしても、接着シール１４０を介在させたセパレーター外縁部に掛かる荷重が大きい故に、スタック構造の燃料電池１０において隣り合うユニットセル１００でのセパレーター外縁部におけるセパレーター間の隙間の拡大を抑制して、セル間のシール性能を維持できる。また、本実施形態のユニットセル１００では、セパレーター外縁部の厚みを大きくすればよく、セパレーターの形状調整、延いてはプレス型の形状調整等にて、このセパレーター外縁部の厚みＨｔを容易に大きくできる。よって、本実施形態のユニットセル１００によれば、セル製造コスト、延いては燃料電池１０としての製造コストを低減できるほか、セパレーターの形状調整、延いてはプレス型の形状調整という簡便な対処で、隣り合うユニットセル１００の間のシール性能を確実に維持できる。

本実施形態のユニットセル１００は、セル単独時でのセパレーター外縁部の厚みＨｔを、複数のユニットセル１００を積層したスタック構造に含まれるユニットセル１００でのセパレーター外縁部の厚みより大きくする。このため、スタック構造におけるセパレーター外縁部の厚みとの差分に相当する分だけ、セパレーター外縁部では締結力に基づく荷重が確実に大きくなるので、既述したようにセル間のシール性能を維持できる。

本実施形態のユニットセル１００は、アノード側セパレーター１２０とカソード側セパレーター１３０の両セパレーターをステンレス、チタン等の金属鋼板から形成し、この両セパレーターが対向させているセパレーター外縁部、詳しくはアノード側セパレーター１２０の外縁部１２３に、セル外方に向けて突出した凸部１２３ｔを有し、セパレーター外縁部の厚みＨｔを凸部１２３ｔにて規定する。図９は接着シール１４０の圧縮に伴う凸部１２３ｔの様子を模式的に示す説明図である。図示するように、凸部１２３ｔは、上記の両セパレーターが金属鋼板のプレス成型を経て形成されてセル外方に向けて突出している故に、接着シール１４０が締結荷重により差分ΔＨがゼロとなるよう圧縮される際、弾発力を蓄えたバネとしての機能を発揮する。よって、この本実施形態のユニットセル１００によれば、凸部１２３ｔのバネ機能によっても接着シール１４０のヘタリや体積収縮に抗することができるので、セル間のシール性能を高い実効性で維持できる。

本実施形態のユニットセル１００は、図８に示すように、アノード側セパレーター１２０とカソード側セパレーター１３０の両セパレーターの外縁部１２３、外縁部１３８に、セルモニターコネクターが装着されるコネクター装着部１２５、１３５を備え、この両コネクター装着部にあっても、接着シール１４０を介在させて対向させている。こうすれば、ゴム製の接着シール１４０を介在させたコネクター装着部１２５、１３５についても、その厚みを既述したセル厚みＨｓ（図５参照）より大きくできるので、大きな荷重を掛けて、スタック構造の燃料電池１０において隣り合うユニットセル１００でのコネクター装着部間の隙間の拡大を抑制できる。よって、本実施形態のユニットセル１００によれば、コネクター装着部１２５、１３５にセルモニターコネクターを支障なく装着できると共に、装着後のコネクターの脱落の他、コネクターの損傷や破壊を抑制できる。

本実施形態の燃料電池１０は、ＭＥＧＡ１１０をアノード側セパレーター１２０とカソード側セパレーター１３０とで挟持したユニットセル１００を複数積層するに当たり、隣り合うユニットセル１００の一方のユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０に他方のユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０が接触するよう押圧すると共に、ゴム製の弾性シール材１４０を介在させた両セパレーターの外縁部１２３、外縁部１３８に掛かる荷重が両セパレーターのセパレーター中央領域１２１、１３７に掛かる荷重より大きくなるように、締結する。よって、本実施形態の燃料電池１０によれば、仮にゴム製の弾性シール材１４０にヘタリや体積収縮が起きたとしても、この弾性シール材１４０を介在させた外縁部１２３、外縁部１３８に掛かる荷重が大きい故に、隣り合うユニットセル１００でのセパレーター間の隙間の拡大を抑制して、セル間のシール性能を維持できる。

本実施形態の燃料電池１０は、積層するそれぞれのユニットセル１００自体を、ゴム製の接着シール１４０を介在させたセパレーター外縁部の厚みＨｔがセル厚みＨｓより大きくなっていて、セル締結力に基づく荷重が接着シール１４０を介在させたセパレーター外縁部においてセパレーター中央領域１２１、１３７より大きくなるようにしている。よって、本実施形態の燃料電池１０によれば、既存のユニットセルを本実施形態のユニットセル１００に置き換えればよいので、セル間のシール性能の維持に加え、燃料電池製造コストを低減できる。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

上記した実施形態のユニットセル１００では、カソード側セパレーター１３０を平板状のセパレーターとしたが、隣り合うユニットセル１００において、一方のユニットセル１００のアノード側セパレーター１２０が他方のユニットセル１００のカソード側セパレーター１３０に接触するよう押圧され、既述したように流路を形成するのであれば、カソード側セパレーター１３０の形状は平板状に限られない。図１０は他の実施形態のユニットセル１００Ａのセル単独での各構成部材の寸法関係を模式的に示す説明図、図１１は図４相当に他の実施形態の燃料電池１０Ａをその要部で断面視して示す概略断面である。図１０に示すように、このユニットセル１００Ａは、カソード側セパレーター１３０にあっても、アノード側セパレーター１２０と同様、そのセパレーター中央領域１３７に第１溝３０３と第２溝３０４とを交互に並べて備え、外縁部１３８には、凸部１３８ｔを備える。そして、ユニットセル１００Ａにあっても、セル単独の状態において、既述したようにアノード側セパレーター１２０の外縁部１２３とカソード側セパレーター１３０の外縁部１３８とを接着シール１４０を介在させて対向させている。その上で、ユニットセル１００Ａは、対向する凸部１２３ｔと凸部１３８ｔとの間の厚みＨｔ（セパレーター外縁部の厚みＨｔ）を、セパレーター中央領域１２１、１３７においてＭＥＧＡ１１０を挟持するアノード側セパレーター１２０からカソード側セパレーター１３０に掛けてのセル厚みＨｓより大きくしている。この実施形態のユニットセル１００Ａは、セル両側においてセパレーター外縁の厚みＨｔが大きいことから、一方のセル面では、既述した差分ΔＨの半分だけ、厚みに差がある。

図１０に示したユニットセル１００Aを得るに当たっては、図６で説明した手順に倣って、接着シール１４０の形成箇所へのゴム素材１４０ｍの配設と、カソード側セパレーター１３０の側への所定の圧力でのアノード側セパレーター１２０の押圧とを行って、第２溝２０４と第２溝３０４の両底部壁をＭＥＧＡ１１０に接触させる。そして、この状態で、ゴム素材１４０ｍを加熱して熱溶融させ、このゴム素材１４０ｍにてＭＥＧＡ１１０の外周縁を取り囲み、冷却養生に付す。これにより、図１０に示すユニットセル１００Ａが得られるので、得られたユニットセル１００Ａを複数積層し、セル面の各所に締結荷重が掛かるように図１の締結ボルト２０等にて締結する。この際、それぞれのユニットセル１００Ａを、締結荷重を受けて、セル両側において上記の差分ΔＨ／２がゼロとなるように凸部１２３ｔと凸部１３８ｔとにおいて接着シール１４０を圧縮させた上で、第１溝２０２のそれぞれの底部壁２０２ｓが隣り合うユニットセル１００Ａのカソード側セパレーター１３０の第１溝３０３のそれぞれの底部壁３０３ｓに接触させる。これにより、図１１に示したスタック構造の燃料電池１０Ａが得られる。

上記した実施形態のユニットセル１００Ａと燃料電池１０Ａにあっても、シール性維持や図９で説明したバネ機能等の効果を奏することができる。

また、上記した実施形態の凸部１２３ｔの頂上面に、薄葉状の金属シートを装着し、この金属シートを含む外縁部の厚みＨｔがセパレーター中央領域１２１におけるセパレーター間のセル厚みＨｓより大きくするようにしてもよい。

１０、１０Ａ…燃料電池
２０…締結ボルト
１００、１００Ａ…ユニットセル
１１０…ＭＥＧＡ
１１０Ａ…アノード側ガス拡散層
１１０Ｃ…カソード側ガス拡散層
１１０Ｄ…ＭＥＡ
１１２…発電領域
１２０…アノード側セパレーター
１２０ｃ…カッティング部
１２１…セパレーター中央領域
１２２ＩＮ…燃料ガス供給孔
１２２ＯＴ…燃料ガス排出孔
１２３…外縁部
１２３ｔ…凸部
１２４ＩＮ…酸化剤ガス供給孔
１２４ＯＴ…酸化剤ガス排出孔
１２５…コネクター装着部
１２６ＩＮ…冷却水供給孔
１２６ＯＴ…冷却水排出孔
１２７…案内凸部
１３０…カソード側セパレーター
１３０Ｃｔ…電位計測部
１３１…脚
１３２ＩＮ…燃料ガス供給孔
１３２ＯＴ…燃料ガス排出孔
１３４ＩＮ…酸化剤ガス供給孔
１３４ＯＴ…酸化剤ガス排出孔
１３５…コネクター装着部
１３６ＩＮ…冷却水供給孔
１３６ＯＴ…冷却水排出孔
１３７…セパレーター中央領域
１３８…外縁部
１３８ｔ…凸部
１４０…接着シール（弾性シール材）
１４０ｍ…ゴム素材
１４１…発電領域窓
１４２ＩＮ…燃料ガス供給孔
１４２ＯＴ…燃料ガス排出孔
１４４ＩＮ…酸化剤ガス供給孔
１４４ＯＴ…酸化剤ガス排出孔
１４６ＩＮ…冷却水供給孔
１４６ＯＴ…冷却水排出孔
１５０…ガス流路部材
１５１…シーリングシート
１６０Ｅ…ターミナルプレート
１６０Ｆ…ターミナルプレート
１６５Ｅ…絶縁板
１６５Ｆ…絶縁板
１７０Ｅ…エンドプレート
１７０Ｆ…エンドプレート
１７２ＩＮ…燃料ガス供給孔
１７２ＯＴ…燃料ガス排出孔
１７４ＩＮ…酸化剤ガス供給孔
１７４ＯＴ…酸化剤ガス排出孔
１７６ＩＮ…冷却水供給孔
１７６ＯＴ…冷却水排出孔
２００…燃料ガス流路
２０２…第１溝（燃料ガス流路溝）
２０２ｓ…底部壁
２０２ｔ…端部第１溝
２０４…第２溝（冷却水流路溝）
３００…燃料ガス用シール材
３０１…酸化剤用シール材
３０２…冷却水用シール材
３０３…第１溝
３０３ｓ…底部壁
３０４…第２溝
Ａ…転換領域
Ｄ…セパレーターコーナー部
Ｈｓ…セル厚み
Ｈｔ…セパレーター外縁部の厚み
Ｈｓａ…溝深さ
Ｈｔａ…突出高

Claims

膜電極接合体を第１のセパレーターと第２のセパレーターとで挟持した燃料電池セルであって、
前記第１と第２のセパレーターは、
前記膜電極接合体の発電領域と対向するセパレーター中央領域から周囲外縁に延びる外縁部をそれぞれ備え、該外縁部を、前記膜電極接合体の外周縁側でのシール機能を果たす弾性シール材を介在させて対向させ、
該弾性シール材が介在して対向している前記外縁部における前記第１のセパレーターから前記第２のセパレーターに掛けての前記外縁部の厚みは、前記セパレーター中央領域において前記膜電極接合体を挟持する前記第１のセパレーターから前記第２のセパレーターに掛けての厚みより大きくされている
燃料電池セル。
前記外縁部の厚みは、複数の前記燃料電池セルを積層したスタック構造に含まれる前記燃料電池セルの前記外縁部の厚みより大きくされている請求項１に記載の燃料電池セル。
前記第１と第２のセパレーターは、金属鋼板から形成され、
前記第１と第２のセパレーターが前記対向させている前記外縁部に、セル外方に向けて突出した凸部位を有し、該凸部位にて前記外縁部の厚みを規定する請求項１または請求項２に記載の燃料電池セル。
前記第１と第２のセパレーターは、前記外縁部に、セルモニターコネクターが装着されるコネクター装着部を備え、該コネクター装着部にあっても、前記弾性シール材を介在させて対向させている請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池セル。
膜電極接合体を第１のセパレーターと第２のセパレーターで挟持した燃料電池セルを複数積層した燃料電池であって、
前記燃料電池セルのそれぞれは、
前記第１と第２のセパレーターとを、前記膜電極接合体の発電領域と対向するセパレーター中央領域から周囲外縁に延びる外縁部を備えるセパレーターとし、前記外縁部を、前記膜電極接合体の外周縁側でのシール機能を果たす弾性シール材を介在させて対向させ、
隣り合う前記燃料電池セルの一方の燃料電池セルの前記第１のセパレーターに他方の燃料電池セルの前記第２のセパレーターが接触して押圧されると共に、前記外縁部に掛かる荷重が前記セパレーター中央領域に掛かる荷重より大きくなるように、締結されている
燃料電池。
前記燃料電池セルのそれぞれは、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池セルとされている請求項５に記載の燃料電池。