JP2016219359A - 燃料電池用セパレータ、及び燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の冷却効率を向上させるための技術を提供する。
【解決手段】燃料電池用セパレータ６０，８０は、セパレータ本体６２，８２と、セパレータ本体６２，８２を補強する補強板６４，８４と、セパレータ本体６２，８２と補強板６４，８４とにより区画され、燃料電池１を冷却するための冷却剤が通る冷却剤流路６６，８６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池用セパレータ、及び燃料電池に関する。

燃料電池は、水素と酸素とから電気エネルギーを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギーや運動エネルギーの過程を経ることがない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できること、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いことなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギーを有効に利用でき、環境にやさしい特性を備えるため、２１世紀を担うエネルギー供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、また大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる有望な発電システムとして注目され、技術開発が本格化している。

特許文献１には、セパレータ形状の黒鉛粉成形体と、黒鉛粉成形体の一方の面に積層された補強板とを有する燃料電池用セパレータが開示されている。特許文献１の燃料電池用セパレータでは、冷却液が流れる冷却液流路溝が補強板に形成されていた。

特開２００２−１９８０６５号公報

本発明者は、燃料電池用セパレータについて鋭意研究を重ねた結果、従来の燃料電池用セパレータには、燃料電池の冷却効率を向上させる上で改善の余地があることを認識するに至った。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池の冷却効率を向上させるための技術を提供することにある。

本発明のある態様は、燃料電池用セパレータである。当該燃料電池用セパレータは、セパレータ本体と、セパレータ本体を補強する補強板と、セパレータ本体と補強板とにより区画され、燃料電池を冷却するための冷却剤が通る冷却剤流路と、を備える。

本発明の他の態様は、燃料電池である。当該燃料電池は、電解質膜、電解質膜の一方の面側に配置されるアノード触媒層、及び電解質膜の一方の面と反対の面側に配置されるカソード触媒層で構成される膜電極接合体と、膜電極接合体を挟む一対の燃料電池用セパレータと、を備える。一対の燃料電池用セパレータは、少なくとも一方が上記態様の燃料電池用セパレータである。

本発明によれば、燃料電池の冷却効率を向上させることができる。

実施の形態に係る燃料電池の構造を模式的に示す断面図である。 図２（Ａ）は、変形例１に係る燃料電池の構造を模式的に示す断面図である。図２（Ｂ）は、変形例２に係る燃料電池の構造を模式的に示す断面図である。図２（Ｃ）は、変形例２に係る燃料電池が有する補強板を模式的に示す平面図である。 図３（Ａ）は、変形例３に係る燃料電池の構造を模式的に示す断面図である。図３（Ｂ）は、変形例４に係る燃料電池の構造を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本実施の形態を具体的に説明する前に、概要を述べる。本実施の形態は、燃料電池用セパレータに関する。上述した従来の燃料電池用セパレータでは、セパレータ本体が、靱性等の機械強度が比較的低い黒鉛粉成形体で形成されていた。このため、補強板をセパレータ本体に取り付けて燃料電池用セパレータの機械的強度を高めていた。補強板は、冷却剤流路を有し、セパレータ本体の膜電極接合体が配置される側とは反対側の面に設けられていた。

本発明者らは、燃料電池用セパレータについて鋭意研究を重ねた結果、従来の燃料電池用セパレータには、燃料電池の冷却効率の向上を図る上で改善の余地があることを見出した。すなわち、従来の燃料電池用セパレータでは、冷却剤流路が補強板によって形成されていた。このため、燃料電池の電極反応で発生した熱は、セパレータ本体及び補強板を介して冷却剤に伝達される。このように、燃料電池の発熱部と冷却剤との間にセパレータ本体だけでなく補強板も介在する場合、補強板が介在する分だけ燃料電池の冷却効率が低下してしまう。これに対し、本実施の形態に係る燃料電池用セパレータは、冷却剤とセパレータ本体とを直に接触させることができる構造を有する。以下、本実施の形態に係る燃料電池用セパレータと、この燃料電池用セパレータを含む燃料電池とについて詳細に説明する。

図１は、実施の形態に係る燃料電池の構造を模式的に示す断面図である。本実施の形態の燃料電池１は、膜電極接合体１０と、アノードガス拡散層２０と、カソードガス拡散層４０と、一対の燃料電池用セパレータ６０，８０とを備える。膜電極接合体１０は、略平板状である。アノードガス拡散層２０とカソードガス拡散層４０とは、膜電極接合体１０を挟んで互いの主表面が対向するように設けられる。また、アノードガス拡散層２０及びカソードガス拡散層４０それぞれの膜電極接合体１０とは反対の主表面側には、燃料電池用セパレータ６０，８０が設けられる。燃料電池１の厚さは、例えば１．２ｍｍ以下である。本実施の形態の燃料電池１は、膜電極接合体１０、アノードガス拡散層２０、カソードガス拡散層４０及び燃料電池用セパレータ６０，８０で構成される単セルを１組備えるが、複数組の単セルが積層されてなるスタック構造を有してもよい。本実施の形態の燃料電池１は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）である。

膜電極接合体１０は、電解質膜１２と、電解質膜１２の一方の面側に配置されるアノード触媒層１４と、電解質膜１２のアノード触媒層１４が配置される側の面と反対の面側に配置されるカソード触媒層１６とで構成される。本実施の形態では、アノード触媒層１４は電解質膜１２の一方の主表面側に配置され、カソード触媒層１６は電解質膜１２の他方の主表面側に配置される。

電解質膜１２は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示し、アノード触媒層１４とカソード触媒層１６との間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。電解質膜１２は、例えば含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成される。電解質膜１２の材料としては、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例としては、ナフィオン（デュポン社製、登録商標）１１２等が挙げられる。非フッ素重合体の例としては、スルホン化された、芳香族ポリエーテルエーテルケトンやポリスルホン等が挙げられる。電解質膜１２の厚さは、例えば５μｍ以上５０μｍ以下である。

アノード触媒層１４及びカソード触媒層１６は、それぞれイオン交換樹脂及び触媒粒子、場合によって触媒粒子の担体を有する。アノード触媒層１４及びカソード触媒層１６が有するイオン交換樹脂は、触媒粒子と電解質膜１２を接続し、両者間においてプロトンを伝達する役割を果たす。このイオン交換樹脂は、電解質膜１２と同様の高分子材料から形成することができる。触媒粒子としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｉｒ、ランタノイド系列元素やアクチノイド系列の元素の中から選ばれる合金や単体といった触媒金属が挙げられる。また、触媒粒子の担体としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ等の炭素粒子を用いることができる。アノード触媒層１４及びカソード触媒層１６の厚さは、それぞれ、例えば１μｍ以上１００μｍ以下である。

アノードガス拡散層２０は、膜電極接合体１０のアノード触媒層１４側の主表面に積層される。カソードガス拡散層４０は、膜電極接合体１０のカソード触媒層１６側の主表面に積層される。アノードガス拡散層２０及びカソードガス拡散層４０は、電子伝導性を有する多孔体であればよく、その材料として公知のものを使用することができる。例えば、アノードガス拡散層２０及びカソードガス拡散層４０には、金属板、金属フィルム、導電性高分子、カーボンペーパー、カーボンの織布又は不織布等を使用することができる。

また、アノードガス拡散層２０及びカソードガス拡散層４０は、導電性粒子及び／又は導電性繊維と、熱可塑性樹脂との混合材料で構成されてもよい。導電性粒子としては、例えば、カーボンブラック、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛等のカーボン粒子や、金属粒子等を用いることができる。導電性繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、カーボンナノチューブ等のカーボンファイバーや、金属繊維等を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）等のフッ素系樹脂を用いることができる。アノードガス拡散層２０及びカソードガス拡散層４０の厚さは、例えば５０μｍ以上５５０μｍ以下である。

燃料電池用セパレータ６０は、アノードガス拡散層２０の主表面に積層される。燃料電池用セパレータ６０は、セパレータ本体６２と、補強板６４と、冷却剤流路６６と、ガス流路６８とを備える。

セパレータ本体６２は、導電性及び熱伝導性を有する略平板状の部材であり、一方の主表面がアノードガス拡散層２０の主表面と接するように設けられる。セパレータ本体６２の材料としては、公知のものを使用することができる。例えば、セパレータ本体６２の材料としては、カーボン、グラファイト、ステンレス、チタン等を使用することができる。好ましくは、セパレータ本体６２はグラファイト製である。セパレータ本体６２をグラファイトで形成することで、セパレータ本体６２を金属で形成する場合に比べて、セパレータ本体６２の熱伝導性をより向上させることができる。また、冷却剤によってセパレータ本体６２が腐食することをより確実に抑制することができる。

補強板６４は、セパレータ本体６２を補強して燃料電池用セパレータ６０の機械的強度を高める部材である。補強板６４は、セパレータ本体６２の他方の主表面、すなわちアノードガス拡散層２０とは反対側の主表面に積層される。補強板６４の材料としては、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル、チタン等の金属や、導電性プラスチック等を使用することができる。好ましくは、補強板６４は金属製である。補強板６４を金属で形成することで、燃料電池用セパレータ６０の機械的強度をより確実に高めることができる。

好ましくは、補強板６４は、セパレータ本体６２よりも靱性が高い。例えば、補強板６４は、セパレータ本体６２よりも衝撃強さが大きく、外部から加わる力に対して割れにくい。これにより、燃料電池用セパレータ６０の機械的強度をより確実に高めることができる。また、好ましくは、セパレータ本体６２の熱伝導率は、補強板６４の熱伝導率よりも高い。これにより、燃料電池１の冷却効率をより確実に向上させることができる。また、好ましくは、セパレータ本体６２の熱膨張係数は、補強板６４の熱膨張係数よりも小さい。セパレータ本体６２は、燃料電池用セパレータ６０の全体の厚さに占める厚さの割合が大きい。このため、セパレータ本体６２の熱膨張係数を補強板６４よりも小さくすることで、燃料電池用セパレータ６０全体の寸法変化を抑えることができる。また、熱膨張係数の小さいセパレータ本体６２、８２が補強板６４を挟むように配置されることで（図２（Ａ）等参照）、補強板６４の材質に関わらず、燃料電池用セパレータ６０全体の反りを抑制することができる。これにより、燃料電池用セパレータ６０の変形を抑えることができ、ひいては、燃料電池１の変形を抑制することができる。また、冷却剤流路６６の変形を抑えることも可能となる。また、補強板６４の熱膨張係数をセパレータ本体６２よりも大きくすることで、高温時にセパレータ本体６２と補強板６４との接着面積を増加させて、界面安定性を向上させることができる。また、セパレータ本体６２と補強板６４とは、互いを構成する材料の電位差が小さいことが好ましい。これにより、セパレータ本体６２あるいは補強板６４を構成する金属の表面に局部電池が形成されて、金属が腐食することを抑制することができる。

冷却剤流路６６は、燃料電池１を冷却するための冷却剤が通る流路である。冷却剤としては、例えばアルカリ性を呈するように調質剤が添加された水等の冷却液が用いられる。冷却剤流路６６は、セパレータ本体６２と補強板６４とにより区画される。すなわち、セパレータ本体６２の表面と補強板６４の表面とが組み合わされて、冷却剤流路６６が形成される。したがって、冷却剤流路６６は、燃料電池用セパレータ６０のアノードガス拡散層２０とは反対側の主表面側に配置される。

本実施の形態では、セパレータ本体６２は、アノードガス拡散層２０とは反対側の主表面に溝、すなわちセパレータ本体６２の主表面に沿って延在する凹部を有する。また、補強板６４は、平坦形状である。そして、セパレータ本体６２の溝を補強板６４が覆うことで、冷却剤流路６６が形成されている。したがって、冷却剤流路６６の断面を見ると、冷却剤流路６６の３辺がセパレータ本体６２で形成され、残りの１辺が補強板６４で形成されている。このように、セパレータ本体６２と補強板６４とで冷却剤流路６６を形成することで、冷却剤流路６６を流れる冷却剤とセパレータ本体６２とを直に接触させることができる。

セパレータ本体６２の表面に溝を形成する方法としては、セパレータ本体６２がグラファイト製である場合は、例えばドライエッチング法等を用いることができる。セパレータ本体６２が金属製である場合は、例えばウェットエッチング法等を用いることができる。これにより、微細な溝を形成することができるため、セパレータ本体６２の小型化を図ることができ、ひいては燃料電池１の小型化を図ることができる。

ガス流路６８は、セパレータ本体６２のアノードガス拡散層２０側の主表面に設けられる。水素ガス等の燃料ガスは、燃料供給用のマニホールド（図示せず）からガス流路６８に分配され、ガス流路６８を通じてアノードガス拡散層２０に供給される。そして、燃料ガスは、アノードガス拡散層２０からアノード触媒層１４に供給される。ガス流路６８の形成方法としては、セパレータ本体６２への溝の形成方法と同様の方法を用いることができる。

燃料電池用セパレータ８０は、カソードガス拡散層４０の主表面に積層される。燃料電池用セパレータ８０は、燃料電池用セパレータ６０と同様に、セパレータ本体８２と、補強板８４と、冷却剤流路８６と、ガス流路８８とを備える。

セパレータ本体８２は、導電性及び熱伝導性を有する略平板状の部材であり、一方の主表面がカソードガス拡散層４０の主表面と接するように設けられる。セパレータ本体８２の材料としては、セパレータ本体６２と同様のものを使用することができる。好ましくは、セパレータ本体８２はグラファイト成形体である。セパレータ本体８２をグラファイト成形体とすることで、セパレータ本体６２の場合と同様の効果を得ることができる。

補強板８４は、セパレータ本体８２を補強して燃料電池用セパレータ８０の機械的強度を高める部材である。補強板８４は、セパレータ本体８２の他方の主表面、すなわちカソードガス拡散層４０とは反対側の主表面に積層される。補強板８４の材料としては、補強板６４と同様のものを使用することができる。好ましくは、補強板８４は金属製である。これにより、補強板６４の場合と同様の効果を得ることができる。セパレータ本体８２及び補強板８４における靱性、熱伝導率、熱膨張係数及び電位差の関係は、セパレータ本体６２及び補強板６４の場合と同様である。

冷却剤流路８６は、燃料電池１を冷却するための冷却剤が通る流路である。冷却剤としては、冷却剤流路６６を流れる冷却剤と同様のものを使用することができる。冷却剤流路８６は、セパレータ本体８２と補強板８４とにより区画される。すなわち、セパレータ本体８２の表面と補強板８４の表面とが組み合わされて、冷却剤流路８６が形成される。したがって、冷却剤流路８６は、燃料電池用セパレータ８０のカソードガス拡散層４０とは反対側の主表面側に配置される。

本実施の形態では、セパレータ本体８２は、カソードガス拡散層４０とは反対側の主表面に溝、すなわちセパレータ本体８２の主表面に沿って延在する凹部を有する。また、補強板８４は、平坦形状である。そして、セパレータ本体８２の溝を補強板８４が覆うことで、冷却剤流路８６が形成されている。したがって、冷却剤流路８６の断面を見ると、冷却剤流路８６の３辺がセパレータ本体８２で形成され、残りの１辺が補強板８４で形成されている。このように、セパレータ本体８２と補強板８４とで冷却剤流路８６を形成することで、冷却剤流路８６を流れる冷却剤とセパレータ本体８２とを直に接触させることができる。セパレータ本体８２への溝の形成方法は、セパレータ本体６２の場合と同様である。

ガス流路８８は、セパレータ本体８２のカソードガス拡散層４０側の主表面に設けられる。空気等の酸化剤ガスは、酸化剤供給用のマニホールド（図示せず）からガス流路８８に分配され、ガス流路８８を通じてカソードガス拡散層４０に供給される。そして、酸化剤ガスは、カソードガス拡散層４０からカソード触媒層１６に供給される。また、ガス流路８８は、カソード触媒層１６で生成される水の排水路としても機能する。ガス流路８８の形成方法は、ガス流路６８の場合と同様である。

燃料電池用セパレータ６０，８０の厚さは、例えば５０μｍ以上７００μｍ以下である。また、セパレータ本体６２，８２の厚さは、例えば３０μｍ以上６００μｍ以下である。補強板６４，８４の厚さは、例えば５μｍ以上３００μｍ以下である。なお、本実施の形態では、冷却剤流路６６，８６、及びガス流路６８，８８は、それぞれ５つ設けられているが、その数は特に限定されず、燃料電池用セパレータ６０，８０や各流路の大きさ等に応じて適宜設定することができる。

なお、アノード触媒層１４とアノードガス拡散層２０とが積層された構造をアノードと称し、カソード触媒層１６とカソードガス拡散層４０とが積層された構造をカソードと称する場合がある。

上述した固体高分子形の燃料電池１では、以下の反応が起こる。すなわち、アノードガス拡散層２０を介してアノード触媒層１４に燃料ガスとしての水素ガスが供給されると、アノード触媒層１４において下記式（１）で示す反応が起こり、水素がプロトンと電子に分解される。プロトンは、電解質膜１２中をカソード触媒層１６側へ移動する。電子は、アノードガス拡散層２０及び燃料電池用セパレータ６０を経由して外部回路（図示せず）に移動し、外部回路から燃料電池用セパレータ８０及びカソードガス拡散層４０を経由してカソード触媒層１６に流れ込む。一方、カソードガス拡散層４０を介してカソード触媒層１６に酸化剤ガスとしての空気が供給されると、カソード触媒層１６において下記式（２）で示す反応が起こり、空気中の酸素がプロトン及び電子と反応して水になる。この結果、外部回路においてアノードからカソードに向かって電子が流れることとなり、電力を取り出すことができる。
アノード触媒層１４：Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ （１）
カソード触媒層１６：２Ｈ^＋＋（１／２）Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ （２）

また、上述した反応で発生する熱の一部は、アノードガス拡散層２０を介してセパレータ本体６２に伝達される。セパレータ本体６２に伝達された熱の一部は、セパレータ本体６２から冷却剤流路６６を流れる冷却剤に直に伝達される。また、他の一部は、セパレータ本体６２から補強板６４を介して冷却剤に伝達される。また、上述した反応で発生する熱の他の一部は、カソードガス拡散層４０を介してセパレータ本体８２に伝達される。セパレータ本体８２に伝達された熱の一部は、セパレータ本体８２から冷却剤流路８６を流れる冷却剤に直に伝達される。また、他の一部は、セパレータ本体８２から補強板８４を介して冷却剤に伝達される。これにより、燃料電池１が冷却される。

以上説明したように、本実施の形態の燃料電池用セパレータ６０，８０は、セパレータ本体６２，８２と、補強板６４，８４と、冷却剤流路６６，８６とを備える。そして、冷却剤流路６６，８６は、セパレータ本体６２，８２と補強板６４，８４とにより区画される。すなわち、冷却剤流路６６，８６の断面構造において、少なくとも１辺がセパレータ本体６２で構成される。したがって、セパレータ本体６２，８２は、冷却剤流路６６，８６の内部空間と接している。このような構成とすることで、セパレータ本体６２，８２と冷却剤流路６６，８６を流れる冷却剤とを直に接触させることができる。このため、補強板６４，８４のみで冷却剤流路６６，８６を形成する場合に比べて、燃料電池用セパレータ６０，８０による燃料電池１の冷却効率を向上させることができる。そして、これにより燃料電池１の発電性能を向上させることができる。

また、燃料電池用セパレータ６０，８０による燃料電池１の冷却効率を向上させることができるため、冷却剤流路６６，８６の小型化が可能である。このため、燃料電池用セパレータ６０，８０の小型化あるいは低背化、ひいては燃料電池１の小型化あるいは低背化が可能となる。なお、本実施の形態の燃料電池用セパレータ６０，８０を設けることにより燃料電池１の冷却効率が所望のものとなれば、全てのセパレータ本体６２とセパレータ本体８２の間に補強板６４，８４を配置することは必須ではない。また、全てのセパレータ本体６２，８２に冷却剤流路６６，８６を設けることも必須ではない。例えば、単セルを３００組積層している場合、セパレータ本体６２とセパレータ本体８２の境界部は２９９箇所存在することとなるが、そのうちの２４０箇所のみに補強板６４，８４及び冷却剤流路６６，８６を設け、残りの５９箇所には補強板６４，８４と冷却剤流路６６，８６を設けない構成としてもよい。この場合、省略した補強板６４，８４の厚さと冷却剤流路６６，８６の深さの分だけ、燃料電池用セパレータ６０，８０の小型化あるいは低背化、ひいては燃料電池１の小型化あるいは低背化を図ることができる。また、燃料電池用セパレータ６０，８０は補強板６４，８４を有するため、燃料電池用セパレータ６０，８０の小型化、低背化にともなう燃料電池用セパレータ６０，８０の機械的強度の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態では、冷却剤流路６６，８６の断面構造において、３辺がセパレータ本体６２，８２で形成されている。このため、１辺あるいは２辺がセパレータ本体６２，８２で形成される場合に比べて、燃料電池１の冷却効率をより高めることができる。また、補強板６４に曲げ加工等を施す必要がないため、燃料電池用セパレータ６０，８０の製造工程の簡略化、ひいては燃料電池１の製造工程の簡略化が可能である。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

（変形例１）
図２（Ａ）は、変形例１に係る燃料電池の構造を模式的に示す断面図である。なお、図２（Ａ）では、隣り合う２つの単セル１ａ，１ｂにおける、一方の単セル１ａの燃料電池用セパレータ６０と、他方の単セル１ｂの燃料電池用セパレータ８０とを図示し、他の部材の図示を省略している。変形例１の燃料電池１は、複数の単セル１ａ，１ｂを有する。そして、隣り合う２つの単セル１ａ，１ｂにおいて、単セル１ａの燃料電池用セパレータ６０と、単セル１ｂの燃料電池用セパレータ８０とは、補強板を共有する。すなわち、燃料電池１は、２つのセパレータ本体６２，８２と、２つのセパレータ本体６２，８２に挟まれた補強板６４とを備える。

図２（Ａ）に示す構造では、単セル１ａの燃料電池用セパレータ６０が有する補強板６４が、単セル１ｂの燃料電池用セパレータ８０の補強板としても機能する。これにより、補強板の数を削減することができる。よって、燃料電池１の小型化を図ることができる。なお、燃料電池用セパレータ６０と燃料電池用セパレータ８０とは、補強板８４を共有してもよい。

また、変形例１に係る燃料電池１では、燃料電池用セパレータ６０は冷却剤流路６６を有するが、燃料電池用セパレータ８０は冷却剤流路８６を有しない。すなわち、単セル１ａの燃料電池用セパレータ６０と単セル１ｂの燃料電池用セパレータ８０とが冷却剤流路６６を共有する。実施の形態で説明したように、セパレータ本体６２と冷却剤流路６６の冷却剤とを直に接触させる構造とすることで、燃料電池１の冷却効率を向上させることができる。このため、燃料電池用セパレータ８０の冷却剤流路８６を省略することができる。これにより、燃料電池用セパレータ８０の小型化、低背化が可能となり、ひいては燃料電池１の小型化、低背化が可能となる。なお、燃料電池用セパレータ８０に冷却剤流路８６を設け、燃料電池用セパレータ６０の冷却剤流路６６を省略して、冷却剤流路８６を共有してもよい。

（変形例２）
図２（Ｂ）は、変形例２に係る燃料電池の構造を模式的に示す断面図である。図２（Ｃ）は、変形例２に係る燃料電池が有する補強板を模式的に示す平面図である。図２（Ｂ）に図示される補強板６４は、図２（Ｃ）のＡ−Ａ線に沿った断面図に相当する。また、図２（Ｂ）では、隣り合う２つの単セル１ａ，１ｂにおける、一方の単セル１ａの燃料電池用セパレータ６０と、他方の単セル１ｂの燃料電池用セパレータ８０とを図示し、他の部材の図示を省略している。

変形例２でも変形例１と同様に、単セル１ａの燃料電池用セパレータ６０と単セル１ｂの燃料電池用セパレータ８０とが、補強板を共有する。すなわち、燃料電池１は、２つのセパレータ本体６２，８２と、２つのセパレータ本体６２，８２に挟まれた補強板６４とを備える。これにより、燃料電池１の小型化、低背化が可能である。また、単セル１ａの燃料電池用セパレータ６０と単セル１ｂの燃料電池用セパレータ８０とが、冷却剤流路６６を共有する。これにより、燃料電池１の小型化、低背化が可能である。なお、燃料電池用セパレータ６０と燃料電池用セパレータ８０とが、補強板８４を共有してもよい。また、燃料電池用セパレータ６０と燃料電池用セパレータ８０とが、冷却剤流路８６を共有してもよい。

さらに、変形例２の燃料電池１では、補強板６４は、一方のセパレータ本体６２と接する面から他方のセパレータ本体８２に接する面まで貫通し、且つ補強板６４の面方向に延在するスリット状の貫通部６４ａを有する。そして、冷却剤流路６６は、貫通部６４ａの内壁と、２つのセパレータ本体６２，８２の貫通部６４ａ内を臨む表面とで区画される。セパレータ本体６２，８２の補強板６４側の表面は平面である。これにより、セパレータ本体６２，８２に、冷却剤流路６６，８６用の溝を設ける必要がなくなるため、セパレータ本体６２，８２を小型化、低背化することができる。よって、燃料電池用セパレータ６０，８０の小型化、低背化、ひいては燃料電池１の小型化、低背化が可能である。また、補強板６４に設けた貫通部６４ａを用いて冷却剤流路６６を形成しているため、補強板６４に設けた凹部を用いて冷却剤流路６６を形成する場合に比べて、燃料電池１のさらなる小型化、低背化が可能である。

補強板６４に貫通部６４ａを形成する方法としては、補強板６４が金属製である場合は、例えば金属板の打ち抜き加工やウェットエッチング法等を用いることができる。補強板６４が導電性プラスチック製である場合は、例えば打ち抜き加工やドライエッチング法等を用いることができる。

（変形例３）
図３（Ａ）は、変形例３に係る燃料電池の構造を模式的に示す断面図である。なお、図３（Ａ）では、隣り合う２つの単セル１ａ，１ｂにおける、一方の単セル１ａの燃料電池用セパレータ６０と、他方の単セル１ｂの燃料電池用セパレータ８０とを図示し、他の部材の図示を省略している。変形例３でも変形例１と同様に、単セル１ａの燃料電池用セパレータ６０と単セル１ｂの燃料電池用セパレータ８０とが、補強板を共有する。これにより、燃料電池１の小型化、低背化が可能である。また、単セル１ａの燃料電池用セパレータ６０と単セル１ｂの燃料電池用セパレータ８０とが、冷却剤流路６６を共有する。これにより、燃料電池１の小型化、低背化が可能である。なお、燃料電池用セパレータ６０と燃料電池用セパレータ８０とが、補強板８４を共有してもよい。また、燃料電池用セパレータ６０と燃料電池用セパレータ８０とが、冷却剤流路８６を共有してもよい。

さらに、変形例３の燃料電池１では、補強板６４は、セパレータ本体６２側の主表面に、冷却剤流路６６の一部を形成する凹部を有する。セパレータ本体６２の補強板６４側の表面は平面である。そして、冷却剤流路６６は、補強板６４の凹部とセパレータ本体６２の主表面とで区画される。これにより、セパレータ本体６２，８２に冷却剤流路６６，８６用の凹部を設ける必要がなくなるため、セパレータ本体６２，８２を小型化、低背化することができる。よって、燃料電池１の小型化、低背化が可能である。

補強板６４に凹部を形成する方法としては、補強板６４が金属製である場合は、例えばウェットエッチング法等を用いることができる。補強板６４が導電性プラスチック製である場合は、例えばドライエッチング法等を用いることができる。

（変形例４）
図３（Ｂ）は、変形例４に係る燃料電池の構造を模式的に示す断面図である。なお、図３（Ｂ）では、隣り合う２つの単セル１ａ，１ｂにおける、一方の単セル１ａの燃料電池用セパレータ６０と、他方の単セル１ｂの燃料電池用セパレータ８０とを図示し、他の部材の図示を省略している。変形例４でも変形例１と同様に、単セル１ａの燃料電池用セパレータ６０と単セル１ｂの燃料電池用セパレータ８０とが、補強板を共有する。これにより、燃料電池１の小型化、低背化が可能である。なお、燃料電池用セパレータ６０と燃料電池用セパレータ８０とが、補強板８４を共有してもよい。

また、変形例４の燃料電池１では、補強板６４は、単セル１ａのセパレータ本体６２側の主表面に冷却剤流路６６の一部を形成する凹部を有する。また、補強板６４は、単セル１ｂのセパレータ本体８２側の主表面に、冷却剤流路８６の一部を形成する凹部を有する。セパレータ本体６２，８２の補強板６４側の表面は平面である。そして、冷却剤流路６６は、補強板６４の凹部とセパレータ本体６２の主表面とで区画される。また、冷却剤流路８６は、補強板６４の凹部とセパレータ本体８２の主表面とで区画される。これにより、セパレータ本体６２，８２に冷却剤流路６６，８６用の凹部を設ける必要がなくなるため、セパレータ本体６２，８２を小型化、低背化することができる。よって、燃料電池１の小型化、低背化が可能である。

補強板６４に凹部を形成する方法としては、補強板６４が金属製である場合は、例えば金属板の曲げ加工や、ウェットエッチング法等を用いることができる。補強板６４が導電性プラスチック製である場合は、例えばプレス成形やドライエッチング法等を用いることができる。

（その他）
上述した実施の形態では、膜電極接合体１０を挟む燃料電池用セパレータ６０及び燃料電池用セパレータ８０の両方が、セパレータ本体と冷却剤流路とが直に接する構造を有する。しかしながら、特にこの構成に限定されず、燃料電池用セパレータ６０及び燃料電池用セパレータ８０の少なくとも一方が当該構造を有していればよい。また、上述した実施の形態において、燃料電池１は、固体高分子形燃料電池である。しかしながら、特にこの構成に限定されず、燃料電池１は、アルカリ電解質形燃料電池（ＡＦＣ）等の他の形の燃料電池であってもよい。

１ 燃料電池、 １０ 膜電極接合体、 １２ 電解質膜、 １４ アノード触媒層、 １６ カソード触媒層、 ６０ 燃料電池用セパレータ、 ６２ セパレータ本体、 ６４ 補強板、 ６４ａ 貫通部、 ６６ 冷却剤流路、 ８０ 燃料電池用セパレータ、 ８２ セパレータ本体、 ８４ 補強板、 ８６ 冷却剤流路。

Claims (6)

1. セパレータ本体と、
   前記セパレータ本体を補強する補強板と、
   前記セパレータ本体と前記補強板とにより区画され、燃料電池を冷却するための冷却剤が通る冷却剤流路と、
   を備えることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
2. 前記セパレータ本体は、グラファイト製である請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
3. 前記補強板は、金属製である請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータ。
4. 前記セパレータ本体の熱膨張係数は、前記補強板の熱膨張係数よりも小さい請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータ。
5. ２つの前記セパレータ本体と、
   ２つの前記セパレータ本体に挟まれた前記補強板とを備え、
   前記補強板は、一方のセパレータ本体と接する面から他方のセパレータ本体に接する面まで貫通し、且つ補強板の面方向に延在する貫通部を有し、
   前記冷却剤流路は、前記貫通部と、２つの前記セパレータ本体とで区画される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータ。
6. 電解質膜、前記電解質膜の一方の面側に配置されるアノード触媒層、及び前記電解質膜の前記一方の面と反対の面側に配置されるカソード触媒層で構成される膜電極接合体と、
   前記膜電極接合体を挟む一対の燃料電池用セパレータと、
   を備え、
   前記一対の燃料電池用セパレータは、少なくとも一方が請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータであることを特徴とする燃料電池。

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