JP3826636B2

JP3826636B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP3826636B2
Application number: JP28782199A
Authority: JP
Inventors: 裕堀田; 剛高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: JP2001110436A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に関し、詳しくは、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスとの供給を受け、電気化学反応により起電力を得る燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池は、動作温度が比較的低く、電解質を含むすべての部材を固体により形成することができて有利な燃料電池として知られており、種々の改良が試みられている。図１２に、従来知られる燃料電池の一例として、セパレータ１１０を用いた燃料電池の構成を表わす分解斜視図を示す。このような燃料電池では、電解質膜１４０を２枚の電極１４１で両側から挟持した構造を、さらに両側から２枚のセパレータ１１０によって挟むことによって単セル１１５が形成されており、このような単セル１１５を複数積層することによって燃料電池は形成される。
【０００３】
セパレータ１１０の表面にはそれぞれ、単セル内で隣接する部材との間で単セル内ガス流路を形成する凹凸形状が設けられている。セパレータ１１０の一方の面上の凹凸形状は燃料ガスを通過させる単セル内ガス流路を形成し、他方の面上の凹凸形状は酸化ガスを通過させる単セル内ガス流路を形成する。また、セパレータ１１０は、２つの酸化ガス孔１２０，１２１および２つの燃料ガス孔１２２，１２３という孔を備えており、これらの孔は、セパレータ１１０を積層して燃料電池を構成すると、その積層方向に沿って燃料ガスマニホールドおよび酸化ガスマニホールドを形成する。これらのガスマニホールドは、外部から供給されるガスを各単セル内ガス流路に分配するため、あるいは、各単セル内ガス流路から排出されたガスを外部に導くための構造である。
【０００４】
これらの各部材を積層して燃料電池を構成する際には、電解質膜１４０は、セパレータ１１０上において、図中に破線で囲って示した領域Ｍ上に配設される。したがって、電解質膜１４０の端部は、燃料電池内で、各ガスマニホールドと単セル内ガス流路との接続部（ガス流入部）付近に位置する。このような燃料電池では、電解質膜１４０は薄い膜上の部材であるため、燃料電池の運転中に電解質膜１４０の端部がセパレータ１１０上に形成された上記凹凸形状の凹部にたれ込んでしまうおそれがあったが、このような問題に対しては、セパレータの凹凸形状が形成される領域において上記ガスマニホールドとの接続部近傍に支持板（図１２中のプレート１４３）を配置する構成が既に提案されている（例えば、特開平９−３５７２６号公報等）。プレート１４３のような構造を配設することによって、電解質膜１４０が上記凹部にたれ込んで、上記ガス流入部におけるガスの流入状態が不均一となったり、ガスのシール性が損なわれるのを防ぐことができる。
【０００５】
燃料電池において、セパレータと電解質膜との間のガスシール性を確保するための方法として、液状の接着剤を使用することが知られているが、この液状の接着剤を上記プレート１４３と電解質膜１４０との間に塗布することにより、上記ガス流入部付近におけるガスシール性を容易に確保できる。液状の接着剤は、充分量を塗布した上で接着する部材間に所定の押圧力を加えれば良く、操作が簡単であり望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さらに、燃料電池は、より小型化するための改良が重ねられており、セパレータを含む各部材の薄型化が図られている。このようなセパレータを含む部材の薄型化を進めることにより、上記ガス流入部におけるガスシールの構造において新たな問題を生じた。すなわち、上記ガス流入部には、セパレータが備える凹凸形状と上記プレートによって、複数の開口部が形成されるが（図１２における開口部１６５参照）、燃料電池の組み付けを行なう際に、上記液状接着剤を用いて部材間の接着を行なうと、接着された部材間からはみ出した液状接着剤が上記開口部内に入り込み、ガス流路を塞いでしまうおそれがあった。このような開口部に液体が接触すると、この液体は表面張力を発生して容易に内部（単セル内流路の内部）に引き込まれて上記ガス流入部に滞留してしまう。液状接着剤のガス流入部への入り込み易さは、上記開口部の大きさによるが、セパレータが薄型化して開口部が小さくなるほど流路が塞がれやすくなる。また、図１２に示した構成の燃料電池を組み立てる際には、接着剤は、通常はプレート１４３と電解質膜１４０との間に塗布することになり、接着剤がはみ出すおそれのある電解質膜１４０の周辺と開口部との間には、プレート１４３の厚さ分だけ距離があるが、セパレータの薄型化に伴ってプレート１４３を薄型化することにより、この距離も小さくなり、接着剤が入り込む危険性が高まることとなった。
【０００７】
このように接着剤が開口部内に入り込んだ場合には、部材の接着後に入り込んだ接着剤を除去する必要があり、製造工程の煩雑化を招いてしまう。また、接着剤が入り込むおそれの無いように、使用する接着剤の量を減らすことは、既述したガスのシール性を充分に確保するという観点から採用し難い。
【０００８】
本発明の燃料電池は、こうした問題を解決し、液状の接着剤でガスシール性を確保する際に、接着剤がガス流路に入り込むのを防止することを目的としてなされ、次の構成を採った。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃料電池は、電解質膜と、その表面に単セル内ガス流路を形成するための凹凸部を備えるセパレータとを含む部材から成る単セルを構成単位とし、該単セルを複数積層してなるスタック構造を有する燃料電池であって、
前記セパレータ表面上で前記凹凸部が形成された領域の外縁部であって、前記単セル内ガス流路の入口部または出口部となる開口部が形成される部分に、支持部材を配設し、
前記セパレータ上に配設された前記支持部材と、他のセパレータとを、前記電解質膜の外縁部を間に挟んで液状接着剤で接着すると共に、
前記開口部は、前記接着を行なう際に前記他のセパレータと前記支持部材との間からはみ出す前記液状接着剤が、前記開口部から前記単セル内ガス流路に入り込むのを防止する大きさまたは形状に形成されていることを要旨とする。
【００１０】
このような燃料電池によれば、セパレータ表面上で凹凸部が形成された領域の外縁部であって、単セル内ガス流路の入口部または出口部となる開口部が形成される部分に支持部材を配設し、この支持部材と他のセパレータとを、電解質膜の外縁部を間に挟んで液状接着剤で接着する際に、上記他のセパレータと支持部材との間からはみ出す液状接着剤が、上記開口部から単セル内ガス流路に入り込むのを防止することができる。
【００１１】
このような燃料電池において、前記開口部の大きさまたは形状は、前記液状接着剤の有する粘性と、前記支持部材の厚みと、前記液状接着剤の使用量のうちの少なくともいずれか一つに基づいて形成されていることが望ましい。
【００１２】
また、本発明の燃料電池において、前記開口部は、仕切りを有しないこととしても良い。仕切を有しない開口部を設けることは、セパレータ表面上で前記凹凸部が形成される領域内において、この開口部を設ける部位に隣接して、凸構造を有しない空隙を設けることによって容易に実現可能であり、効果的に上記接着剤の入り込みを防止することができる。
【００１３】
さらに、本発明の燃料電池において、
前記電解質膜と前記セパレータとの間に配設されると共に、前記電解質膜の外縁部を除く領域において前記電解質膜と接するガス拡散電極をさらに備え、
前記支持部材は、前記他のセパレータと共に前記電解質膜を挟持する第１の領域と、前記セパレータと前記ガス拡散電極の外縁部とによって挟持される第２の領域と、前記第１および第２の領域を互いに接続する第３の領域とからなることとしてもよい。
【００１４】
このような燃料電池によれば、電解質膜において、セパレータおよび支持部材によって挟持される領域と、ガス拡散電極によって支持される領域との間に、この電解質膜に接触して支持する部材が存在しない領域があっても、この領域の電解質膜は、上記支持部材とガス拡散電極とによって包囲され保護される。これによって、電解質膜のそれぞれの面側に供給されるガスの圧力に差がある場合であっても、上記支持する部材が存在しない領域の電解質膜に対して、ガスの圧力差に起因して加わる力が軽減され、上記領域において電解質膜が損傷されるのを防ぐことができる。なお、このような支持部材は、ガス拡散電極の厚みや、セパレータ上に設けられた凹凸部が有する段差などに応じた段差を設けて、上記第１の領域と第２の領域とを接続するよう形成すればよい。
【００１５】
また、本発明の燃料電池において、前記セパレータは、その表面上の、前記電解質膜の外縁部を間に挟んで他のセパレータと接着する領域において、前記液状接着剤が流入可能な凹部を備えることとしてもよい。
【００１６】
このような構成とすれば、液状接着剤を用いてセパレータを含む部材間を接着する際に、液状接着剤が上記凹部内に流入し、接着剤とセパレータとの間の接触面積が増大し、接着剤による接着力が強まる。したがって、電解質膜の外縁部におけるガスシール性を向上させることができる。
【００１７】
このような燃料電池において、前記凹部は、少なくとも、前記セパレータ上に配設される前記電解質膜の角部が位置する部位の近傍に設けられることとしてもよい。燃料電池を動作させ、燃料電池内のガス流路に圧力の高いガスを供給する際には、燃料電池を構成する各部材において上記接着を剥がす方向に働く力が作用するが、特に電解質膜の角部が位置する部位の近傍はこのような力が強く働くため、ここに上記凹部を設けることにより、燃料電池内のガスシール性に対する信頼性を大きく向上させることができる。
【００１８】
また、このような燃料電池は、
前記各単セル内ガス流路に対して前記ガスを供給するマニホールド、あるいは、前記各単セル内ガス流路から排出される前記ガスが流れ込むマニホールドとして、複数のマニホールドを備え、該複数のマニホールドの内の少なくとも２つのマニホールドは、前記電解質膜の外縁部に沿って互いに隣り合って配設されており、
前記凹部は、少なくとも、前記隣り合って配設されたマニホールド間を分離する部材の近傍に設けられることとしてもよい。
【００１９】
２つのマニホールドが隣接する領域も、燃料電池内のガス流路を通過するガスの圧力によって、各部材において上記接着を剥がす方向に働く力が大きい部位であり、隣り合うマニホールド間を分離する部材の近傍に上記凹部を設けることによって、燃料電池内のガスシール性に対する信頼性を大きく向上させることができる。特に、積層するセパレータのそれぞれに設けられた孔部によってマニホールドを形成する場合には、隣り合うマニホールドを形成するために、細い梁状構造によって隔てられた２つの孔部をセパレータに設けることになる。このような梁状構造の近傍は、マニホールド内を高圧のガスが通過することによって特に強い力を受け易く、より強い剥離の力が働く。したがって、このような梁構造の近傍に上記凹部を設けることによって、効果的にガスシール性を向上させることができる。
【００２０】
また、このような燃料電池において、前記凹部は、少なくとも、前記セパレータ上に配設される前記電解質膜の辺の中央部近傍に設けられることとしてもよい。燃料電池を動作させ、燃料電池内のガス流路に圧力の高いガスを供給する際には、上記したように、燃料電池を構成する各部材において上記接着を剥がす方向に働く力が作用するが、特に電解質膜の辺の中央部近傍はこのような力が強く働くため、ここに上記凹部を設けることにより、燃料電池内のガスシール性に対する信頼性を大きく向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本実施例のセパレータ１０の構成を表わす平面図である。以下にまず、セパレータ１０の構成を説明し、その後、このセパレータ１０を備える燃料電池の構成を説明する。
【００２２】
（１）セパレータ１０の構成：
セパレータ１０を備える燃料電池は、後述するようにセパレータ１０を複数積層してなるが、セパレータ１０は、燃料電池内に組み込んだときの積層面が四角形となる板状構造を有している。図１は、この積層面に対応するセパレータ１０の一方の面の様子を表わしている。また、セパレータ１０の他方の面の様子を、図２に示す。
【００２３】
図１に示すように、セパレータ１０は、その周辺部に１０個の孔部を有している。セパレータ１０の一つの角部の近傍には、互いに隣接する２つの酸化ガス供給孔２０が設けられており、この角部に対向する角部の近傍には、互いに隣接する２つの酸化ガス排出孔２１が設けられている。また、セパレータ１０の他の角部の近傍には、互いに隣接する２つの燃料ガス供給孔２２が設けられており、この角部に対向する角部の近傍には、互いに隣接する２つの燃料ガス排出孔２３が設けられている。さらに、２つの燃料ガス排出孔２３の近傍には、より角部に近い領域に冷却水供給孔２５が設けられており、２つの燃料ガス供給孔２２の近傍には、より角部に近い領域に冷却水排出孔２４が設けられている。これらの孔部は、セパレータ１０を用いて燃料電池を構成したときには、後述するように、流体の流路となるマニホールドを形成する。
【００２４】
なお、上記１０個の孔部の内、ガスの給排に関わり互いに隣接する２つの孔部の間は、細い梁状構造によって隔てられている。すなわち、２つずつ隣接して設けられた酸化ガス供給孔２０，酸化ガス排出孔２１，燃料ガス供給孔２２，燃料ガス排出孔２３では、２つの孔部の間にそれぞれ、梁部３３，３４，３５，３６が設けられている。
【００２５】
また、セパレータ１０の一方の面上（図１に表わした側の面上）には、セパレータ１０の周辺部（上記各孔部を取り囲む領域）に比べて凹状に形成されたガス流路形成部２９が設けられている。この流路形成部２９は、略四角形状を成しており、その一辺において既述した２つの酸化ガス供給孔２０と連通している。また、ガス流路形成部２９は、他の一辺において既述した２つの酸化ガス排出孔２１と連通している。なお、図２に示すように、セパレータ１０の他方の面上には、周辺部に比べて凹状に形成されたガス流路形成部３２が設けられている。このガス流路形成部３２もまたガス流路形成部２９と同様に略四角形状を成しており、その一辺において既述した２つの燃料ガス供給孔２２と連通し、他の一辺において既述した２つの燃料ガス排出孔２３と連通している。これら凹状に形成されたガス流路形成部２９，３２は、セパレータ１０を用いて燃料電池を構成したときには、セパレータ１０に隣接する部材（後述するガス拡散電極）との間で所定の空間を形成し、電気化学反応に供するガスを導く流路（単セル内ガス流路）を形成する。
【００２６】
なお、セパレータ１０では、梁部３３の近傍において、２つの酸化ガス供給孔２０と連通するガス流路形成部２９の一辺をその中央部で中断する位置に、梁部３３からガス流路形成部２９内に突出する形状で、突出部８０が設けられている（図１参照）。この突出部８０は、梁部３３に連続して、既述したセパレータ１０の周辺部と同じ高さに形成されている。同様に、梁部３４からガス流路形成部２９内に突出する形状で突出部８１が設けられており、図２に示すセパレータ１０の他方の面では、梁部３５からガス流路形成部３２内に突出する形状で突出部８２が、梁部３６からガス流路形成部３２内に突出する形状で突出部８３が形成されている。これら突出部８０〜８３は、その中央部に、窪み状に形成された係合凹部２７をそれぞれ備えている。
【００２７】
さらに、セパレータ１０には、ガス流路形成部２９，３２に隣接して、電極保持部２８が設けられている。すなわち、セパレータ１０の一方の面上では、ガス流路形成部２９において酸化ガス供給孔２０および酸化ガス排出孔２１と連通する辺とは異なる２辺のそれぞれに沿って、電極保持部２８が設けられており、セパレータ１０の他方の面上では、ガス流路形成部３２において燃料ガス供給孔２２および燃料ガス排出孔２３と連通する辺とは異なる２辺のそれぞれに沿って、電極保持部２８が設けられている。これらの電極保持部２８は、ガス流路形成部２９，３２の底面と、セパレータ１０の周辺部との中間の高さを持つように形成されている。電極保持部２８は、セパレータ１０を含む部材を積層して燃料電池を構成する際に、後述するガス拡散電極を保持するための構造である。
【００２８】
また、セパレータ１０において図１に示した面側には、２つの電極保持部２８に沿って、それぞれの電極保持部２８よりもセパレータ１０の外周部側に、溝状に形成された係合凹部２６が設けられている。この係合凹部２６は、電極保持部２８の形状に沿って、ガス流路形成部２９の角部を覆って「コ」の字型に形成されている。図２に示したセパレータ１０の他面には、ガス流路形成部３２および電極保持部２８よりも外周部側において、ガス流路形成部３２の４つの角部のそれぞれの近傍に、係合凹部３１が設けられている。さらに、それぞれの電極保持部２８の外周側の領域において、梁部３３，３４付近に、係合凹部３０が設けられている。これら係合凹部２６，３０，３１および、既述した係合凹部２７は、燃料電池を組み立てる際にセパレータ１０を含む部材を互いに接着させる構成に関わるものであり、後に詳しく説明する。
【００２９】
なお、図１および図２では、ガス流路形成部２９，３２は、底面が平坦な凹構造のように表わしたが、これらガス流路形成部２９，３２には、実際には、その底面から突出する所定の形状の複数の凸部が設けられている。ガス流路形成部２９，３２に設けられたこのような凸部の一例を図３に示す。図３は、セパレータ１０において、２つの酸化ガス供給孔２０周辺部を拡大した様子を表わす平面図である。図３に示すように、ガス流路形成部２９には、その底面から突出する複数の凸部３７が設けられている。これらそれぞれの凸部３７は、互いに平行に形成され、酸化ガス供給孔２０側から酸化ガス排出孔２１側に向かって直線状に形成されたリブ状の凸部であり、後述する支持板４３と接する領域を除いて、それぞれの高さが略同一となるように形成されている。各々の凸部３７において、支持板４３と接する領域は、他の領域よりも高さが低くなるように形成されており、この領域は段部３７ａとして図３に示した。
【００３０】
図３には、ガス流路形成部２９に設けられた凸部３７のみを示したが、セパレータ１０の他面に形成されたガス流路形成部３２にも、その底面から突出する同様の複数の凸部が設けられている。すなわち、ガス流路形成部３２には、燃料ガス供給孔２２側から燃料ガス排出孔２３に向かって直線状に形成され、互いに平行に形成された複数のリブ状の凸部３７が設けられている。このように、ガス流路形成部２９上に設けたリブ状の凸部３７と、ガス流路形成部３２上に設けたリブ状の凸部３７とは、互いに直交する方向に形成されている。セパレータ１０を用いて燃料電池を構成したときには、これらの凸部は、セパレータ１０に隣接する部材（ガス拡散電極）と接触することによって充分な導電性を確保すると共に、ガス流路形成部２９，３２が形成する上記した単セル内ガス流路を通過するガスを拡散させつつ導いて、単セル内ガス流路を通過するガスを効率よく電気化学反応に供するために働く。したがって、凸部３７の形状は、図３に示した形状とは異なる形状としてもよく、隣接する部材との間で充分な導電性を実現可能であって、形成される単セル内ガス流路を通過するガスを充分に拡散させることができればよい。
【００３１】
なお、図３に示すように、ガス流路形成部２９では、酸化ガス供給孔２０と接する領域において、凸部３７が設けられていない空隙Ｓが形成されている。図示は省略したが、ガス流路形成部２９において酸化ガス排出孔２１と接する領域、ガス流路形成部３２において燃料ガス供給孔２２と接する領域、ガス流路形成部３２において燃料ガス排出孔２３と接する領域においても同様に、凸部３７が設けられていない空隙が形成されている。この空隙は、セパレータを含む部材間の接着に関わる構成であり、後に詳しく説明する。
【００３２】
（２）セパレータ１０を備える燃料電池の構成：
セパレータ１０を備える本発明の燃料電池は、固体高分子型燃料電池であり、単セルを積層してなるスタック構造を有している。図４は、この燃料電池を構成する単セル１５の構成を表わす分解斜視図、図５は、単セル１５を積層してなるスタック構造１８の外観を表わす斜視図である。単セル１５は、電解質膜４０を、アノード４１およびカソード４２（後述する図８参照）で挟持し、このサンドイッチ構造をさらに両側からセパレータ１０で挟持することによって構成されている。このような単セル１５を所定数積層することによって、スタック構造１８が構成される。以下、図４および図５に基づいて、単セル１５およびスタック構造１８について説明する。
【００３３】
電解質膜４０は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。本実施例では、ナフィオン膜（デュポン社製）を使用した。電解質膜４０の表面には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金が担持されている。アノード４１およびカソード４２は、ガス拡散電極である。これらは、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスや、カーボンペーパ、あるいはカーボンフエルトなど、充分なガス拡散性および導電性を有する部材によって構成される。セパレータ１０は、充分な導電性と強度と耐食性とを有する材料によって形成される。本実施例では、カーボン材料をプレス成形することによってセパレータ１０を形成したが、充分な耐食性を実現可能であれば、金属など他の材料によってセパレータ１０を形成することとしてもよい。
【００３４】
セパレータ１０が、電解質膜４０，アノード４１，カソード４２と共に積層されて単セル１５を形成し、さらにスタック構造１８を構成するときには、セパレータ１０上に設けられたガス流路形成部２９，３２は、既述したように、隣接するガス拡散電極との間で単セル内ガス流路を形成する。すなわち、ガス流路形成部２９は、隣接するカソード４２の表面との間に単セル内酸化ガス流路を形成し、ガス流路形成部３２は、隣接するアノード４１の表面との間に単セル内燃料ガス流路を形成する。
【００３５】
単セル１５を積層してスタック構造１８を組み立てるときには、各セパレータ１０が備える２つの酸化ガス供給孔２０は、それぞれ、スタック構造１８内部をその積層方向に貫通する酸化ガス供給マニホールド６０（後述する図６参照）を形成する。また、２つの酸化ガス排出孔２１は、同じく、スタック構造１８内部をその積層方向に貫通する酸化ガス排出マニホールド６１（後述する図６参照）をそれぞれ形成する。さらに、２つの燃料ガス供給孔２２は、同じくスタック構造をその積層方向に貫通する燃料ガス供給マニホールドをそれぞれ形成し、２つの燃料ガス排出孔２３は、燃料ガス排出マニホールドをそれぞれ形成する（図示せず）。スタック構造１８内に形成されたこれらガス流路内でのガスの流れについては、後に詳しく説明する。また、スタック構造１８では、各セパレータ１０が備える冷却水供給孔２５および冷却水排出孔２４は、それぞれ、スタック構造１８内部をその積層方向に貫通する冷却水供給マニホールド、冷却水排出マニホールドを形成する。この冷却水マニホールドは、燃料電池の内部に冷却水を循環させるための構造である。燃料電池の内部では発電に伴って熱が発生するため、燃料電池の内部を所定の温度範囲に保つため、このような構造が設けられている。
【００３６】
以上説明した各部材を備えるスタック構造１８を組み立てるときには、セパレータ１０、アノード４１、電解質膜４０、カソード４２、セパレータ１０の順序で順次重ね合わせ、所定の数の単セル１５を積層する。さらに、その両端に集電板４４、絶縁板４５、エンドプレート４６を順次配置して図５に示すスタック構造１８を完成する。
【００３７】
集電板４４は、緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材によって形成され、絶縁板４５は、ゴムや樹脂等の絶縁性部材によって形成され、エンドプレート４６は、剛性を備えた鋼等の金属によって形成されている。また、２枚の集電板４４にはそれぞれ出力端子４７が設けられており、スタック構造１８によって構成される燃料電池で生じた起電力を出力可能となっている。なお、エンドプレート４６、絶縁板４５、集電板４４には、互いに対応する位置に、複数の孔部が設けられている。例えば、エンドプレート４６には、孔部５０〜５５が設けられている（図５参照）。
【００３８】
孔部５０、および、絶縁板４５と集電板４４においてこれに対応して設けられた孔部は、スタック構造１８を構成したときには、既述した酸化ガス供給マニホールド６０（各セパレータ１０が備える２つの酸化ガス供給孔２０によって形成される）に連通するガス流路を形成する。また、孔部５１、および、絶縁板４５と集電板４４においてこれに対応して設けられた孔部は、スタック構造１８を構成したときには、既述した酸化ガス排出マニホールド６１（各セパレータ１０が備える２つの酸化ガス排出孔２１によって形成される）に連通するガス流路を形成する。同じく、孔部５２、および、絶縁板４５と集電板４４においてこれに対応して設けられた孔部は、燃料ガス供給マニホールド（各セパレータ１０が備える２つの燃料ガス供給孔２２によって形成される）に連通するガス流路を形成し、孔部５３、および、絶縁板４５と集電板４４においてこれに対応して設けられた孔部は、燃料ガス排出マニホールド（各セパレータ１０が備える２つの燃料ガス排出孔２３によって形成される）に連通するガス流路を形成する。また、孔部５３、および、絶縁板４５と集電板４４においてこれに対応して設けられた孔部は、スタック構造１８を構成したときには、既述した冷却水供給マニホールド（各セパレータ１０が備える冷却水供給孔２５によって形成される）に連通する冷却水流路を形成する。さらに、孔部５４、および、絶縁板４５と集電板４４においてこれに対応して設けられた孔部は、既述した冷却水排出マニホールド（各セパレータ１０が備える冷却水排出孔２４によって形成される）に連通する冷却水流路を形成する。
【００３９】
スタック構造１８からなる燃料電池を動作させるときには、エンドプレート４６が備える孔部５２と図示しない燃料ガス供給装置とが接続され、水素リッチな燃料ガスが燃料電池内部に供給される。同様に、燃料電池を動作させるときには、孔部５０と図示しない酸化ガス供給装置とが接続され、酸素を含有する酸化ガス（空気）が燃料電池内部に供給される。ここで、燃料ガス供給装置と酸化ガス供給装置は、それぞれのガスに対して所定量の加湿および加圧を行なって燃料電池に供給する装置である。また、燃料電池を動作させるときには、孔部５３と図示しない燃料ガス排出装置とが接続され、孔部５１と図示しない酸化ガス排出装置とが接続される。なお、燃料ガスとしては、炭化水素を改質して得た水素リッチガスの他、純度の高い水素ガスを用いることとしても良い。さらに、燃料電池を動作させるときには、孔部５５と図示しない冷却水供給装置とが接続され、孔部５４と図示しない冷却水排出装置とが接続される。これによって、燃料電池内で発生した熱が、冷却水によって燃料電池外部に排出される。
【００４０】
スタック構造１８を構成するときの各部材の積層順序は既述した通りであるが、電解質膜４０の周辺部には、セパレータ１０と接する領域において、接着剤から成る接着層が設けられる。この接着層は、所定の部材同士を接着剤によって接着することで、各単セル内部から燃料ガスおよび酸化ガスが漏れ出すのを防ぐと共に、スタック構造１８内において燃料ガスと酸化ガスとが混合してしまうのを防止する役割を果たす。この電解質膜４０およびセパレータ１０の接着に関わる構成は後に詳しく説明する。
【００４１】
以上説明した各部材からなるスタック構造１８は、その積層方向に所定の押圧力がかかった状態で保持され、燃料電池が完成する。スタック構造１８を押圧する構成については、本発明の要部とは直接関わらないため図示は省略した。
【００４２】
なお、セパレータ１０と共に積層される電解質膜およびガス拡散電極の、セパレータ１０上での積層位置を、図１および図２において、それぞれ領域Ｍおよび領域Ｅとして示した。各部材を積層する際には、まず、触媒を担持させた電解質膜４０をアノード４１およびカソード４２で挟持して、これらを圧着などにより一体化する。これら一体化した電解質膜とガス拡散電極とをセパレータ１０上の所定の位置に配設し、さらにもう１枚のセパレータ１０を積層する。このような積層時に、セパレータ１０上で電解質膜４０によって覆われる領域を領域Ｍと示した。また、このような積層時に、ガス拡散電極が配設される部位を、領域Ｅと示した。
【００４３】
次に、以上のような構成を備えた燃料電池における酸化ガスおよび燃料ガスの流れについて説明する。最初に、酸化ガスについて説明する。図６は、スタック構造１８内での酸化ガスの流れを立体的に表わす説明図である。既述したように、燃料電池外部に設けられた酸化ガス供給装置は、エンドプレート４６に設けられた孔部５０に接続され、酸化ガス供給装置から供給される酸化ガスは、絶縁板４５、集電板４４に設けられた既述した孔部を介して、酸化ガス供給マニホールド６０内に導入される。なお、ここで、酸化ガス供給マニホールド６０とは、２つの酸化ガス供給孔２０が形成する２本のマニホールドを総称するものであり、上記酸化ガス供給装置から供給される酸化ガスは、スタック構造１８の入口部で二分されて、上記２本のマニホールドのいずれかに導入される。
【００４４】
酸化ガス供給マニホールド６０内を通過する酸化ガスは、各単セル１５において、各セパレータ１０が備えるガス流路形成部２９と隣接するカソード４２との間に形成される単セル内酸化ガス流路（図６では流路６２として表わす）内に導かれる。これら単セル内酸化ガス流路に導かれた酸化ガスは、各単セルにおいて電気化学反応に供されるが、反応に関与しなかった残りの燃料ガスは、セパレータ１０に設けられた酸化ガス排出孔２１によって形成される酸化ガス排出マニホールド６１に排出される（酸化ガス排出マニホールド６１もまた、２つの酸化ガス排出孔が形成する２本のマニホールドを総称するものである）。なお、図６では、単セル内酸化ガス流路における酸化ガスの流れは、スタック構造１８の中で３カ所のみ示したが、実際にはすべての単セル１５において、内部に形成される単セル内酸化ガス流路でこのようにガスが流れる。酸化ガス排出マニホールド６１では、酸化ガス供給マニホールド６０とは逆向きに酸化ガスが通過しながら、各単セル内に形成された単セル内酸化ガス流路から排出される酸化ガスが合流する。このような酸化ガスは、エンドプレート４６に設けられた孔部５１と、これに対応して集電板４４および、絶縁板４５に設けられた孔部とを介して、孔部５１に接続する酸化ガス排出装置に排出される。
【００４５】
以上、スタック構造１８内における酸化ガスの流れについて説明したが、スタック構造１８内における燃料ガスの流れについても同様である。すなわち、燃料ガスの流れは、図６に基づいた上記説明において、２つの酸化ガス供給孔２０によって形成される酸化ガス供給マニホールド６０を、２つの燃料ガス供給孔２２によって形成される燃料ガス供給マニホールドに、２つの酸化ガス排出孔２１によって形成される酸化ガス排出マニホールド６１を、２つの燃料ガス排出孔２３によって形成される燃料ガス排出マニホールドに、ガス流路形成部２９が形成する単セル内酸化ガス流路を、ガス流路形成部３２が形成する単セル内燃料ガス流路に、孔部５０を孔部５２に、孔部５１を孔部５３に、酸化ガス供給装置を燃料ガス供給装置に、酸化ガス排出装置を燃料ガス排出装置に読み替えればよい。
【００４６】
なお、本実施例の燃料電池では、スタック構造１８内に、セパレータ１０に加えて、セパレータ１０と並行に配設される板状部材であって、その表面に形成される凹凸形状によって冷却水流路を形成する冷却水セパレータを、所定数の積層された単セルごとに配設されている。この冷却水セパレータが形成する冷却水流路は、既述した冷却水供給孔２５が形成する冷却水供給マニホールドから冷却水の供給を受け、冷却水排出孔２４が形成する冷却水排出マニホールドに冷却水を排出するが、冷却水に関するこれ以上の説明は省略する。
【００４７】
（３）単セル内ガス流路へガスが流出入する部位の構成：
次に、単セル内ガス流路にガスが流出入する部位の構成について説明する。本実施例の燃料電池では、セパレータ１０を含む部材を積層する際に、セパレータ１０上の所定の位置に、電解質膜４０を支持するための支持板４３を配設する。図７は、セパレータ１０上において支持板４３を配設する位置、および、支持板４３の形状を表わす説明図である。
【００４８】
図７（Ａ）は、セパレータ１０上において支持板４３を配設する位置を表わし、支持板４３を配設する位置を、ハッチを付した領域Ｐで示した。図７（Ｂ）は、支持板４３の形状を表わす平面図であり、図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）のＢ−Ｂ断面のようすを表わす断面図である。図７（Ａ）に示すように、支持板４３は、流路形成部２９上において、２つの酸化ガス供給孔２０と接する辺に沿って、流路形成部２９が備える既述した凸部３７上に配設される（図３参照）。
【００４９】
支持板４３は、肉厚部５７と肉薄部５８とからなり、肉厚部５７が酸化ガス供給孔２０側となるように配設される。支持板４３が流路形成部２９上の所定の位置にはめ込まれると、支持板４３の肉厚部の上面は、セパレータ１０の周辺部と同じ高さとなり、支持板４３の肉薄部の上面は、既述した電極保持部２８と同じ高さとなる。なお、図７（Ａ）には、支持板４３が配設される位置として、流路形成部２９上であって、酸化ガス供給孔２０と接する辺に沿った領域を示したが、流路形成部２９上であって酸化ガス排出孔２１と接する辺に沿った同様の領域、流路形成部３２上であって燃料ガス供給孔２２と接する辺に沿った同様の領域、流路形成部３２上であって燃料ガス排出孔２３と接する辺に沿った同様の領域にも、それぞれ支持板４３は配設される。なお、燃料電池の組み立て時には、これらの支持板４３は、既述した電解質膜およびガス拡散電極を積層するのに先立って、それぞれのセパレータ１０上の所定の位置にはめ込まれ固定される。
【００５０】
図８は、積層された単セル１５において、支持板４３が配設された領域の周辺の様子を表わす断面図である。この図８は、図１に示したセパレータ１０におけるＡ−Ａ断面に対応する断面であって、酸化ガス供給孔２０が形成する酸化ガス供給マニホールド６０の近傍の様子を表わす。既述したように、各マニホールドから単セル内ガス流路にガスが流出入する領域では、ガス流路形成部に設けられた凸部上に支持板４３が配設されるが、図８では、酸化ガス供給孔２０が形成する酸化ガス供給マニホールド６０から、単セル内酸化ガス流路に酸化ガスが流入する領域に配設された支持板４３を示した。
【００５１】
既述したように、支持板４３をセパレータ１０上に配設すると、支持板４３の肉厚部５７の上面は、セパレータ１０の周辺部と同じ高さになるが、この肉厚部５７の上面は、隣接するセパレータ１０と共に電解質膜４０を挟み込んで支持する。なお、ガス流路形成部２９上に設けられた各々の複数の凸部３７は、支持板４３によって覆われる領域（図７（Ａ）では領域Ｐで示した）内では、他の領域にに比べて高さが低くなるよう形成されている（既述した段部３７ａ）。すなわち、ガス流路形成部２９上の所定の位置に支持板４３をはめ込むと、支持板４３に覆われる領域に形成された凸部３７（段部３７ａ）の高さと支持板４３の肉薄部５８の厚さとを合わせた高さが、他の領域に形成された凸部３７の高さに等しくなるように形成されている。そのため、ガス拡散電極を図１に示した領域Ｅ内に配設すると、ガス拡散電極の４辺のうちの対向する所定の２辺の近傍領域は支持板４３の肉薄部５８に支持され、ガス拡散電極の他の２辺の近傍領域はセパレータ１０上に形成された電極保持部２８に支持され、周辺部以外の他の領域は凸部３７の上面に支持されて、単セル１５内で真っ直ぐな状態で保持することが可能となる。
【００５２】
酸化ガス供給マニホールド６０内を通過する酸化ガスが各単セル内酸化ガス流路に分配される際に、酸化ガスが各単セル内酸化ガス流路に流入する開口部６５を図８に示した。この開口部６５は、セパレータ１０上に形成されたガス流路形成部２９の端部と、支持板４３における肉厚部５７側の下面端部によって形成される。この開口部６５の近傍を図８における矢印Ｃ側から見た様子を、図９に示す。なお、図９は、断面ではなく部材端部の外観を表わすが、図８に示した部材に対応する部材には、図８と同じハッチを付して表わした。
【００５３】
図３に示したように、ガス流路形成部２９には空隙Ｓが設けられており、酸化ガス供給マニホールドから単セル内酸化ガス流路への酸化ガスの流入部付近には、凸部３７が設けられていない。したがって、酸化ガスの流入口である開口部６５は、空隙Ｓが設けられている領域に対応する長さにわたって開口している。開口部６５から流入した酸化ガスは、単セル内酸化ガス流路を通過して、酸化ガス排出マニホールドとの接続部に設けられる同様の開口部から、酸化ガス排出マニホールドに排出される。
【００５４】
なお、図９では記載を省略しているが、開口部６５の内部には、実際には、空隙Ｓを隔てた位置に設けられた凸部３７の側面が見える。また、図９では、支持板４３に隣接する電解質膜４０が表わされているが、燃料電池の組み立ての際には、支持板４３と、電解質膜４０を介してこれと隣接するセパレータ１０との間には、接着剤から成る既述した接着層が形成されるため、図９において電解質膜４０が示されている層には、実際には接着層が見えることになる。
【００５５】
（４）各部材を接着する際の動作と、接着に関わる構造：
以下に、燃料電池を組み立てるために各部材を接着する際の動作、および、この接着に関わる構造について説明する。図１０は、セパレータ１０を含む所定の部材間に、液状またはゲル状等の接着剤７０を塗布して接着を行なう動作を表わす説明図である。接着を行なう際には、まず、セパレータ１０上の所定の位置に支持板４３を嵌め込み、図１に表わした領域Ｍの周辺部に接着剤７０を塗布する。その後、このセパレータ１０上に、ガス拡散電極で挟持した電解質膜４０を載せる。その際、ガス拡散電極を領域Ｅ内にはめ込むと共に、電解質膜４０が領域Ｍ上に重なるようにする。さらに、このセパレータ１０上に載せた電解質膜４０の周辺部に接着剤７０を塗布し、この上からもう一枚のセパレータ１０を位置を合わせて重ね合わせると、図１０に示す状態となる。ここで、図１０中に示した矢印方向（積層方向）に押圧力を加えて、単セル１５を構成する部材間の接着を行なう。
【００５６】
このような接着を行なう際には、部材間のシール性を充分に確保するために、充分量の接着剤７０を塗布する。したがって、部材間に上記押圧力を加えると、接着層を形成しない残りの接着剤は部材間からはみ出す。図１１は、部材間に上記押圧力を加えた後の様子を表わす説明図である。セパレータ１０と支持板４３の間、および、隣り合うセパレータ１０間に接着層７２が形成されると共に、接着された部材の端部には、はみ出し部７３が生じる。
【００５７】
なお、既述したように、セパレータ１０の表面には、係合凹部２６，２７，３０，３１が設けられているが、これらの係合凹部は、その内部に液状の接着剤７０を保持することによって、接着層７２の接着強度を高めるための構造である。すなわち、これらの係合凹部は、セパレータ１０上で接着剤７０が塗布される領域（電解質膜４０の端部が位置する場所の近傍）に設けられており、セパレータ１０上に接着剤７０が塗布されると、液状の接着剤はこれら係合凹部内に入り込み、入り込んだ接着剤７０は接着層７２の形成時にそのまま固まる。したがって、接着層７２とセパレータ１０間の接触面積が増大し、接着層７２はこの係合凹部においてより強くセパレータ１０と係合する。
【００５８】
以上のように構成した本実施例の燃料電池によれば、セパレータ１０上に形成したガス流路形成部２９上において、酸化ガス供給孔２０と隣接する領域に、凸部３７を有しない空隙Ｓを設け、酸化ガス供給マニホールドから単セル内酸化ガス流路に酸化ガスが流入する部位に開口部６５を形成することとした。このように空隙Ｓを設けることにより、開口部６５は、仕切を持たずに横長に広く開口する形状となる。したがって、燃料電池の組み立て時に部材間の接着を行なう際に、部材間からはみ出した接着剤が、マニホールドから単セル内ガス流路へのガスの入口部を塞いでしまうのを防ぐことができる。
【００５９】
図１２に示した従来知られるセパレータ１１０のように、ガス供給孔あるいはガス排出孔と接する領域にまで、単セル内ガス流路を形成するための凹凸構造が設けられている場合には、上記マニホールドから単セル内ガス流路へのガスの入口部には、複数の小さな開口部が並んで形成されることになる（図１２の開口部１６５参照）。このような場合には、既述したように、液状の接着剤がこの開口部に接触すると、液状の接着剤は表面張力を発生して開口部を塞ぎ、単セル内ガス流路内部に液状の接着剤が入り込んでしまうおそれがあった。本実施例のように、ガス流路形成部上において、ガスマニホールドと接触する領域に空隙Ｓを設けて、仕切が無く広く開口する開口部６５を設けることによって、液状の接着剤が接触しても、液状の接着剤が生じる表面張力によって開口部が塞がれてしまうのを効果的に防止することができる。
【００６０】
なお、接着時に部材間からはみ出した液状接着剤が開口部に接触しても、接着剤が単セル内流路に入り込むのを充分に防止可能な開口部の大きさは、確実にシール性を実現できる充分量として定めたセパレータ上に塗布する液状接着剤の量（はみ出す接着剤の量）と、この接着剤の粘性と、支持板４３の厚み（接着剤がはみ出す部位と入り込む部位との距離）などに応じて定まる。本実施例では、開口部６５は、一つの酸化ガス供給マニホールド６０と単セル内酸化ガス流路との接続部において、この所定の酸化ガス供給マニホールドから酸化ガスが流れ込むことができる全域にわたって開口することとした。すなわち、図３に示した各空隙Ｓの幅に相当する幅を有する開口部６５を設けた。このような構成とすることで、開口部を大きく形成して接着剤が入り込むのを防止する効果をより大きくすることができる。
【００６１】
なお、このように、仕切を有しない開口部６５を形成する構成は、複数の凸部３７を備える流路形成部を形成する際に、マニホールドと単セル内ガス流路との接続部位に接して空隙Ｓを設けて、この領域内には凸部３７を設けないことにより容易に実現可能であって、凹凸形状の複雑化などを伴わないため、製造工程が煩雑化するおそれがない。なお、空隙Ｓを設けることによって、酸化ガス供給孔２０において流路形成部に接する辺と、最も酸化ガス供給孔２０寄りに形成された凸部３７との間に所定の距離が設けられているため、液状の接着剤が開口部６５に到達した場合にも、これが上記最も酸化ガス供給孔２０よりに形成された凸部３７が形成する単セル内ガス流路にまで入り込んで、この流路を塞いでしまうのを防止することができる。なお、開口部６５の幅は、液状の接着剤が内部に入り込んでしまうのを充分に防止可能であれば良く、一つのマニホールドと単セル内ガス流路との接続部位に、複数の開口部が設けられても良い。
【００６２】
また、上記実施例の燃料電池によれば、セパレータ１０上において、接着剤を塗布する領域に係合凹部を設けたため、接着剤による接着性を高め、燃料電池内部のシール性に対する信頼度を高めることができる。燃料電池の運転を行なう際には、燃料電池に供給される各ガスによって、燃料電池内のガス流路には高い圧力がかかり、燃料電池を構成する各部材にも強い力が働く。このような力が働くと、強度的に不十分な部位は損傷を受けやすくなるが、上記のように係合凹部を設けて接着剤による接着性を高めることにより、接着層７２に上記したような力が作用しても、接着層７２が損傷されるのを防ぎ、充分なシール性を確保することができる。
【００６３】
本実施例のセパレータ１０では特に、電解質膜４０が配設されたときにその角部が位置する部位の近傍と、セパレータ１０が備える梁部の近傍（および、本実施例のセパレータ１０では、この梁部の近傍と同じ位置を指すことになるが、電解質膜４０が配設されたときにその辺の中央部近傍）とに係合凹部を設けることとした。これは、燃料電池の運転中に燃料電池を構成する各部材で発生する応力をＦＥＭ（有限要素法）解析し、特に電解質膜４０の角部の近傍およびセパレータ１０が備える梁部の近傍（電解質膜４０の辺の中央部近傍）において、接着層７２を剥離しようとする応力が強く働くという知見を得た結果に基づくものであり、このような部位に係合凹部を設けることによって効果的に接着層７２によるシール性を確保することができる。
【００６４】
なお、上記実施例において、セパレータ１０のそれぞれの面では異なる形状の係合凹部を設けることとしたが、両面に設ける係合凹部の形状は同一としても良い。図２に示す係合凹部２７，３０，３１のように、電解質膜の角部が位置する領域と梁部の近傍とに係合凹部を設けることにより、上記した効果を充分に得ることができる。
【００６５】
また、上記実施例の燃料電池は、この燃料電池が備える支持板４３が、電解質膜４０を支持する肉厚部５７と、ガス拡散電極を支持する肉薄部５８とを連続して形成して成るため、燃料電池の強度（燃料電池の耐久性）を向上させることができる。すなわち、このような構成の支持板４３を設けることによって、燃料電池を構成する部材の中で最も機械的強度の劣る電解質膜を充分に保護することが可能となる。電解質膜４０は、アノード４１およびカソード４２と接触する領域では、これら平板状のガス拡散電極によって充分な接触面で挟持されることで、充分な強度を確保する。また、電解質膜４０は、その周辺部の領域では、セパレータ１０と支持板４３とによって充分な接触面で挟持されることで、充分な強度を確保する。ここで、電解質膜４０における上記２つの領域に挟まれた領域は、他の部材と接触していないが、一方の側はセパレータ１０の電極保持部２８によって包囲され、他方の側は支持板４３の肉薄部５８によって包囲される（図８参照）。したがって、このような構造によって単セル内燃料ガス流路と単セル内酸化ガス流路との間のガス圧差が抑えられ、電解質膜４０が損傷されるのを防ぐことができる。
【００６６】
このような支持板４３の形状は、電解質膜の周辺部を支持する領域と、ガス拡散電極を支持する領域とが連続して形成され、周辺部材の厚みや段差に応じた段差を備えていれば良く、このような構成とすることによって、他の部材によって支持されない電解質膜の領域を包囲して、電解質膜のこの領域をガス圧差から充分に保護することができる。
【００６７】
なお、本実施例では、支持板４３は樹脂によって形成した。充分な耐熱性や強度や安定性を有していれば他の材料によって形成しても構わないが、樹脂は安定性に優れるため、金属のように燃料電池の動作環境中でイオンを発生してしまうおそれが無く、このように生じたイオンの電池反応への影響を考慮する必要がないため望ましい。さらに、樹脂により支持板４３を形成する場合には、支持板４３を形成する樹脂材料中にさらにガラス繊維などを混合し、機械的強度をさらに向上させることとしてもよい。
【００６８】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる様態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例におけるセパレータ１０の一方の面の様子を表わす平面図である。
【図２】セパレータ１０の他方の面の様子を表わす平面図である。
【図３】セパレータ１０の一部を拡大して示す説明図である。
【図４】単セル１５の構成を表わす分解斜視図である。
【図５】スタック構造１８の外観を表わす斜視図である。
【図６】スタック構造１８内での酸化ガスの流れを立体的に表わす説明図である。
【図７】支持板４３を配設する位置、および、支持板４３の形状を表わす説明図である。
【図８】積層された単セル１５の様子を表わす断面図である。
【図９】開口部６５近傍の様子を表わす説明図である。
【図１０】接着剤７０を塗布して接着を行なう動作を表わす説明図である。
【図１１】接着の動作を行なった後の様子を表わす説明図である。
【図１２】従来知られるセパレータ１１０を用いた燃料電池の構成を表わす分解斜視図である。
【符号の説明】
１０…セパレータ
１５…単セル
１８…スタック構造
２０…酸化ガス供給孔
２１…酸化ガス排出孔
２２…燃料ガス供給孔
２３…燃料ガス排出孔
２４…冷却水排出孔
２５…冷却水供給孔
２６，２７，３０，３１…係合凹部
２８…電極保持部
２９，３２…ガス流路形成部
３３，３４，３５，３６…梁部
３７…凸部
４０…電解質膜
４１…アノード
４２…カソード
４３…支持板
４４…集電板
４５…絶縁板
４６…エンドプレート
４７…出力端子
５０〜５５…孔部
５７…肉厚部
５８…肉薄部
６０…酸化ガス供給マニホールド
６１…酸化ガス排出マニホールド
６２…流路
６５…開口部
７０…接着剤
７２…接着層
７３…はみ出し部
８０〜８３…突出部
１１０…セパレータ
１１５…単セル
１２０，１２１…酸化ガス孔
１２２，１２３…燃料ガス孔
１４０…電解質膜
１４１…電極
１４３…プレート
１６５…開口部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell, and in particular, to a fuel cell that receives supply of a hydrogen-containing fuel gas and an oxygen-containing oxidizing gas and obtains an electromotive force by an electrochemical reaction.
[0002]
[Prior art]
The polymer electrolyte fuel cell is known as an advantageous fuel cell because it has a relatively low operating temperature and can form all members including an electrolyte from solids, and various improvements have been attempted. FIG. 12 is an exploded perspective view showing a configuration of a fuel cell using a separator 110 as an example of a conventionally known fuel cell. In such a fuel cell, a single cell 115 is formed by sandwiching a structure in which an electrolyte membrane 140 is sandwiched between two electrodes 141 from both sides by two separators 110 from both sides. A fuel cell is formed by stacking a plurality of 115.
[0003]
The surface of the separator 110 is provided with a concavo-convex shape that forms a gas flow path in the single cell between adjacent members in the single cell. The concavo-convex shape on one surface of the separator 110 forms a gas flow path in the single cell that allows the fuel gas to pass therethrough, and the concavo-convex shape on the other surface forms a gas flow path in the single cell that allows the oxidant gas to pass through. Further, the separator 110 includes two oxidizing gas holes 120 and 121 and two fuel gas holes 122 and 123. These holes are stacked in the stacking direction when the separator 110 is stacked. And forming a fuel gas manifold and an oxidizing gas manifold. These gas manifolds have a structure for distributing the gas supplied from the outside to the gas flow paths in each single cell or for guiding the gas discharged from the gas flow paths in each single cell to the outside.
[0004]
When a fuel cell is configured by laminating these members, the electrolyte membrane 140 is disposed on the separator 110 on a region M surrounded by a broken line in the drawing. Therefore, the end portion of the electrolyte membrane 140 is located in the vicinity of the connection portion (gas inflow portion) between each gas manifold and the gas flow path in the single cell in the fuel cell. In such a fuel cell, since the electrolyte membrane 140 is a member on a thin membrane, the end portion of the electrolyte membrane 140 sags into the concave and convex portions formed on the separator 110 during operation of the fuel cell. There is a fear, however, in order to solve such a problem, a configuration in which a support plate (plate 143 in FIG. 12) is already arranged in the vicinity of the connection portion with the gas manifold in the region where the uneven shape of the separator is formed. It has been proposed (for example, JP-A-9-35726). By disposing a structure such as the plate 143, the electrolyte membrane 140 is prevented from sagging in the concave portion, thereby preventing the gas inflow state in the gas inflow portion from becoming uneven and the gas sealing performance from being impaired. be able to.
[0005]
In a fuel cell, it is known to use a liquid adhesive as a method for ensuring gas sealing performance between the separator and the electrolyte membrane. The liquid adhesive is used as the plate 143 and the electrolyte membrane. By applying between 140 and 140, gas sealing performance in the vicinity of the gas inflow portion can be easily secured. The liquid adhesive may be applied in a predetermined amount and then a predetermined pressing force may be applied between the members to be bonded.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Furthermore, the fuel cell has been repeatedly improved for further miniaturization, and the thickness of each member including the separator has been reduced. By making the member including such a separator thinner, a new problem has arisen in the structure of the gas seal in the gas inflow portion. That is, a plurality of openings are formed in the gas inflow part by the uneven shape provided in the separator and the plate (see the opening 165 in FIG. 12), but when the fuel cell is assembled, the liquid adhesion is performed. When the members are bonded using the agent, the liquid adhesive protruding from between the bonded members may enter the opening and block the gas flow path. When a liquid comes into contact with such an opening, the liquid generates a surface tension and is easily drawn into the inside (inside the flow path in the single cell) and stays in the gas inflow portion. The ease with which the liquid adhesive enters the gas inflow portion depends on the size of the opening, but the channel becomes more easily blocked as the separator becomes thinner and the opening becomes smaller. Further, when assembling the fuel cell having the configuration shown in FIG. 12, the adhesive is usually applied between the plate 143 and the electrolyte membrane 140, and the electrolyte membrane 140, which may protrude from the adhesive, is used. There is a distance between the periphery and the opening as much as the thickness of the plate 143. However, by reducing the thickness of the plate 143 as the separator becomes thinner, this distance also becomes smaller and the risk of the adhesive entering. Increased.
[0007]
When the adhesive enters the opening as described above, it is necessary to remove the adhesive that has entered after the bonding of the members, resulting in a complicated manufacturing process. Further, it is difficult to reduce the amount of the adhesive to be used from the viewpoint of sufficiently ensuring the gas sealing performance described above so that the adhesive does not enter.
[0008]
The fuel cell of the present invention has been made for the purpose of solving such problems and preventing the adhesive from entering the gas flow path when the gas sealing property is secured with the liquid adhesive, and has the following configuration. It was.
[0009]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
The fuel cell according to the present invention comprises a single cell composed of a member including an electrolyte membrane and a separator having a concavo-convex portion for forming a gas flow path in the single cell on the surface, and a plurality of the single cells are laminated. A fuel cell having a stack structure,
A support member is disposed on the outer edge portion of the region where the uneven portion is formed on the separator surface, where the opening portion serving as the inlet portion or the outlet portion of the gas flow path in the single cell is formed. ,
Adhering the support member disposed on the separator and another separator with a liquid adhesive with the outer edge of the electrolyte membrane interposed therebetween,
The opening has a size that prevents the liquid adhesive protruding from between the other separator and the support member from entering the gas flow path in the single cell from the opening when the bonding is performed. The gist is that it is formed into a shape.
[0010]
According to such a fuel cell, it is supported on the outer edge portion of the region where the concavo-convex portion is formed on the separator surface, and the portion where the opening portion serving as the inlet portion or the outlet portion of the gas flow path in the single cell is formed. A liquid adhesive that protrudes from between the other separator and the support member when the member is disposed and the support member and the other separator are bonded with the liquid adhesive with the outer edge of the electrolyte membrane interposed therebetween However, it can prevent entering into the gas flow path in a single cell from the said opening part.
[0011]
In such a fuel cell, the size or shape of the opening is based on at least one of the viscosity of the liquid adhesive, the thickness of the support member, and the amount of the liquid adhesive used. It is desirable to be formed.
[0012]
In the fuel cell of the present invention, the opening may not have a partition. Providing an opening that does not have a partition is easily realized by providing a gap that does not have a convex structure adjacent to the portion where the opening is provided in the region where the uneven portion is formed on the separator surface. It is possible and can effectively prevent the adhesive from entering.
[0013]
Furthermore, in the fuel cell of the present invention,
A gas diffusion electrode disposed between the electrolyte membrane and the separator, and in contact with the electrolyte membrane in a region excluding an outer edge of the electrolyte membrane;
The support member includes a first region that sandwiches the electrolyte membrane together with the other separator, a second region that is sandwiched between the separator and an outer edge portion of the gas diffusion electrode, and the first and second It is good also as consisting of a 3rd area | region which mutually connects an area | region.
[0014]
According to such a fuel cell, there is no member in contact with and supporting the electrolyte membrane between the region sandwiched between the separator and the support member and the region supported by the gas diffusion electrode in the electrolyte membrane. Even if there is a region, the electrolyte membrane in this region is surrounded and protected by the support member and the gas diffusion electrode. As a result, even if there is a difference in the pressure of the gas supplied to each surface side of the electrolyte membrane, due to the pressure difference of the gas with respect to the electrolyte membrane in the region where the supporting member does not exist The applied force is reduced, and the electrolyte membrane can be prevented from being damaged in the region. Such a support member connects the first region and the second region by providing a step corresponding to the thickness of the gas diffusion electrode or the step of the uneven portion provided on the separator. What is necessary is just to form.
[0015]
In the fuel cell of the present invention, the separator includes a recess on the surface where the liquid adhesive can flow in a region where the outer edge of the electrolyte membrane is sandwiched between the separator and the other separator. It is good.
[0016]
With such a configuration, when the members including the separator are bonded using the liquid adhesive, the liquid adhesive flows into the recess, and the contact area between the adhesive and the separator increases. Increases the adhesive strength of the adhesive. Therefore, the gas sealing property in the outer edge part of the electrolyte membrane can be improved.
[0017]
In such a fuel cell, the recess may be provided at least in the vicinity of a portion where a corner of the electrolyte membrane disposed on the separator is located. When a fuel cell is operated and a gas having a high pressure is supplied to a gas flow path in the fuel cell, a force acting in the direction of peeling off the adhesion acts on each member constituting the fuel cell. Since such a force acts strongly in the vicinity of the portion where the corner portion is located, providing the recess here can greatly improve the reliability of the gas sealing property in the fuel cell.
[0018]
Also, such a fuel cell
A plurality of manifolds are provided as manifolds that supply the gas to the gas flow paths in each single cell, or manifolds into which the gas discharged from the gas flow paths in each single cell flows. At least two of the manifolds are disposed adjacent to each other along the outer edge of the electrolyte membrane,
The concave portion may be provided at least in the vicinity of a member that separates the adjacent manifolds.
[0019]
The area where the two manifolds are adjacent is also a part where the force acting in the direction of peeling off the above-mentioned adhesion in each member due to the pressure of the gas passing through the gas flow path in the fuel cell is large. Providing the recess in the vicinity can greatly improve the reliability of the gas sealing property in the fuel cell. In particular, when the manifold is formed by the holes provided in each of the separators to be stacked, the separator is provided with two holes separated by a thin beam-like structure in order to form adjacent manifolds. . In the vicinity of such a beam-like structure, it is easy to receive a particularly strong force when a high-pressure gas passes through the manifold, and a stronger peeling force acts. Therefore, by providing the concave portion in the vicinity of such a beam structure, the gas sealing performance can be effectively improved.
[0020]
Further, in such a fuel cell, the recess may be provided at least near the center of the side of the electrolyte membrane disposed on the separator. When the fuel cell is operated and a gas having a high pressure is supplied to the gas flow path in the fuel cell, as described above, a force acting in the direction of peeling the adhesion acts on each member constituting the fuel cell. In particular, since such a force acts strongly in the vicinity of the central portion of the side of the electrolyte membrane, providing the concave portion here can greatly improve the reliability of the gas sealing property in the fuel cell.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In order to further clarify the configuration and operation of the present invention described above, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the separator 10 of this embodiment. Below, the structure of the separator 10 is demonstrated first, and the structure of a fuel cell provided with this separator 10 is demonstrated after that.
[0022]
(1) Configuration of separator 10:
A fuel cell including the separator 10 is formed by laminating a plurality of separators 10 as will be described later. The separator 10 has a plate-like structure in which a laminated surface is a square when incorporated in a fuel cell. FIG. 1 shows a state of one surface of the separator 10 corresponding to this laminated surface. Moreover, the mode of the other surface of the separator 10 is shown in FIG.
[0023]
As shown in FIG. 1, the separator 10 has ten holes on the periphery thereof. Two oxidant gas supply holes 20 adjacent to each other are provided in the vicinity of one corner of the separator 10, and two oxidant gas discharge holes adjacent to each other in the vicinity of the corner opposite to the corner. 21 is provided. Two fuel gas supply holes 22 adjacent to each other are provided in the vicinity of the other corner of the separator 10, and two fuel gases adjacent to each other are provided in the vicinity of the corner facing the corner. A discharge hole 23 is provided. Further, in the vicinity of the two fuel gas discharge holes 23, a cooling water supply hole 25 is provided in a region closer to the corner, and in the vicinity of the two fuel gas supply holes 22, a region closer to the corner. Is provided with a cooling water discharge hole 24. These holes, when a fuel cell is configured using the separator 10, form a manifold that serves as a fluid flow path, as will be described later.
[0024]
Of the ten holes, two holes adjacent to each other related to gas supply / discharge are separated by a thin beam-like structure. That is, in the oxidizing gas supply hole 20, the oxidizing gas discharge hole 21, the fuel gas supply hole 22, and the fuel gas discharge hole 23 that are provided adjacent to each other, the beam portions 33 and 34 are respectively provided between the two hole portions. , 35, 36 are provided.
[0025]
Further, on one surface of the separator 10 (on the surface on the side shown in FIG. 1), a gas flow path forming portion formed in a concave shape compared to the peripheral portion of the separator 10 (the region surrounding each hole). 29 is provided. The flow path forming portion 29 has a substantially rectangular shape, and communicates with the two oxidizing gas supply holes 20 described above on one side thereof. The gas flow path forming portion 29 communicates with the two oxidizing gas discharge holes 21 described above on the other side. As shown in FIG. 2, a gas flow path forming portion 32 formed in a concave shape compared to the peripheral portion is provided on the other surface of the separator 10. The gas flow path forming portion 32 is also formed in a substantially quadrangular shape like the gas flow path forming portion 29, communicates with the two fuel gas supply holes 22 described above on one side, and is described on the other side. The two fuel gas discharge holes 23 communicate with each other. The gas flow path forming portions 29 and 32 formed in a concave shape form a predetermined space with a member (gas diffusion electrode described later) adjacent to the separator 10 when the separator 10 is used to constitute a fuel cell. Then, a flow path (gas flow path in the single cell) for guiding the gas to be subjected to the electrochemical reaction is formed.
[0026]
In the separator 10, in the vicinity of the beam portion 33, the gas flow channel formation portion is extended from the beam portion 33 to a position where one side of the gas flow passage formation portion 29 communicating with the two oxidizing gas supply holes 20 is interrupted at the central portion. The protrusion part 80 is provided in the shape which protrudes in 29 (refer FIG. 1). The projecting portion 80 is formed continuously to the beam portion 33 at the same height as the peripheral portion of the separator 10 described above. Similarly, a protruding portion 81 is provided in a shape protruding from the beam portion 34 into the gas flow path forming portion 29. On the other surface of the separator 10 shown in FIG. A protruding portion 82 is formed in a shape protruding inward, and a protruding portion 83 is formed in a shape protruding from the beam portion 36 into the gas flow path forming portion 32. Each of the projecting portions 80 to 83 includes an engaging concave portion 27 formed in a concave shape at the center portion thereof.
[0027]
Further, the separator 10 is provided with an electrode holding portion 28 adjacent to the gas flow path forming portions 29 and 32. That is, on one surface of the separator 10, the electrode holding part 28 is provided along each of two sides different from the side communicating with the oxidizing gas supply hole 20 and the oxidizing gas discharge hole 21 in the gas flow path forming part 29. On the other surface of the separator 10, along the two sides different from the sides communicating with the fuel gas supply hole 22 and the fuel gas discharge hole 23 in the gas flow path forming part 32, the electrode holding part 28. Is provided. These electrode holding portions 28 are formed to have an intermediate height between the bottom surfaces of the gas flow path forming portions 29 and 32 and the peripheral portion of the separator 10. The electrode holding part 28 is a structure for holding a gas diffusion electrode, which will be described later, when a member including the separator 10 is laminated to constitute a fuel cell.
[0028]
Further, on the surface side of the separator 10 shown in FIG. 1, the engaging recess formed in a groove shape along the two electrode holding portions 28 on the outer peripheral portion side of the separator 10 with respect to the respective electrode holding portions 28. 26 is provided. The engaging recess 26 is formed in a “U” shape so as to cover the corner of the gas flow path forming portion 29 along the shape of the electrode holding portion 28. The other surface of the separator 10 shown in FIG. 2 is engaged with each of the four corners of the gas flow path forming portion 32 on the outer peripheral side of the gas flow path forming portion 32 and the electrode holding portion 28. A recess 31 is provided. Further, an engagement recess 30 is provided in the vicinity of the beam portions 33 and 34 in a region on the outer peripheral side of each electrode holding portion 28. These engaging recesses 26, 30, 31 and the above-described engaging recess 27 relate to a configuration in which members including the separator 10 are bonded to each other when the fuel cell is assembled, and will be described in detail later.
[0029]
1 and 2, the gas flow path forming portions 29 and 32 are represented as a concave structure having a flat bottom surface. However, the gas flow path forming portions 29 and 32 actually have bottom surfaces. A plurality of convex portions having a predetermined shape projecting from is provided. An example of such a convex portion provided in the gas flow path forming portions 29 and 32 is shown in FIG. FIG. 3 is a plan view showing a state in which the periphery of the two oxidizing gas supply holes 20 is enlarged in the separator 10. As shown in FIG. 3, the gas flow path forming portion 29 is provided with a plurality of convex portions 37 protruding from the bottom surface. Each of these convex portions 37 is a rib-shaped convex portion formed in parallel to each other and linearly formed from the oxidizing gas supply hole 20 side toward the oxidizing gas discharge hole 21 side. Except for the contact area, the respective heights are substantially the same. In each convex part 37, the area | region which contact | connects the support plate 43 is formed so that height may become lower than another area | region, and this area | region was shown in FIG. 3 as the step part 37a.
[0030]
In FIG. 3, only the convex portion 37 provided in the gas flow path forming portion 29 is shown, but the gas flow path forming portion 32 formed on the other surface of the separator 10 also has a plurality of similar protrusions protruding from the bottom surface. The convex part is provided. That is, the gas flow path forming portion 32 is provided with a plurality of rib-shaped convex portions 37 that are formed in a straight line from the fuel gas supply hole 22 side toward the fuel gas discharge hole 23 and are formed in parallel to each other. Yes. As described above, the rib-shaped convex portion 37 provided on the gas flow path forming portion 29 and the rib-shaped convex portion 37 provided on the gas flow path forming portion 32 are formed in directions orthogonal to each other. . When the fuel cell is configured using the separator 10, these convex portions ensure sufficient conductivity by contacting a member (gas diffusion electrode) adjacent to the separator 10, and the gas flow path forming portion 29, The gas passing through the above-mentioned gas flow path in the single cell formed by 32 is guided while diffusing, and serves to efficiently use the gas passing through the gas flow path in the single cell for the electrochemical reaction. Therefore, the shape of the convex portion 37 may be a shape different from the shape shown in FIG. 3, and sufficient electrical conductivity can be realized between adjacent members, and the formed single-cell gas flow path is formed. It is only necessary that the gas passing through can be sufficiently diffused.
[0031]
As shown in FIG. 3, in the gas flow path forming portion 29, a void S where the convex portion 37 is not provided is formed in a region in contact with the oxidizing gas supply hole 20. Although not shown, the region in contact with the oxidizing gas discharge hole 21 in the gas flow path forming portion 29, the region in contact with the fuel gas supply hole 22 in the gas flow passage forming portion 32, and the fuel gas discharge hole 23 in the gas flow passage forming portion 32. Similarly, in the region in contact with the gap, a gap where the convex portion 37 is not provided is formed. This gap is a configuration related to adhesion between members including a separator, and will be described in detail later.
[0032]
(2) Configuration of fuel cell including separator 10:
The fuel cell of the present invention including the separator 10 is a solid polymer fuel cell, and has a stack structure in which single cells are stacked. FIG. 4 is an exploded perspective view showing the structure of the single cell 15 constituting the fuel cell, and FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of the stack structure 18 formed by stacking the single cells 15. The single cell 15 is configured by sandwiching an electrolyte membrane 40 between an anode 41 and a cathode 42 (see FIG. 8 described later), and further sandwiching this sandwich structure with a separator 10 from both sides. A stack structure 18 is formed by stacking a predetermined number of such single cells 15. Hereinafter, the single cell 15 and the stack structure 18 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
[0033]
The electrolyte membrane 40 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. In this example, a Nafion membrane (manufactured by DuPont) was used. On the surface of the electrolyte membrane 40, platinum as a catalyst or an alloy made of platinum and other metals is supported. The anode 41 and the cathode 42 are gas diffusion electrodes. These are constituted by members having sufficient gas diffusibility and conductivity, such as carbon cloth woven with yarns made of carbon fibers, carbon paper, or carbon felt. The separator 10 is formed of a material having sufficient conductivity, strength, and corrosion resistance. In this embodiment, the separator 10 is formed by press-molding a carbon material. However, the separator 10 may be formed of another material such as metal as long as sufficient corrosion resistance can be realized.
[0034]
When the separator 10 is laminated together with the electrolyte membrane 40, the anode 41, and the cathode 42 to form the single cell 15 and further constitute the stack structure 18, the gas flow path forming portions 29 and 32 provided on the separator 10 are As described above, a gas flow path in a single cell is formed between adjacent gas diffusion electrodes. That is, the gas flow path forming unit 29 forms an in-single-cell oxidizing gas flow path with the surface of the adjacent cathode 42, and the gas flow path forming unit 32 is simply with the surface of the adjacent anode 41. An in-cell fuel gas flow path is formed.
[0035]
When the stack structure 18 is assembled by stacking the single cells 15, the two oxidizing gas supply holes 20 provided in each separator 10 are respectively provided with an oxidizing gas supply manifold 60 (see FIG. 6). Similarly, the two oxidizing gas discharge holes 21 respectively form an oxidizing gas discharge manifold 61 (see FIG. 6 described later) that penetrates the stack structure 18 in the stacking direction. Further, the two fuel gas supply holes 22 respectively form fuel gas supply manifolds that penetrate the stack structure in the stacking direction, and the two fuel gas discharge holes 23 respectively form fuel gas discharge manifolds (not shown). ) The gas flow in these gas flow paths formed in the stack structure 18 will be described in detail later. In the stack structure 18, the cooling water supply holes 25 and the cooling water discharge holes 24 included in each separator 10 form a cooling water supply manifold and a cooling water discharge manifold that penetrate the stack structure 18 in the stacking direction, respectively. . The cooling water manifold has a structure for circulating cooling water inside the fuel cell. Since heat is generated along with power generation inside the fuel cell, such a structure is provided in order to keep the inside of the fuel cell in a predetermined temperature range.
[0036]
When assembling the stack structure 18 including each member described above, the separator 10, the anode 41, the electrolyte membrane 40, the cathode 42, and the separator 10 are sequentially stacked in order, and a predetermined number of single cells 15 are stacked. Further, the current collector plate 44, the insulating plate 45, and the end plate 46 are sequentially disposed at both ends thereof to complete the stack structure 18 shown in FIG.
[0037]
The current collector plate 44 is formed of a gas-impermeable conductive member such as dense carbon or copper plate, the insulating plate 45 is formed of an insulating member such as rubber or resin, and the end plate 46 is a steel having rigidity. It is formed of a metal such as. The two current collector plates 44 are each provided with an output terminal 47 so that an electromotive force generated in the fuel cell constituted by the stack structure 18 can be output. The end plate 46, the insulating plate 45, and the current collector plate 44 are provided with a plurality of holes at positions corresponding to each other. For example, the end plate 46 is provided with holes 50 to 55 (see FIG. 5).
[0038]
The holes 50 and the holes provided correspondingly in the insulating plate 45 and the current collecting plate 44 are formed in the stack structure 18 when the oxidizing gas supply manifold 60 (each separator 10 includes 2 described above). Gas passages communicating with each other) are formed. Further, the holes 51 and the holes provided in the insulating plate 45 and the current collector plate 44 corresponding to the holes 51 constitute the stack structure 18, and the oxidizing gas discharge manifold 61 (each separator 10 is connected) described above. A gas flow path communicating with the two oxidizing gas discharge holes 21 provided) is formed. Similarly, the holes 52 and the corresponding holes provided in the insulating plate 45 and the current collecting plate 44 are formed by the fuel gas supply manifold (two fuel gas supply holes 22 provided in each separator 10). ), And the holes 53 and the holes provided in the insulating plate 45 and the current collecting plate 44 corresponding to the gas passages are formed by two fuel gas discharge manifolds (two of the separators 10 provided). A gas flow path communicating with the fuel gas discharge hole 23) is formed. In addition, the holes 53 and the holes provided in the insulating plate 45 and the current collecting plate 44 corresponding to the holes 53, when constituting the stack structure 18, are provided with the cooling water supply manifold (each separator 10 is provided). A cooling water flow path communicating with (formed by the cooling water supply hole 25) is formed. Further, the holes 54 and the holes provided correspondingly in the insulating plate 45 and the current collector plate 44 are formed by the cooling water discharge manifold (the cooling water discharge holes 24 included in each separator 10 described above). Forming a cooling water flow path communicating with
[0039]
When the fuel cell having the stack structure 18 is operated, the hole 52 provided in the end plate 46 and a fuel gas supply device (not shown) are connected, and hydrogen-rich fuel gas is supplied into the fuel cell. Similarly, when operating the fuel cell, the hole 50 and an oxidizing gas supply device (not shown) are connected, and an oxidizing gas (air) containing oxygen is supplied into the fuel cell. Here, the fuel gas supply device and the oxidizing gas supply device are devices that supply a fuel cell by humidifying and pressurizing a predetermined amount of each gas. When the fuel cell is operated, the hole 53 and a fuel gas discharge device (not shown) are connected, and the hole 51 and an oxidizing gas discharge device (not shown) are connected. In addition, as fuel gas, it is good also as using hydrogen gas with high purity other than hydrogen rich gas obtained by reforming hydrocarbons. Furthermore, when operating the fuel cell, the hole 55 and a cooling water supply device (not shown) are connected, and the hole 54 and a cooling water discharge device (not shown) are connected. Thereby, the heat generated in the fuel cell is discharged outside the fuel cell by the cooling water.
[0040]
The stacking order of the respective members when configuring the stack structure 18 is as described above, but an adhesive layer made of an adhesive is provided on the periphery of the electrolyte membrane 40 in a region in contact with the separator 10. This adhesive layer prevents predetermined leakage of fuel gas and oxidizing gas from the inside of each single cell by bonding predetermined members together with an adhesive, and the fuel gas and oxidizing gas are mixed in the stack structure 18. It plays a role to prevent it. The configuration related to the adhesion between the electrolyte membrane 40 and the separator 10 will be described in detail later.
[0041]
The stack structure 18 composed of each member described above is held in a state where a predetermined pressing force is applied in the stacking direction, and the fuel cell is completed. The configuration for pressing the stack structure 18 is not shown because it is not directly related to the main part of the present invention.
[0042]
In addition, the stacking positions on the separator 10 of the electrolyte membrane and the gas diffusion electrode stacked together with the separator 10 are shown as a region M and a region E in FIGS. 1 and 2, respectively. When laminating each member, first, the electrolyte membrane 40 carrying the catalyst is sandwiched between the anode 41 and the cathode 42, and these are integrated by pressure bonding or the like. These integrated electrolyte membrane and gas diffusion electrode are disposed at predetermined positions on the separator 10, and another separator 10 is laminated. The region covered with the electrolyte membrane 40 on the separator 10 during such stacking is indicated as a region M. In addition, a region where the gas diffusion electrode is disposed during such lamination is indicated as region E.
[0043]
Next, the flow of the oxidizing gas and the fuel gas in the fuel cell having the above configuration will be described. First, the oxidizing gas will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram that three-dimensionally represents the flow of the oxidizing gas in the stack structure 18. As described above, the oxidizing gas supply device provided outside the fuel cell is connected to the hole 50 provided in the end plate 46, and the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply device includes the insulating plate 45, the collector. The gas is introduced into the oxidizing gas supply manifold 60 through the aforementioned holes provided in the electric plate 44. Here, the oxidizing gas supply manifold 60 is a general term for two manifolds formed by the two oxidizing gas supply holes 20, and the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply device is the stack structure 18. And is introduced into one of the two manifolds.
[0044]
The oxidant gas passing through the oxidant gas supply manifold 60 is, in each single cell 15, an oxidant gas flow path in the single cell (between the gas flow path forming part 29 provided in each separator 10 and the adjacent cathode 42. 6 (shown as channel 62 in FIG. 6). The oxidizing gas introduced into the single cell oxidizing gas flow path is subjected to an electrochemical reaction in each single cell, but the remaining fuel gas not involved in the reaction is discharged from the oxidizing gas provided in the separator 10. The gas is discharged to an oxidizing gas discharge manifold 61 formed by the holes 21 (the oxidizing gas discharge manifold 61 is also a collective term for two manifolds formed by two oxidizing gas discharge holes). In FIG. 6, only three oxidizing gas flows in the oxidizing gas flow path in the single cell are shown in the stack structure 18, but in reality, in all the single cells 15, the single cells formed inside In this way, the gas flows in the inner oxidizing gas flow path. In the oxidant gas discharge manifold 61, the oxidant gas discharged from the in-unit oxidant gas flow path formed in each single cell joins while the oxidant gas passes in the opposite direction to the oxidant gas supply manifold 60. Such oxidizing gas is connected to the hole 51 through the hole 51 provided in the end plate 46 and the hole provided in the current collector plate 44 and the insulating plate 45 correspondingly. It is discharged to the oxidizing gas discharge device.
[0045]
The flow of oxidizing gas in the stack structure 18 has been described above, but the same applies to the flow of fuel gas in the stack structure 18. That is, the flow of the fuel gas in the above description based on FIG. 6 is the same as the oxidizing gas supply manifold 60 formed by the two oxidizing gas supply holes 20 and the fuel gas supply manifold formed by the two fuel gas supply holes 22. In addition, the oxidation gas discharge manifold 61 formed by the two oxidation gas discharge holes 21 is oxidized into the fuel gas discharge manifold formed by the two fuel gas discharge holes 23 and the in-single cell oxidation formed by the gas flow path forming portion 29 is formed. The gas flow path is a single-cell fuel gas flow path formed by the gas flow path forming portion 32, the hole 50 is the hole 52, the hole 51 is the hole 53, and the oxidizing gas supply device is the fuel gas supply device. In addition, the oxidizing gas discharging device may be read as a fuel gas discharging device.
[0046]
In the fuel cell of this embodiment, in addition to the separator 10, the stack member 18 is a plate-like member disposed in parallel with the separator 10, and the cooling water flow path is formed by the uneven shape formed on the surface thereof. The cooling water separator that forms the is disposed for each predetermined number of stacked single cells. The cooling water flow path formed by the cooling water separator is supplied with cooling water from the cooling water supply manifold formed by the cooling water supply holes 25 described above, and is supplied to the cooling water discharge manifold formed by the cooling water discharge holes 24. However, further explanation about the cooling water is omitted.
[0047]
(3) Configuration of the part where gas flows into and out of the gas flow path in the single cell:
Next, the structure of the part where gas flows into and out of the gas flow path in the single cell will be described. In the fuel cell of the present embodiment, when a member including the separator 10 is stacked, a support plate 43 for supporting the electrolyte membrane 40 is disposed at a predetermined position on the separator 10. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the position where the support plate 43 is disposed on the separator 10 and the shape of the support plate 43.
[0048]
FIG. 7A shows a position where the support plate 43 is disposed on the separator 10, and a position where the support plate 43 is disposed is indicated by a hatched region P. FIG. 7B is a plan view showing the shape of the support plate 43, and FIG. 7C is a cross-sectional view showing the cross section taken along the line BB of FIG. 7B. As shown in FIG. 7A, the support plate 43 has the above-described convex portion 37 provided in the flow path forming portion 29 along the side in contact with the two oxidizing gas supply holes 20 on the flow path forming portion 29. Arranged above (see FIG. 3).
[0049]
The support plate 43 includes a thick portion 57 and a thin portion 58, and is disposed so that the thick portion 57 is on the oxidizing gas supply hole 20 side. When the support plate 43 is fitted into a predetermined position on the flow path forming portion 29, the upper surface of the thick portion of the support plate 43 is the same height as the peripheral portion of the separator 10, and the upper surface of the thin portion of the support plate 43 is The height is the same as that of the electrode holder 28 described above. FIG. 7A shows the region on the flow path forming portion 29 along the side in contact with the oxidizing gas supply hole 20 as the position where the support plate 43 is disposed. Similar region on the formation part 29 along the side in contact with the oxidizing gas discharge hole 21, similar region on the flow path formation part 32 along the side in contact with the fuel gas supply hole 22, flow path formation unit The support plates 43 are also arranged in similar regions along the side that is in contact with the fuel gas discharge hole 23 on 32. At the time of assembling the fuel cell, these support plates 43 are fitted and fixed at predetermined positions on the respective separators 10 before the electrolyte membrane and the gas diffusion electrode described above are laminated.
[0050]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state around the area where the support plate 43 is disposed in the stacked unit cell 15. FIG. 8 is a cross section corresponding to the AA cross section of the separator 10 shown in FIG. 1 and shows a state in the vicinity of the oxidizing gas supply manifold 60 formed by the oxidizing gas supply hole 20. As described above, the support plate 43 is disposed on the convex portion provided in the gas flow path forming portion in the region where the gas flows into and out of the gas flow path from each manifold to the gas flow path in the single cell. The support plate 43 disposed in the region where the oxidizing gas flows from the oxidizing gas supply manifold 60 formed by the oxidizing gas supply hole 20 into the oxidizing gas flow path in the single cell is shown.
[0051]
As described above, when the support plate 43 is disposed on the separator 10, the upper surface of the thick portion 57 of the support plate 43 is the same height as the peripheral portion of the separator 10. Sandwiches and supports the electrolyte membrane 40 together with the adjacent separator 10. Each of the plurality of convex portions 37 provided on the gas flow path forming portion 29 is located in another region within the region covered by the support plate 43 (shown as region P in FIG. 7A). It is formed so as to be lower in height (the stepped portion 37a described above). That is, when the support plate 43 is fitted at a predetermined position on the gas flow path forming portion 29, the height of the convex portion 37 (step 37 a) formed in the region covered with the support plate 43 and the thin portion 58 of the support plate 43. The total height of the projections 37 is equal to the height of the projections 37 formed in other regions. For this reason, when the gas diffusion electrode is disposed in the region E shown in FIG. 1, the adjacent region of two opposite sides of the four sides of the gas diffusion electrode is supported by the thin portion 58 of the support plate 43, Regions near the other two sides of the diffusion electrode are supported by the electrode holding portion 28 formed on the separator 10, and other regions other than the peripheral portion are supported by the upper surface of the convex portion 37 and straight in the single cell 15. It is possible to hold in a stable state.
[0052]
FIG. 8 shows the opening 65 through which the oxidizing gas flows into each single cell oxidizing gas channel when the oxidizing gas passing through the oxidizing gas supply manifold 60 is distributed to each single cell oxidizing gas channel. . The opening 65 is formed by the end of the gas flow path forming part 29 formed on the separator 10 and the lower end of the support plate 43 on the thick part 57 side. FIG. 9 shows a state in which the vicinity of the opening 65 is viewed from the arrow C side in FIG. 9 shows the appearance of the end portion of the member, not the cross section, and the members corresponding to the members shown in FIG. 8 are shown with the same hatching as in FIG.
[0053]
As shown in FIG. 3, the gas flow path forming portion 29 is provided with a space S, and a convex portion 37 is provided near the inflow portion of the oxidizing gas from the oxidizing gas supply manifold to the oxidizing gas flow channel in the single cell. Is not provided. Therefore, the opening 65 which is an inflow port for the oxidizing gas is opened over a length corresponding to the region where the gap S is provided. The oxidizing gas flowing in from the opening 65 passes through the oxidizing gas flow path in the single cell, and is discharged to the oxidizing gas discharge manifold from a similar opening provided at the connection portion with the oxidizing gas discharge manifold.
[0054]
Although not shown in FIG. 9, the side surface of the convex portion 37 provided at the position where the gap S is separated can actually be seen inside the opening 65. 9 shows the electrolyte membrane 40 adjacent to the support plate 43. When the fuel cell is assembled, the support plate 43 and the separator 10 adjacent to the support plate 43 via the electrolyte membrane 40 are shown. Since the above-described adhesive layer made of an adhesive is formed between the layers, the adhesive layer is actually visible in the layer where the electrolyte membrane 40 is shown in FIG.
[0055]
(4) Operation when bonding each member and structure related to bonding:
Below, the operation | movement at the time of adhere | attaching each member in order to assemble a fuel cell, and the structure in connection with this adhesion | attachment are demonstrated. FIG. 10 is an explanatory diagram showing an operation of applying a liquid or gel adhesive 70 between predetermined members including the separator 10 for adhesion. When the bonding is performed, first, the support plate 43 is fitted into a predetermined position on the separator 10, and the adhesive 70 is applied to the peripheral portion of the region M shown in FIG. Thereafter, an electrolyte membrane 40 sandwiched between gas diffusion electrodes is placed on the separator 10. At that time, the gas diffusion electrode is fitted in the region E, and the electrolyte membrane 40 is overlapped on the region M. Furthermore, when the adhesive 70 is applied to the periphery of the electrolyte membrane 40 placed on the separator 10 and another separator 10 is aligned and overlapped from above, the state shown in FIG. 10 is obtained. Here, a pressing force is applied in the arrow direction (stacking direction) shown in FIG. 10 to bond the members constituting the single cell 15.
[0056]
When such bonding is performed, a sufficient amount of adhesive 70 is applied in order to ensure sufficient sealing between the members. Therefore, when the above pressing force is applied between the members, the remaining adhesive that does not form the adhesive layer protrudes between the members. FIG. 11 is an explanatory diagram showing a state after the pressing force is applied between the members. An adhesive layer 72 is formed between the separator 10 and the support plate 43 and between the adjacent separators 10, and a protruding portion 73 is generated at the end of the bonded member.
[0057]
As described above, the engagement recesses 26, 27, 30, and 31 are provided on the surface of the separator 10, and these engagement recesses hold the liquid adhesive 70 therein. This is a structure for increasing the adhesive strength of the adhesive layer 72. That is, these engaging recesses are provided in a region where the adhesive 70 is applied on the separator 10 (near the place where the end of the electrolyte membrane 40 is located), and the adhesive 70 is applied on the separator 10. Then, the liquid adhesive enters the engagement recesses, and the entered adhesive 70 is hardened as it is when the adhesive layer 72 is formed. Therefore, the contact area between the adhesive layer 72 and the separator 10 is increased, and the adhesive layer 72 is more strongly engaged with the separator 10 in this engagement recess.
[0058]
According to the fuel cell of the present embodiment configured as described above, on the gas flow path forming portion 29 formed on the separator 10, the gap S that does not have the convex portion 37 in the region adjacent to the oxidizing gas supply hole 20. And an opening 65 is formed at a portion where the oxidizing gas flows from the oxidizing gas supply manifold into the oxidizing gas flow path in the single cell. By providing the gap S in this way, the opening 65 has a shape that is wide and wide open without having a partition. Therefore, when the members are bonded at the time of assembling the fuel cell, it is possible to prevent the adhesive protruding from between the members from blocking the gas inlet from the manifold to the gas flow path in the single cell.
[0059]
When the concavo-convex structure for forming the gas flow path in the single cell is provided up to the region in contact with the gas supply hole or the gas discharge hole as in the conventionally known separator 110 shown in FIG. A plurality of small openings are formed side by side at the gas inlet from the manifold to the gas flow path in the single cell (see opening 165 in FIG. 12). In such a case, as described above, when the liquid adhesive comes into contact with the opening, the liquid adhesive generates surface tension to close the opening, and the liquid inside the gas flow path in the single cell. There was a risk that the adhesive would enter. As in this embodiment, on the gas flow path forming portion, a gap S is provided in a region in contact with the gas manifold, and an opening 65 having a wide opening without a partition is provided, so that the liquid adhesive contacts. However, it is possible to effectively prevent the opening from being blocked by the surface tension generated by the liquid adhesive.
[0060]
Note that the size of the opening that can sufficiently prevent the adhesive from entering the flow path in the single cell even if the liquid adhesive that protrudes between the members at the time of bonding comes into contact with the opening is ensured. The amount of the liquid adhesive to be applied on the separator determined as a sufficient amount that can be realized (amount of adhesive that protrudes), the viscosity of this adhesive, and the thickness of the support plate 43 (the distance between the portion where the adhesive protrudes and the portion where it enters) ) And so on. In the present embodiment, the opening 65 opens over the entire region where the oxidant gas can flow from the predetermined oxidant gas supply manifold at the connection portion between one oxidant gas supply manifold 60 and the single-cell oxidant gas flow path. It was decided. That is, the opening 65 having a width corresponding to the width of each gap S shown in FIG. By setting it as such a structure, the effect which prevents that an adhesive agent penetrates by forming an opening part large can be enlarged more.
[0061]
In this way, the configuration in which the opening 65 having no partition is formed is in contact with the connection portion between the manifold and the gas flow path in the single cell when the flow path forming section including the plurality of convex portions 37 is formed. Thus, the gap S is provided, and the convex portion 37 is not provided in this region. This can be easily realized, and does not involve complication of the concavo-convex shape, so that the manufacturing process is not complicated. By providing the gap S, a predetermined distance is provided between the side of the oxidizing gas supply hole 20 that is in contact with the flow path forming portion and the convex portion 37 that is formed closest to the oxidizing gas supply hole 20. Therefore, even when the liquid adhesive reaches the opening 65, it enters the gas flow path in the single cell formed by the convex portion 37 formed most from the oxidizing gas supply hole 20, and this flow path Can be prevented from being blocked. It should be noted that the width of the opening 65 is not limited as long as it can sufficiently prevent the liquid adhesive from entering the inside, and a plurality of openings can be formed at a connection portion between one manifold and the gas flow path in the single cell. May be provided.
[0062]
Further, according to the fuel cell of the above embodiment, since the engagement concave portion is provided in the region where the adhesive is applied on the separator 10, the adhesion by the adhesive is improved and the reliability of the sealing performance inside the fuel cell is increased. be able to. When the fuel cell is operated, a high pressure is applied to the gas flow path in the fuel cell by each gas supplied to the fuel cell, and a strong force acts on each member constituting the fuel cell. When such a force is applied, a portion having insufficient strength is likely to be damaged. However, as described above, the adhesive recess 72 is provided with an engagement recess to enhance the adhesiveness by the adhesive. Even if a strong force acts, the adhesive layer 72 can be prevented from being damaged, and a sufficient sealing property can be secured.
[0063]
Particularly in the separator 10 of this embodiment, when the electrolyte membrane 40 is disposed, the vicinity of the portion where the corner portion is located, and the vicinity of the beam portion included in the separator 10 (and the separator 10 of this embodiment, this Although the same position as the vicinity of the beam portion is indicated, an engagement recess is provided in the vicinity of the central portion of the side when the electrolyte membrane 40 is disposed. This is because FEM (finite element method) analysis is performed on stresses generated in each member constituting the fuel cell during operation of the fuel cell, and particularly in the vicinity of the corner portion of the electrolyte membrane 40 and the beam portion included in the separator 10 (electrolyte). In the vicinity of the central portion of the side of the film 40), it is based on the result of obtaining the knowledge that the stress for peeling off the adhesive layer 72 works strongly. The sealing performance by the adhesive layer 72 can be ensured.
[0064]
In the above embodiment, the engagement recesses having different shapes are provided on the respective surfaces of the separator 10, but the shapes of the engagement recesses provided on both surfaces may be the same. By providing the engagement recesses in the regions where the corners of the electrolyte membrane are located and in the vicinity of the beam portions as in the engagement recesses 27, 30, and 31 shown in FIG. 2, the above-described effects can be sufficiently obtained. .
[0065]
Further, in the fuel cell of the above embodiment, the support plate 43 provided in the fuel cell is formed by continuously forming the thick part 57 that supports the electrolyte membrane 40 and the thin part 58 that supports the gas diffusion electrode. Therefore, the strength of the fuel cell (durability of the fuel cell) can be improved. That is, by providing the support plate 43 having such a configuration, it is possible to sufficiently protect the electrolyte membrane having the lowest mechanical strength among the members constituting the fuel cell. In the region where the electrolyte membrane 40 is in contact with the anode 41 and the cathode 42, the electrolyte membrane 40 is sandwiched between these flat gas diffusion electrodes with a sufficient contact surface to ensure sufficient strength. Moreover, the electrolyte membrane 40 ensures sufficient strength by being sandwiched between the separator 10 and the support plate 43 by a sufficient contact surface in the peripheral region. Here, the region between the two regions in the electrolyte membrane 40 is not in contact with other members, but one side is surrounded by the electrode holding portion 28 of the separator 10 and the other side is the support plate 43. (See FIG. 8). Therefore, the gas pressure difference between the single-cell fuel gas flow path and the single-cell oxidizing gas flow path is suppressed by such a structure, and the electrolyte membrane 40 can be prevented from being damaged.
[0066]
The shape of the support plate 43 is such that a region for supporting the periphery of the electrolyte membrane and a region for supporting the gas diffusion electrode are continuously formed, and a step corresponding to the thickness and step of the peripheral member is provided. By adopting such a configuration, it is possible to surround the region of the electrolyte membrane that is not supported by other members and sufficiently protect this region of the electrolyte membrane from the gas pressure difference.
[0067]
In this embodiment, the support plate 43 is made of resin. It may be formed of other materials as long as it has sufficient heat resistance, strength and stability, but the resin is excellent in stability, so it generates ions in the fuel cell operating environment like metal. This is desirable because there is no need to consider the influence of the ions thus generated on the cell reaction. Furthermore, when forming the support plate 43 with resin, it is good also as mixing a glass fiber etc. in the resin material which forms the support plate 43, and improving a mechanical strength further.
[0068]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a state of one surface of a separator 10 in a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the state of the other surface of the separator 10. FIG.
FIG. 3 is an explanatory view showing a part of the separator 10 in an enlarged manner.
4 is an exploded perspective view showing a configuration of a single cell 15. FIG.
FIG. 5 is a perspective view showing an appearance of a stack structure 18;
FIG. 6 is an explanatory diagram that three-dimensionally represents the flow of the oxidizing gas in the stack structure 18;
7 is an explanatory diagram showing a position where the support plate 43 is disposed and a shape of the support plate 43. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state of stacked single cells 15.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state in the vicinity of the opening 65;
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an operation of applying and bonding an adhesive 70;
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a state after the bonding operation is performed.
FIG. 12 is an exploded perspective view showing a configuration of a fuel cell using a conventionally known separator 110. FIG.
[Explanation of symbols]
10 ... Separator
15 ... Single cell
18 ... Stack structure
20 ... Oxidizing gas supply hole
21 ... Oxidizing gas discharge hole
22 ... Fuel gas supply hole
23 ... Fuel gas discharge hole
24 ... Cooling water discharge hole
25 ... Cooling water supply hole
26, 27, 30, 31 ... engaging recess
28 ... Electrode holding part
29, 32 ... Gas flow path forming part
33, 34, 35, 36 ... Beam
37 ... convex
40 ... electrolyte membrane
41 ... Anode
42 ... Cathode
43 ... support plate
44 ... current collector
45. Insulating plate
46 ... End plate
47 ... Output terminal
50-55 ... hole
57 ... Thick part
58 ... Thin section
60 ... oxidizing gas supply manifold
61 ... Oxidizing gas discharge manifold
62 ... Flow path
65 ... opening
70: Adhesive
72 ... Adhesive layer
73 ... Projecting part
80-83 ... Projection
110 ... Separator
115 ... single cell
120, 121 ... oxidizing gas hole
122, 123 ... Fuel gas hole
140 ... electrolyte membrane
141 ... Electrode
143 ... Plate
165 ... opening

Claims

A fuel having a stack structure in which a single cell composed of a member including an electrolyte membrane and a separator having a concavo-convex portion for forming a gas flow path in the single cell is formed as a constituent unit and a plurality of the single cells are stacked. A battery,
A support member is disposed on the outer edge portion of the region where the uneven portion is formed on the separator surface, where the opening portion serving as the inlet portion or the outlet portion of the gas flow path in the single cell is formed. ,
Adhering the support member disposed on the separator and another separator with a liquid adhesive with the outer edge of the electrolyte membrane interposed therebetween,
The opening has a size that prevents the liquid adhesive protruding from between the other separator and the support member from entering the gas flow path in the single cell from the opening when the bonding is performed. A fuel cell having a shape.

The size or shape of the opening is formed based on at least one of the viscosity of the liquid adhesive, the thickness of the support member, and the amount of the liquid adhesive used. 1. The fuel cell according to 1.

The fuel cell according to claim 1, wherein the opening does not have a partition.

A fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
A gas diffusion electrode disposed between the electrolyte membrane and the separator, and in contact with the electrolyte membrane in a region excluding an outer edge of the electrolyte membrane;
The support member includes a first region that sandwiches the electrolyte membrane together with the other separator, a second region that is sandwiched between the separator and an outer edge portion of the gas diffusion electrode, and the first and second A fuel cell comprising a third region connecting the regions to each other.

The said separator is provided with the recessed part into which the said liquid adhesive can flow in in the area | region which adhere | attaches with another separator on both sides of the outer edge part of the said electrolyte membrane on the surface. Any one of the fuel cells.

6. The fuel cell according to claim 5, wherein the concave portion is provided at least in the vicinity of a portion where a corner portion of the electrolyte membrane disposed on the separator is located.

The fuel cell according to claim 5, wherein
A plurality of manifolds are provided as manifolds that supply the gas to the gas flow paths in each single cell, or manifolds into which the gas discharged from the gas flow paths in each single cell flows. At least two of the manifolds are disposed adjacent to each other along the outer edge of the electrolyte membrane,
The fuel cell according to claim 1, wherein the recess is provided at least in the vicinity of a member that separates the adjacent manifolds.

6. The fuel cell according to claim 5, wherein the concave portion is provided at least near the center of the side of the electrolyte membrane disposed on the separator.