JP4134615B2

JP4134615B2 - 燃料電池

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Publication number: JP4134615B2
Application number: JP2002203090A
Authority: JP
Inventors: 敏幸稲垣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: JP2004047270A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池（たとえば、固体高分子電解質型の燃料電池）に関し、とくにその漏れ電流抑制構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池は、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置されたアノードおよび電解質膜の他面に配置されたカソードとからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、アノード、カソードに燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体流路を形成するセパレータとを複数重ねてセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル（電極板）、インシュレータ、エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート）にて固定したスタックからなる。アノード、カソードは触媒層を有する。触媒層とセパレータとの間には拡散層が設けられる。セパレータにはセル間またはモジュール間に冷媒流路が形成され、そこに冷却水が流されて燃料電池を冷却している。
固体高分子電解質型燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層体の一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通してくる）から水を生成する反応が行われる。
アノード側：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
カソード側：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ
従来、燃料電池セパレータのＭＥＡと反対側の面は冷却水と接触している。冷却水との接触面にて電流がセパレータから冷却水に漏れ、この電流は、冷却水を通じてセル面内方向に流れて冷媒マニホルドに達し、冷媒マニホルドでセル面内と直交方向に流れて隣接もしくは近傍のセルの反対極に流れ、本来得るべき出力性能がダウン（目減り）する。
この漏れ電流は、セパレータの小型化や、冷却水の長期使用を狙うことにより、冷却水部分における電気抵抗が低下し、結果として増加する傾向にある。また、漏れ電流が発生する冷却水まわりの電食も問題となる。
この液絡を防止するために、特開２００１−３３２２８８は、燃料電池スタックを冷却セルと発電セルとの積層体とし、冷却セル内に供給される冷媒を発電セルから絶縁し、冷却セルを挟んで配置される発電セル同士を導電手段で接続した構造を開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２００１−３３２２８８の構造には、冷却セルを設けなければならないので燃料電池スタックのコンパクト化が難しく、また冷却セルを挟んで配置される発電セル同士を導電手段で接続しなければならないのでスタック構造が複雑になる、などの問題がある。
本発明の目的は、燃料電池の冷却水を通じての漏れ電流とそれに付随する問題（セパレータの小型化や冷却水の長期使用が困難なこと、および冷却水まわりに電食が生じること）を抑制できる燃料電池を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、燃料電池の冷却水を通じての漏れ電流とそれに付随する問題を抑制を、特開２００１−３３２２８８の構造のような冷却セルによるスタックの大型化や導電手段による構造の複雑化を伴わずに、達成することができる燃料電池を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）電解質膜１１と該電解質膜の一面に配置されたアノード１４および他面に配置されたカソード１７を有するＭＥＡを、拡散層１３、１６を介して、一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｂで挟んで構成したセル１０を複数積層して構成され、
一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｂのうち一方のセパレータ１８Ａは燃料電池発電部対応部２９にＭＥＡに対向する面に燃料ガス流路２７を有するとともにＭＥＡに対向する面と反対側面に冷媒流路２６を有し、一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｂのうち他方のセパレータ１８Ｂは燃料電池発電部対応部２９にＭＥＡに対向する面に酸化ガス流路２８を有するとともにＭＥＡに対向する面と反対側面に冷媒流路２６を有し、
一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｂは燃料電池発電部対応部２９の周囲部で燃料電池発電部対応部２９を挟んで対向する対向部３０、３１に燃料ガスマニホルド３３、空気マニホルド３４、冷媒マニホルド３２を有し、燃料ガスマニホルド３３、空気マニホルド３４、冷媒マニホルド３２は、それぞれ、燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８、冷媒流路２６に連通しており、
１つのセル１０内には、該１つのセル１０の一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｂの間に、接着剤により燃料ガスマニホルド３３、空気マニホルド３４、冷媒マニホルド３２を互いからシールしたシール部が形成されており、
１つのセル１０のセパレータ１８Ａの前記シール部と反対側の面と、該セルの隣りのセル１０のセパレータ１８Ｂの前記１つのセル１０のセパレータ１８Ａに対向する面との間には、凸部４１をもつ弾性材シール４０が、燃料電池発電部対応部２９と冷媒マニホルド３２とを合わせた領域の周囲と、燃料ガスマニホルド３３の周囲と、空気マニホルド３４の周囲とに、凸部を圧縮した状態で、配置されて、燃料ガスマニホルド３３、空気マニホルド３４、燃料電池発電部対応部２９と冷媒マニホルド３２とを合わせた領域とを互いからシールしており、
セパレータ１８Ａ、１８Ｂが隣接セル１０との対向面で弾性材シール４０の燃料電池発電部対応部２９側に冷媒と接触する冷媒接触面４２をもつ、
燃料電池であって、
前記セパレータ１８Ａ、１８Ｂの冷媒接触面４２の、燃料電池発電部対応部２９を除く部位でかつセル間の弾性材シール４０配設部を除く部位のうち、燃料電池発電部対応部２９を挟んで対向する対向部３０、３１に、冷媒接触側表面に冷媒が流通する電気絶縁層４４を形成した燃料電池。
（２）前記セパレータ１８Ａ、１８Ｂの冷媒接触面４２の、電気絶縁層４４を形成した部位と、燃料電池発電部対応部２９における隣接セル１０のセパレータ１８Ｂ、１８Ａとの当接部４６とを除いた全面に、電気絶縁層４５を形成した請求項１記載の燃料電池。
【０００５】
上記（１）の燃料電池では、セパレータの冷媒接触面の、燃料電池発電部対応部を除く部位の少なくとも一部に、電気絶縁層を形成したので、セパレータの電気絶縁層を形成した部分と冷媒マニホルド間の電気抵抗Ｒ₁が大きくなり、セパレータと他のセルのセパレータとの間の冷媒を通じての電流漏れと、電流漏れに付随する問題、たとえば電食が、防止または抑制される。
上記（２）の燃料電池では、セパレータの冷媒接触面に、燃料電池発電部対応部における隣接セルのセパレータとの当接部を除いて、電気絶縁層を形成したので、セパレータの電気絶縁層を形成した部分と冷媒マニホルド間の電気抵抗Ｒ₁が無限大となり、セパレータと他のセルのセパレータとの間の冷媒を通じての電流漏れと、電流漏れに付随する問題、たとえば電食が、より一層防止または抑制される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃料電池を図１〜図９を参照して、説明する。
本発明が対象とする燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池１０である。本発明の燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００７】
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図１、図２に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８とを有するセルを積層して構成される。ＭＥＡは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層１２からなる電極１４（アノード、燃料極）および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５からなる電極１７（カソード、空気極）とからなる。電極１４、１７とセパレータ１８との間には拡散層１３、拡散層１６が設けられる。セパレータ１８は、電極１４、１７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための反応ガス通路２７、２８、および燃料電池冷却用の冷媒（通常、冷却水）が流れる冷媒流路（冷却水流路ともいう）２６を有する。セルを１層以上積層してモジュール１９を構成し（図示例では、１セルで１モジュールを構成している）、モジュール１９を積層してモジュール群とし、モジュール群のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層方向に延びる締結部材２４（たとえば、テンションプレート、スルーボルトなど）とボルト２５またはナットで固定して、燃料電池スタック２３が構成される。
【０００８】
冷却水流路２６はセル毎に、または複数のセル毎（たとえば、モジュール毎）に、設けられる。
触媒層１２、１５は白金（Ｐｔ）、カーボン（Ｃ）、電解質からなる。拡散層１３、１６はカーボン（Ｃ）からなる。
セパレータ１８は、カーボン、メタル、メタルと非導電性樹脂の組み合わせ、導電性樹脂の何れから構成されてもよい。本実施例ではメタルと樹脂の組み合わせの場合を例として示す。
【０００９】
図２に示すように、セパレータ１８は、第１の部材１８Ａ、１８Ｂと、燃料電池発電部対応部２９（燃料電池の発電部に対応する部分）に中抜き穴をもつフレーム状の第２の部材１８Ｃ、１８Ｄとに分割形成されている。
第１の部材１８Ａ、第２の部材１８Ｃは、ＭＥＡの燃料極（アノード）側に配置されている部材であり、第１の部材１８Ａは燃料ガスと冷却水とを区画している。第１の部材１８Ｂ、第２の部材１８Ｄは、ＭＥＡの空気極（カソード）側に配置されている部材であり、第１の部材１８Ｂは、酸化ガスと冷却水とを区画している。
第１の部材１８Ａ、１８Ｂは金属製で、以下、メタルセパレータ１８Ａ、１８Ｂともいう。第２の部材１８Ｃ、１８Ｄは樹脂製で、以下、樹脂フレーム１８Ｃ、１８Ｄともいう。
メタルセパレータ１８Ａ、１８Ｂは、不透過性で、金属からなり、たとえば金属板（たとえば、ステンレス板）に導電性金属をメッキ（たとえば、ニッケルメッキ）したものからなる。メタルセパレータ１８Ａ、１８Ｂは、隣接するセル間の導電通路を構成している。
【００１０】
ＭＥＡはセパレータ１８で挟まれる。セパレータ１８でＭＥＡを挟む際、樹脂フレーム１８Ｃ、１８Ｄをメタルセパレータ１８Ａ、１８ＢのＭＥＡ側にそれぞれ配して、メタルセパレータ１８Ａ、樹脂フレーム１８Ｃ、ＭＥＡ、樹脂フレーム１８Ｄ、メタルセパレータ１８Ｂの順に積層する。
燃料電池発電部対応部２９は、樹脂フレーム１８Ｃ、１８Ｄが中抜きされているので、メタルセパレータ１８Ａ、ＭＥＡ、メタルセパレータ１８Ｂの順で積層されており、樹脂フレーム１８Ｃ、１８Ｄの部分は、メタルセパレータ１８Ａ、樹脂フレーム１８Ｃ、樹脂フレーム１８Ｄ、メタルセパレータ１８Ｂの順で積層されている。セパレータ１８の燃料電池発電部対応部２９の両側部は互いに対向する対向部３０、３１を構成する。
【００１１】
メタルセパレータ１８Ａの燃料電池発電部対応部２９のＭＥＡ側の面には燃料ガス流路２７が形成されたガス流路部が形成されており、ＭＥＡ側と反対側の面には冷却水流路２６が形成されている。同様に、メタルセパレータ１８Ｂの燃料電池発電部対応部のＭＥＡ側の面には酸化ガス流路２８が形成されたガス流路部が形成されており、ＭＥＡ側と反対側の面には冷却水流路２６が形成されている。
燃料ガス流路２７と酸化ガス流路２８とは、ＭＥＡを挟んで互いに対応している（図８）。
ひとつのセルのメタルセパレータ１８Ａの燃料電池発電部対応部のＭＥＡ側と反対側の面の冷却水流路２６と、隣接セルのメタルセパレータ１８Ｂの燃料電池発電部対応部のＭＥＡ側と反対側の面の冷却水流路２６とは、セル積層方向に隔てられることなく、連通している（図８）。
【００１２】
燃料電池発電部対応部２９では、ひとつのセルの燃料ガス流路２７の凹溝の底部のＭＥＡと反対側の面と、隣りのセルの酸化ガス流路２８の凹溝の底部のＭＥＡと反対側の面とは、接触しており、この接触面は、ひとつのセルのメタルセパレータ１８Ａと隣りのセルのメタルセパレータ１８Ｂとの間の導電通路を形成している。
【００１３】
図２、図４に示すように、メタルセパレータ１８Ａ、１８Ｂのガス流路部では、ガス流路を燃料電池発電部対応部２９を挟んで対向する一対の対向部３０、３１間方向に屈曲していて、流路が長くなっており、これによって、ＭＥＡに同じ量の反応ガスを供給する場合のガス流速が増している。
燃料ガス流路２７は、複数個、並列に形成されており、酸化ガス流路２８も、複数個、並列に形成されている。
セパレータ１８の裏面に形成される冷却水流路２６は、一対の対向部３０、３１にわたって直線状に延びＵターン部をもたない。
【００１４】
また、セパレータ１８の燃料電池発電部対応部２９の燃料ガス流路２７への燃料ガス入口２７ｃと燃料ガス出口２７ｄとはセパレータの燃料電池発電部対応部２９を挟んで互いに反対側に位置している。同様に、セパレータ１８の燃料電池発電部対応部２９の酸化ガス流路２８への酸化ガス入口２８ｃと酸化ガス出口２８ｄとはセパレータの燃料電池発電部対応部２９を挟んで互いに反対側に位置している。
また、セパレータ１８の燃料電池発電部対応部２９の燃料ガス流路２７への燃料ガス入口２７ｃと酸化ガス流路２８への酸化ガス入口２８ｃとは、セパレータの燃料電池発電部対応部２９を挟んで互いに反対側に位置している。
【００１５】
図２、図４に示すように、メタルセパレータ１８Ａ、１８Ｂと樹脂フレーム１８Ｃ、１８Ｄの、燃料電池発電部対応部２９を挟んで対向する対向部３０、３１には、マニホルド部が形成されており、このマニホルド部には、冷却水マニホルド３２、燃料ガスマニホルド３３、空気マニホルド３４が形成されている。冷却水マニホルド３２は燃料電池発電部対応部２９の冷却水流路２６に連通し、燃料ガスマニホルド３３は燃料電池発電部対応部２９の燃料ガス流路２７に連通し、空気マニホルド３４は燃料電池発電部対応部２９の酸化ガス流路２８に連通している。
燃料電池発電部対応部２９を挟んで互いに対向する対向部３０、３１の一方３０には、入り側の冷却水マニホルド３２ａ、出側の燃料ガスマニホルド３３ｂ、入り側の空気マニホルド３４ａが設けられ、他方３１には、出側の冷却水マニホルド３２ｂ、入り側の燃料ガスマニホルド３３ａ、出側の空気マニホルド３４ｂが設けられる。
【００１６】
樹脂フレーム１８Ｃ、１８Ｄには、ガスマニホルド３３、３４からのガス流れを対向部３０、３１を結ぶ方向と直交する方向に向けて流すガス流路連通部３７が形成されており、ガス流路連通部３７には燃料電池発電部対応部のガス流路２７、２８に均一にガスを分配流するガス整流部３５、３６が形成されている。そして、ガス整流部３５、３６と中抜き穴の縁部との間の間隔Ｃは、ガス整流部３５、３６と中抜き穴間にガスの短絡通り抜けが起こらない間隔以上に、設定されている。
【００１７】
図５に示すように、樹脂フレーム１８Ｃ、１８Ｄには、セル積層方向に、隣り合う部材（メタルセパレータまたは樹脂フレーム）との間をシールして、冷却水マニホルド３２、燃料ガスマニホルド３３、空気マニホルド３４を、互いからシールするために、接着剤が塗布されたシール部３８（図４で斜線を施した部分）が形成されている。
図５に示すように、樹脂フレーム１８Ｃ、１８Ｄには、シール部３８を形成するための接着剤を塗布する部分と塗布しない部分との境界に、シール用接着剤のはみ出しを防止する堰３９（接着剤塗布部を非塗布部より低くした段差部）が形成されており、堰３９は接着剤の非塗布部への垂れ込み、はみ出しを防止している。
【００１８】
図３、図５に示すように、セル間に、隣り合うメタルセパレータ１８Ａ、１８Ｂ（一つのセルのメタルセパレータ１８Ａと隣りのセルのメタルセパレータ１８Ｂ）間に、弾性材シール４０、たとえばゴムシールを配して、冷却水マニホルド３２、燃料ガスマニホルド３３、空気マニホルド３４を、互いからシールする。弾性材シール４０は凸部４１を有し、凸部４１をメタルセパレータ１８Ａ、１８Ｂでセル積層方向に圧縮することにより、シール性が高められている。図３で２点鎖線４０で示した部分は、弾性材シール４０の凸部４１の中心を示す。
【００１９】
セパレータ１８には、上記実施例ではメタルセパレータ１８Ａ、１８Ｂには、冷媒（冷却水）と接触する冷媒接触面４２（したがって、弾性材シール４０の凸部４１より内側）の、少なくとも一部に、セパレータ１８から（上記実施例ではメタルセパレータ１８Ａ、１８Ｂから）、冷媒（冷却水）に電流が漏れるのを防止する、または抑制する、電気絶縁層４３（以下、単に絶縁層という）が形成されている。
この絶縁層４３は、つぎに説明する第１の絶縁層４４と第２の絶縁層４５の、少なくとも何れか一方の絶縁層からなる。「少なくとも何れか一方」の意味は、絶縁層４３が、第１の絶縁層４４のみから構成されてもよいし、第２の絶縁層４５のみから構成されてもよいし、第１の絶縁層４４と第２の絶縁層４５の両方から構成されてもよい、ということである。
冷媒流路２６はセパレータ１８間に形成され、その対向面に、絶縁層４３が形成される。
【００２０】
第１の絶縁層４４は、セパレータ１８の冷媒接触面４２の、燃料電池発電部対応部２９を除く部位でかつ弾性材シール４０配設部を除く部位の少なくとも一部に、形成された電気絶縁層である。第１の絶縁層４４が存在する領域は、図３において、斜線を施した部分であり、対向部３０、３１のうち、弾性材シール４０（複数本の弾性材シール４０がある部分では燃料電池発電部対応部２９に最も近い弾性材シール４０）の燃料電池発電部対応部２９側で、燃料電池発電部対応部２９を除く部位である。
図８に示すように、対向部３０、３１でない領域では、弾性材シール４０配設部位には第１の絶縁層４４は形成されない。
【００２１】
上記実施例では、第１の絶縁層４４は、隣接するセルまたはモジュールの間の冷媒が流れるスペースの少なくとも片面（ひとつのセルまたはモジュールの表側面）に、または、両面（ひとつのセルまたはモジュールの表側面と、この面に冷媒が流れるスペースを挟んで対向する、隣接セルまたはモジュールの裏側面との両面）に、設けられる。片面より両面に設けられる方が望ましい。
上記実施例では、第１の絶縁層４４のうち、冷媒が流れるスペースの片面に設けられる絶縁層４４Ａは、セル間またはモジュール間に配置される弾性材シール４０（ゴムシール、電気絶縁性をもつ）のうちセパレータ１８の対向部３０、３１に位置する部分の、凸部４１に接続する薄い部分をセル面内方向に燃料電池発電部対応部２９側に延長して形成された絶縁層からなる。また、第１の絶縁層４４のうち、冷媒が流れるスペースのもう片面に設けられる絶縁層４４Ｂは、隣接セパレータのうち、絶縁層４４Ａに対向する面に形成された絶縁層からなる。
第１の絶縁層４４はセパレータ１８に一体に形成（たとえば、焼付けまたは接着）されてもよいし、セパレータ１８と別体のまま隣接セルのセパレータ間に配置されてもよい。
【００２２】
第２の絶縁層４５は、セパレータ１８の冷媒接触面４２（したがって、弾性材シール４０の凸部４１より内側）に、燃料電池発電部対応部２９における隣接セルのセパレータとの当接部４６を除いて、形成された絶縁層である。図８においてハッチングを施したエリアに第２の絶縁層４５が形成される。また、隣接セルの冷媒流路２６間に中間板を設ける場合には、その中間板の導電パス部（隣接セパレータ同士の当接部）以外の部位に、絶縁コーティングを施すことが望ましい。
第１の絶縁層４４は燃料電池発電部対応部２９の範囲外に設けられた層であるが、第２の絶縁層４５は燃料電池発電部対応部２９の範囲内（ただし、隣接セルのセパレータとの当接部４６を除く）と燃料電池発電部対応部２９の範囲外の両方の範囲に形成された層である。第１の絶縁層４４が設けられない燃料電池に第２の絶縁層４５だけが設けられてもよいし、第１の絶縁層４４が設けられた燃料電池に、さらに第２の絶縁層４５が設けられてもよい。
【００２３】
第２の絶縁層４５を形成する方法は、セルを積層してスタック２３とした後、スタック２３を、容器に入れた、加温して液状にした樹脂の絶縁材料中に浸漬して冷媒流路に絶縁材料を流入させ、その後スタック２３を取り出して冷媒流路から液状の絶縁材料を排出し、樹脂を乾燥、固化することにより、形成する。スタック２３としてあるので、燃料電池発電部対応部２９における隣接セルのセパレータとの当接部４６には液状樹脂がまわらず、その部分を除いて、効率よく第２の絶縁層４５を形成することができる。
【００２４】
つぎに、絶縁層４３（第１の絶縁層４４、第２の絶縁層４５）を形成したことによる作用、効果を説明する。
燃料電池１０は、概略、図９の電気回路で表せる。図９で、セルを積層したスタック２３の両端のターミナルをセル積層体外で接続する外部回路１００には外部抵抗（たとえば、モータ１０１）などが設けられ、燃料電池１０が発電した電気が仕事をする。
従来の燃料電池では、冷却水は使用中にイオンなどを含むので若干の導電性を有するよになっており、セパレータ１８の冷却水接触面から燃料電池の発電の電流が、冷却水に漏れ、冷却水中を伝わって、セル面内方向に冷却水マニホルド３２に至り（その時のセル面内方向の漏れ電流をｉ₁、電気抵抗をＲ₁とする）、冷却水マニホルド３２でセル面内方向と直交する方向（スタックのセル積層方向）に冷却水中を伝わって流れ、隣接セルまたは近傍のセルの対極のセパレータへと流れ（その時のセル面内方向と直交する方向の漏れ電流をｉ₂、電気抵抗をＲ₂とする）、本来得られる出力を目減りさせてしまう。
したがって、漏れ電流をできるかぎり減少させて、外部抵抗に流れる電流を多くしたい。
【００２５】
本発明において、第１の絶縁層４４を設けることは、各セパレータ１８の燃料電池発電部対応部２９外の部分から冷却水マニホルド３２までの電気抵抗を大きくして、セル面内方向の漏れ電流をｉ₁を少なくすることに相当する。
また、本発明において、第２の絶縁層４５を設けることは、各セパレータ１８燃料電池発電部対応部２９内の部分から冷却水マニホルド３２までの電気抵抗を無限大に近くして、セル面内方向の漏れ電流をｉ₁を少なくすることに相当する。
これによって、漏れ電流が小さくなる。その結果、漏れ電流がある場合に付随して生じる電食などの問題も同時に抑制される。
セル面内方向と直交する方向の電気抵抗Ｒ₂を大きくすることは、冷却水自体の導電性をより低くすることにより得られるが、第１の絶縁層４４、第２の絶縁層４５を設けても、電気抵抗Ｒ₂を大きくする効果は少ない。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の燃料電池によれば、セパレータの冷媒接触面の、燃料電池発電部対応部を除く部位の少なくとも一部に、電気絶縁層（第１の絶縁層）を形成したので、セパレータの電気絶縁層を形成した部分と冷媒マニホルド間の電気抵抗Ｒ₁が大きくなり、セパレータと他のセルのセパレータの反対極との間の冷媒を通じての電流漏れと、電流漏れに付随する問題、たとえば電食を、防止または抑制できる。また、燃料電池の冷却水を通じての漏れ電流とそれに付随する問題を抑制を、特開２００１−３３２２８８の構造のような冷却セルによるスタックの大型化や導電手段による構造の複雑化を伴わずに、達成することができる。
請求項２の燃料電池によれば、セパレータの冷媒接触面に、燃料電池発電部対応部における隣接セルのセパレータとの当接部を除いて、電気絶縁層（第２の絶縁層）を形成したので、セパレータの電気絶縁層を形成した部分と冷媒マニホルド間の電気抵抗Ｒ₁が無限大に近くなり、セパレータと他のセルのセパレータとの間の冷媒を通じての電流漏れと、電流漏れに付随する問題、たとえば電食を、より一層防止または抑制できる。また、燃料電池の冷却水を通じての漏れ電流とそれに付随する問題を抑制を、特開２００１−３３２２８８の構造のような冷却セルによるスタックの大型化や導電手段による構造の複雑化を伴わずに、達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の燃料電池スタックの全体概略図である。
【図２】本発明実施例の燃料電池の、セル積層方向を上下方向とした姿勢での、単セル（モジュールでもある）の分解斜視図である。
【図３】本発明実施例のモジュールの冷却水接触面の、第１の絶縁層の存在領域をハッチングして示した、平面図である。
【図４】本発明実施例のセパレータの樹脂フレームの平面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図３のＤ−Ｄ断面における弾性材シール（たとえば、ゴムシール）の断面図である。
【図７】本発明実施例のモジュールの冷却水接触面の平面図である。
【図８】図７のＤ−Ｄ断面図である。
【図９】燃料電池の漏れ電流も回路で示した、燃料電池の概略回路図である。
【符号の説明】
１０（固体高分子電解質型）燃料電池
１１電解質膜
１２触媒層
１３拡散層
１４電極（アノード、燃料極）
１５触媒層
１６拡散層
１７電極（カソード、空気極）
１８セパレータ
１８Ａ第１の部材（燃料ガスと冷却水とを区画するメタルセパレータ）
１８Ｂ第１の部材（酸化ガスと冷却水とを区画するメタルセパレータ）
１８Ｃ第２の部材（樹脂フレーム）
１８Ｄ第２の部材（樹脂フレーム）
１９モジュール
２０ターミナル
２１インシュレータ
２２エンドプレート
２３スタック
２４締結部材（テンションプレート）
２５ボルトまたはナット
２６冷媒流路（冷却水流路）
２７燃料ガス流路
２８酸化ガス流路
２９燃料電池発電部対応部
３０、３１対向部
３２冷却水マニホルド
３２ａ入り側の冷却水マニホルド
３２ｂ出側の冷却水マニホルド
３３燃料ガスマニホルド
３３ａ入り側の燃料ガスマニホルド
３３ｂ出側の燃料ガスマニホルド
３４空気マニホルド
３４ａ入り側の空気マニホルド
３４ｂ出側の空気マニホルド
３５ガス整流部
３６ガス整流部
３７ガス流路連通部
３８シール部
３９堰
４０弾性材シール（ゴムシール）
４１凸部
４２冷媒接触面
４３絶縁層
４４第１の絶縁層
４５第２の絶縁層
４６セパレータ当接部

Claims

電解質膜１１と該電解質膜の一面に配置されたアノード１４および他面に配置されたカソード１７を有するＭＥＡを、拡散層１３、１６を介して、一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｂで挟んで構成したセル１０を複数積層して構成され、
一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｂのうち一方のセパレータ１８Ａは燃料電池発電部対応部２９にＭＥＡに対向する面に燃料ガス流路２７を有するとともにＭＥＡに対向する面と反対側面に冷媒流路２６を有し、一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｂのうち他方のセパレータ１８Ｂは燃料電池発電部対応部２９にＭＥＡに対向する面に酸化ガス流路２８を有するとともにＭＥＡに対向する面と反対側面に冷媒流路２６を有し、
一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｂは燃料電池発電部対応部２９の周囲部で燃料電池発電部対応部２９を挟んで対向する対向部３０、３１に燃料ガスマニホルド３３、空気マニホルド３４、冷媒マニホルド３２を有し、燃料ガスマニホルド３３、空気マニホルド３４、冷媒マニホルド３２は、それぞれ、燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８、冷媒流路２６に連通しており、
１つのセル１０内には、該１つのセル１０の一対のセパレータ１８Ａ、１８Ｂの間に、接着剤により燃料ガスマニホルド３３、空気マニホルド３４、冷媒マニホルド３２を互いからシールしたシール部が形成されており、
１つのセル１０のセパレータ１８Ａの前記シール部と反対側の面と、該セルの隣りのセル１０のセパレータ１８Ｂの前記１つのセル１０のセパレータ１８Ａに対向する面との間には、凸部４１をもつ弾性材シール４０が、燃料電池発電部対応部２９と冷媒マニホルド３２とを合わせた領域の周囲と、燃料ガスマニホルド３３の周囲と、空気マニホルド３４の周囲とに、凸部を圧縮した状態で、配置されて、燃料ガスマニホルド３３、空気マニホルド３４、燃料電池発電部対応部２９と冷媒マニホルド３２とを合わせた領域とを互いからシールしており、
セパレータ１８Ａ、１８Ｂが隣接セル１０との対向面で弾性材シール４０の燃料電池発電部対応部２９側に冷媒と接触する冷媒接触面４２をもつ、
燃料電池であって、
前記セパレータ１８Ａ、１８Ｂの冷媒接触面４２の、燃料電池発電部対応部２９を除く部位でかつセル間の弾性材シール４０配設部を除く部位のうち、燃料電池発電部対応部２９を挟んで対向する対向部３０、３１に、冷媒接触側表面に冷媒が流通する電気絶縁層４４を形成した燃料電池。
前記セパレータ１８Ａ、１８Ｂの冷媒接触面４２の、電気絶縁層４４を形成した部位と、燃料電池発電部対応部２９における隣接セル１０のセパレータ１８Ｂ、１８Ａとの当接部４６とを除いた全面に、電気絶縁層４５を形成した請求項１記載の燃料電池。