JP4507650B2

JP4507650B2 - 燃料電池

Info

Publication number: JP4507650B2
Application number: JP2004073376A
Authority: JP
Inventors: 康之浅井; 千智加藤; 浩一郎山下; 喜隆木野; 康一郎川上; 宏弥中路
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: JP2005259662A

Description

本発明は燃料電池に関し、とくに燃料電池のセパレータに関する。

燃料電池、たとえば固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータとの積層体（ただし、積層方向は任意でよい）からなる。膜−電極アッセンブリは、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触媒層からなる電極（アノード、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータとの間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層が設けられる。アノード側セパレータには、アノードに燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路が形成され、カソード側セパレータには、カソードに酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路が形成されている。膜−電極アッセンブリとセパレータを重ねてセルを構成し、少なくとも１つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル、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、セル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート）、ボルト・ナットにて固定して、燃料電池スタックを構成する。
各セルの、アノード側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする電離反応が行われ、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、またはセル積層方向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他端のセルのカソードにくる）から水を生成するつぎの反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
カソード側：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ

特開２００３−４５４５３号公報は、直線部とコーナ部（Ｕターン部）とを含むガス流路を備え、ガス流路の直線部に長リブを配置し、ガス流路のコーナ部に短リブを配置し、リブ間にＭＥＡと拡散層を挟む構造のセパレータを開示している。直線部のリブを長リブとしたことによって、連続リブとほぼ同じ程度の集電性が得られるとともに、長リブ間に排水路ができることによって良好な排水性が得られ、集電性と排水性を両立させた燃料電池が得られる。

しかし、特開２００３−４５４５３号公報の燃料電池にも、つぎの問題がある。
長リブと短リブという大きさの異なる複数種のリブを有することによって、セパレータの拡散層、ＭＥＡとの面圧分布がセル面内で不均一となる。この場合、長リブ部の面圧が短リブ部の面圧に比べて高くなる。その結果、出力がセル面内で不均一となる。
そして、面圧の高い長リブ部に対応する部分で表面が粗な拡散層がＭＥＡを強く押し、その部分のＭＥＡが傷つきやすく、ＭＥＡが傷つくと燃料電池の耐久性は低下する。
特開２００３−４５４５３号公報

本発明が解決しようとする問題点は、ガス流路に大きさの異なる複数種のリブを有するセパレータをもつ燃料電池における、面圧分布の不均一と、面圧の高い部分におけるＭＥＡの劣化である。
本発明の目的は、ガス流路に大きさの異なる複数種のリブを有するセパレータをもつ燃料電池であって、面圧分布がセル面内で均一化でき、これによって面圧の高い部分があると生じやすいＭＥＡの劣化も抑制できる燃料電池を提供することにある。

上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明はつぎの通りである。
（１）電解質膜の一側に配置された、直線部とコーナ部を含む燃料ガス流路に大きさの異なる複数種のリブを有するアノード側セパレータと、
電解質膜の他側に配置された、直線部とコーナ部を含む酸化ガス流路に大きさの異なる複数種のリブを有するカソード側セパレータと、
を備えた燃料電池であって、
アノード側セパレータのリブとカソード側セパレータのリブとは、セル面内方向と直交する方向に互いに重なる部分の面積分布がセル面内でほぼ均一になるように配置されている、燃料電池。
（２）アノード側セパレータのリブは長リブと短リブを含み、カソード側セパレータのリブは長リブと短リブを含み、
アノード側セパレータの短リブとカソード側セパレータの短リブとは、各短リブの全面でセル面内方向と直交する方向に互いに重なり、
アノード側セパレータの長リブとカソード側セパレータの長リブとは、各長リブが一部のみでセル面内方向と直交する方向に互いに重なり、かつ、各重なり部の面積が短リブの重なり部の面積とほぼ同じ面積となるように、配置されている、（１）記載の燃料電池。
（３）燃料ガス流路は直線部とコーナ部を含み、燃料ガス流路の直線部に長リブが、燃料ガス流路のコーナ部に短リブが配置されており、
酸化ガス流路は直線部とコーナ部を含み、酸化ガス流路の直線部に長リブが、酸化ガス流路のコーナ部に短リブが配置されており、
アノード側セパレータの短リブとカソード側セパレータの短リブとは、各短リブの全面でセル面内方向と直交する方向に互いに重なるように配置されており、
アノード側セパレータの長リブとカソード側セパレータの長リブとは、長リブ長手方向にずらされて各長リブが一部のみでセル面内方向と直交する方向に互いに重なり、かつ、各重なり部の面積が前記短リブの重なり部の面積とほぼ同じ面積となるように、配置されている、（１）記載の燃料電池。
（４）リブは長リブを含み、該長リブがレンガ積み状に配置されている（１）記載の燃料電池。
（５）リブは長リブを含み、該長リブが四角格子状に配置されている（１）記載の燃料電池。

上記（１）の燃料電池によれば、アノード側セパレータのリブとカソード側セパレータのリブとは、セル面内方向と直交する方向に互いに重なる部分（この重なる部分でＭＥＡおよび拡散層にリブからの面圧がかかる）の面積分布がセル面内でほぼ均一になるように配置されているので、面圧分布がセル面内で均一化され、これによって面圧の高い部分があると生じやすいＭＥＡの劣化も抑制できる。
上記（２）の燃料電池によれば、アノード側セパレータの長リブとカソード側セパレータの長リブとは、各長リブが一部のみでセル面内方向と直交する方向に互いに重なり、かつ、各重なり部の面積が短リブの重なり部の面積とほぼ同じ面積となるように、配置されているので、重なり部の分布と面積が、したがって、面圧分布が、ガス流路の直線部とコーナ部とで、ほぼ同じになり、面圧分布がセル面内で均一化される。これによって面圧の高い部分があると生じやすいＭＥＡの劣化も抑制できる。
上記（３）の燃料電池によれば、アノード側セパレータの短リブとカソード側セパレータの短リブとは、各短リブの全面でセル面内方向と直交する方向に互いに重なるように配置されており、アノード側セパレータの長リブとカソード側セパレータの長リブとは、長リブ長手方向にずらされて各長リブが一部のみでセル面内方向と直交する方向に互いに重なり、かつ、各重なり部の面積が前記短リブの重なり部の面積とほぼ同じ面積となるように、配置されているので、重なり部の分布と面積が、したがって、面圧分布が、長リブのある直線部と短リブのあるコーナ部とで、ほぼ同じになり、面圧分布がセル面内で均一化される。これによって面圧の高い部分があると生じやすいＭＥＡの劣化も抑制できる。
上記（４）の燃料電池によれば、リブは長リブを含み、該長リブがレンガ積み状に配置されているので、ガス配分が連続リブと同じ程度に良好に維持されたまま、連続リブに比べて、排水性が向上される。
上記（５）の燃料電池によれば、リブは長リブを含み、該長リブが四角格子状に配置されているので、連続リブに比べて、排水性が向上される。

以下に、本発明の燃料電池を図１〜図６を参照して説明する。図中、図１は本発明の実施例１にも実施例２にも適用できる本発明の特徴を有する構造を示し、図２は本発明の実施例１を示し、図３は本発明の実施例２を示し、図４〜図６は本発明の実施例１にも実施例２にも適用可能な一般構成を示す。本発明の実施例１、実施例２に共通する部分には、実施例１、実施例２にわたって同じ符号を付してある。
まず、本発明の実施例１、実施例２に共通する部分を、図１、図２、図４〜図６を参照して説明する。

本発明の燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池１０である。該燃料電池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。
図４〜図６に示すように、固体高分子電解質型燃料電池１０は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。積層方向は任意である。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１と、この電解質膜の一面に配置された触媒層１２を有する電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜１１の他面に配置された触媒層１５を有する電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側に、それぞれ、リブ下にもガスを流通させ拡散させるために拡散層１３、１６が設けられる。ガス拡散層１３、１６は、カーボンを主成分とする、ガス透過性をもつ層であり、たとえば、カーボン繊維を樹脂バンダで結合したものからなる。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねてセル（単セル）１９を構成し、少なくとも１つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ（電気絶縁体）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２４）、ボルト・ナット２５にて固定して、燃料電池スタック２３を構成する。

セパレータ１８は、導電性を有し、カーボンセパレータ、またはメタルセパレータ、または導電性樹脂セパレータ、またはメタルセパレータと中抜きの樹脂フレームとの組み合わせ、などからなる。
ＭＥＡを挟む一対のセパレータ１８のうち、アノード側セパレータ１８Ａには、ＭＥＡに対向する側に、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、カソード側セパレータ１８Ｂには、ＭＥＡに対向する側に、カソード１７に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２８が形成されている。また、セパレータ１８のガス流路２７、２８と反対側の面には冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６が形成される。燃料電池のうちガス流路２７、２８とＭＥＡの両方が存在する領域が、セル１９の発電領域を構成する。

セル１９には、セル積層方向に延びる燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１、冷媒マニホールド２９が形成される。燃料ガスマニホールド３０は燃料ガス流路２７に接続しており、燃料ガス流路２７に燃料ガスを供給・排出する。酸化ガスマニホールド３１は酸化ガス流路２８に接続しており、酸化ガス流路２８に酸化ガスを供給・排出する。冷媒マニホールド２９は冷媒流路２６に接続しており、冷媒流路２６に冷媒を供給・排出する。

セル１９のＭＥＡを挟んで対向する一対のセパレータ１８同士は、セル外周部およびマニホールド２９、３０、３１まわりで、電気絶縁材である接着剤３３によりシール接着されている。接着剤３３は膜１１とその両側のセパレータ１８との間もシール接着している。セル１９同士は、セル外周部およびマニホールド２９、３０、３１まわりで、ガスケット（ゴムガスケット）３２によりシールされている。

アノード側セパレータ１８Ａ、カソード側１８ＢのＭＥＡに対向する側の面には、凸部であるリブ３４がセパレータ１８に一体に形成され、リブ３４とリブ３４との間の凹（溝）部が、ガス流路２７、２８を形成する。リブ３４はリブ頂面（リブ先端面）で、拡散層１３、１６を介してＭＥＡを押す。したがって、スタック締結状態では、リブ３４はリブ頂面でセル積層方向に拡散層１３、１６に押しつけられる。

電解質膜１１の一側に配置されたアノード側セパレータ１８Ａは、その燃料ガス流路２７に、リブ３４を有し、リブ３４は、大きさの異なる複数種のリブを含む。
同様に、電解質膜１１の他側に配置されたカソード側セパレータ１８Ｂは、その酸化ガス流路２８に、リブ３４を有し、リブ３４は、大きさの異なる複数種のリブを含む。
アノード側セパレータ１８Ａのリブ３４とカソード側セパレータ１８Ｂのリブ３４とは、セル面内方向と直交する方向に互いに重なる部分（図２、図３で斜線を施した部分）の面積分布が、（ガス流路２７、２８の直線部もコーナ部も含めて）セル面内でほぼ均一になるように配置されている。

より詳しくは、アノード側セパレータ１８Ａのリブ３４は長リブ３４Ｌと短リブ３４Ｓを含み、カソード側セパレータのリブ１８Ｂは長リブ３４Ｌと短リブ３４Ｓを含む。長リブ３４Ｌの方が短リブ３４Ｓより大きさが大であり、長リブ３４Ｌと短リブ３４Ｓは大きさの異なる複数種のリブを構成する。たとえば、「大きさ」が「長さ」の場合（ただし、「大きさ」は「長さ」に限るものではなく、面積である場合もある、以下では「大きさ」が「長さ」の場合を例にとる）長リブ３４Ｌの方が短リブ３４Ｓより長さが長く、長リブ３４Ｌの幅と短リブ３４Ｓの幅は同じかまたはほぼ同じである。
アノード側セパレータ１８Ａの短リブ３４Ｓとカソード側セパレータ１８Ｂの短リブ３４Ｓとは、各短リブ３４Ｓの全面（各リブの頂面の全面）でセル面内方向と直交する方向に互いに重なっている。
アノード側セパレータ１８Ａの長リブ３４Ｌとカソード側セパレータ１８Ｂの長リブ３４Ｌとは、各長リブ３４が一部のみでセル面内方向と直交する方向に互いに重なり（図２、図３で重なり部に斜線を施してある）、かつ、各重なり部の面積が短リブ３４Ｓの重なり部の面積とほぼ同じ面積となるように、配置されている。

より詳しくは、燃料ガス流路２７は直線部２７Ａとコーナ部（Ｕターン部）２７Ｂを含み、燃料ガス流路２７の直線部２７Ａに長リブ３４Ｌが、燃料ガス流路２７のコーナ部２７Ｂに短リブ３４Ｓが配置されている。
同様に、酸化ガス流路２８は直線部２８Ａとコーナ部（Ｕターン部）２８Ｂを含み、酸化ガス流路２８の直線部２８Ａに長リブ３４Ｌが、酸化ガス流路２８のコーナ部２８Ｂに短リブ３４Ｓが配置されている。
アノード側セパレータ１８Ａの燃料ガス流路２７のコーナ部２７Ｂの短リブ３４Ｓとカソード側セパレータ１８Ｂの酸化ガス流路２８のコーナ部２８Ｂの短リブ３４Ｓとは、各短リブ３４の全面（各リブ頂面の全面）でセル面内方向と直交する方向に互いに重なるように配置されている。
同様に、アノード側セパレータ１８Ａの燃料ガス流路２７の直線部２７Ａの長リブ３４Ｌとカソード側セパレータ１８Ｂの酸化ガス流路２８の直線部２８Ａの長リブ３４Ｌとは、長リブ長手方向にずらされて各長リブ３４Ｌが各長リブ３４Ｌの一部のみでセル面内方向と直交する方向に互いに重なり、かつ、各重なり部（図２、図３で斜線を施した部分）の面積が短リブ３４Ｓの重なり部の面積とほぼ同じ面積となるように、配置されている。

たとえば、短リブ３４Ｓが、一辺がｄの正方形で、短リブ間流路の幅がｄとなるように配置されている。また、長リブ３４Ｌが幅がｄ、長さが３ｄの矩形リブであり、長リブ間流路の幅がｄとなるように配置されている。その場合、燃料ガス流路２７の直線部２７Ａの長リブ３４Ｌと酸化ガス流路２８の直線部２８Ａの長リブ３４Ｌを、長リブ長手方向に２ｄずらすと、長リブ３４Ｌの重なり部（斜線を施した部分）は、各長リブ３４Ｌの両端部の長さｄの部分に現れ、各重なり部は、一辺がｄの正方形で、隣り合う重なり部とｄだけ離れる分布を呈す。この長リブ３４Ｌの重なり部の分布は、短リブ３４Ｓの重なり部の分布（短リブ３４Ｓの重なり部は、一辺がｄの正方形で、隣り合う重なり部とｄだけ離れた分布となっている）と同じである。

つぎに、本発明の各実施例に共通な部分の作用・効果を説明する。
本発明の燃料電池では、アノード側セパレータ１８Ａのリブ３４とカソード側セパレータ１８Ｂのリブ３４とは、セル面内方向と直交する方向に互いに重なる部分を有し（この重なる部分でＭＥＡおよび拡散層にリブ３４からの面圧がかかる）、この重なる部分の面積分布がセル面内でほぼ均一になるように配置されているので、リブ３４からＭＥＡおよび拡散層にかかる面圧の分布がセル面内で均一化される。これによって、面圧の高い部分があると生じやすいＭＥＡの劣化も抑制できる。すなわち、面圧の分布が不均一であると、面圧が大きい部分で、セパレータリブ部で強く押された拡散層がＭＥＡにくい込んで膜１１の傷つきや孔あきを起こしやすいが、本発明では各リブからの面圧分布が均一化されているので、ＭＥＡや膜１１の損傷が起こりにくい。膜１１に孔があくと、水素がエアと混合して燃焼し、膜１１を益々損傷し、燃料電池の寿命が終了するが、このような現象が生じにくいため、燃料電池の寿命が延びる。

より詳しくは、本発明の燃料電池では、アノード側セパレータ１８Ａの長リブ３４Ｌとカソード側セパレータ１８Ｂの長リブ３４Ｌとは、各長リブが一部のみでセル面内方向と直交する方向に互いに重なり、かつ、各重なり部（図２、図３で斜線を施した部分）の面積が短リブ３４Ｓの重なり部の面積とほぼ同じ面積となるように、配置されているので、重なり部の分布と面積が、したがって、面圧分布が、ガス流路２７、２８の直線部２７Ａ、２８Ａとコーナ部２７Ｂ、２８Ｂとで、ほぼ同じになり、面圧分布がセル面内で均一化される。これによって面圧の高い部分があると生じやすいＭＥＡの劣化も抑制できる。

より詳しくは、本発明の燃料電池では、アノード側セパレータ１８Ａの短リブ３４Ｓとカソード側セパレータ１８Ｂの短リブ３４Ｓとは、各短リブ３４Ｓの全面（各短リブ３４Ｓの頂面の全面）でセル面内方向と直交する方向に互いに重なるように配置されており、アノード側セパレータ１８Ａの長リブ３４Ｌとカソード側セパレータ１８Ｂの長リブ３４Ｌとは、長リブ長手方向にずらされていて各長リブ３４Ｌが一部のみ（各長リブ３４Ｌの両端部のみ）でセル面内方向と直交する方向に互いに重なり、かつ、各重なり部の面積が短リブ３４Ｓの重なり部の面積とほぼ同じ面積となるように、配置されているので、重なり部の分布と面積が、したがって、面圧分布が、長リブ３４Ｌのある直線部２７Ａ、２８Ａと短リブ３４Ｓのあるコーナ部２７Ｂ、２８Ｂとで、ほぼ同じになり、面圧分布がセル面内で均一化される。これによって面圧の高い部分があると生じやすいＭＥＡの劣化も抑制できる。

つぎに、本発明の各実施例に特有な部分を説明する。
〔実施例１〕
本発明の実施例１では、図２に示すように、長リブ３４Ｌがレンガ積み状に配置されている。燃料ガス流路２７の直線部２７Ａの長リブ３４Ｌも、酸化ガス流路２８の直線部２８Ａの長リブ３４Ｌも、それぞれ、レンガ積み状に配置されている。ただし、アノード側セパレータ１８Ａの長リブ３４Ｌとカソード側セパレータ１８Ｂの長リブ３４Ｌとは、長リブ長手方向にずらされていて各長リブ３４Ｌが一部のみ（各長リブ３４Ｌの両端部のみ）でセル面内方向と直交する方向に互いに重なり、かつ、各重なり部の面積が短リブ３４Ｓの重なり部の面積とほぼ同じ面積となるように、配置されている。
たとえば、短リブ３４Ｓが、一辺がｄの正方形で、短リブ間流路の幅がｄとなるように配置されている。また、長リブ３４Ｌが幅がｄ、長さが３ｄの矩形リブであり、長リブ間流路の幅がｄとなるように配置されている。燃料ガス流路２７の直線部２７Ａの長リブ３４Ｌと酸化ガス流路２８の直線部２８Ａの長リブ３４Ｌを、長リブ長手方向に２ｄずらす。その結果、長リブ３４Ｌの重なり部（斜線を施した部分）は、各長リブ３４Ｌの両端部の長さｄの部分に現れ、各重なり部は、一辺がｄの正方形で、隣り合う重なり部とｄだけ離れる分布を呈す。この長リブ３４Ｌの重なり部の分布は、短リブ３４Ｓの重なり部の分布（短リブ３４Ｓの重なり部は、一辺がｄの正方形で、隣り合う重なり部とｄだけ離れた分布となっている）と同じである。ただし、リブ配置はこの例に限るものではない。

本発明の実施例１の作用・効果については、長リブ３４Ｌがレンガ積み状に配置されていることによって、直線部２７Ａ、２８Ａを流れるガスが、長リブ３４Ｌの長手方向に平行に流れやすくなり、長リブ３４Ｌの長手方向と直交する方向には、流れにくくなる。これは、長リブ３４Ｌと長リブ３４Ｌとの間の隙間を通って長リブ３４Ｌの長手方向と直交する方向に流れても長リブ３４Ｌと衝突して長リブ３４Ｌ長手方向に整流されるためである。その結果、長リブ３４Ｌに沿ってガスがセル面全域に配分され、流れやすい領域のみに偏流することがなくなり、ガス配分が連続リブと同じ程度に良好に維持される。連続リブの場合は連続リブで水分が下方に流れるのが阻止されるため、排水性が悪いが、本発明では、長リブ３４Ｌ間に隙間があって、その隙間を通って水が下方に短絡して流れるので、連続リブの場合に比べて、生成水の排水性が向上される。

〔実施例２〕
本発明の実施例２では、図３に示すように、長リブ３４Ｌが四角格子状に配置されている。燃料ガス流路２７の直線部２７Ａの長リブ３４Ｌも、酸化ガス流路２８の直線部２８Ａの長リブ３４Ｌも、それぞれ、四角格子状に配置されている。ただし、アノード側セパレータ１８Ａの長リブ３４Ｌとカソード側セパレータ１８Ｂの長リブ３４Ｌとは、長リブ長手方向にずらされていて各長リブ３４Ｌが一部のみ（各長リブ３４Ｌの両端部のみ）でセル面内方向と直交する方向に互いに重なり、かつ、各重なり部の面積が短リブ３４Ｓの重なり部の面積とほぼ同じ面積となるように、配置されている。
たとえば、短リブ３４Ｓが、一辺がｄの正方形で、短リブ間流路の幅がｄとなるように配置されている。また、長リブ３４Ｌが幅がｄ、長さが３ｄの矩形リブであり、長リブ間流路の幅がｄとなるように配置されている。燃料ガス流路２７の直線部２７Ａの長リブ３４Ｌと酸化ガス流路２８の直線部２８Ａの長リブ３４Ｌを、長リブ長手方向に２ｄずらす。その結果、長リブ３４Ｌの重なり部（斜線を施した部分）は、各長リブ３４Ｌの両端部の長さｄの部分に現れ、各重なり部は、一辺がｄの正方形で、隣り合う重なり部とｄだけ離れる分布を呈す。この長リブ３４Ｌの重なり部の分布は、短リブ３４Ｓの重なり部の分布（短リブ３４Ｓの重なり部は、一辺がｄの正方形で、隣り合う重なり部とｄだけ離れた分布となっている）と同じである。ただし、リブ配置はこの例に限るものではない。

本発明の実施例２の作用・効果については、長リブ３４Ｌ間に隙間があって、その隙間を通って水が下方に短絡して流れるので、連続リブの場合に比べて、生成水の排水性が向上される。

本発明の実施例１および実施例２の燃料電池の一部の拡大断面図である。本発明の実施例１の燃料電池の一部の拡大平面図である。本発明の実施例２の燃料電池の一部の拡大平面図である。本発明の燃料電池スタックの側面図である。図４の燃料電池の一部の断面図である。本発明の燃料電池の正面図である。

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、１５触媒層
１３、１６拡散層
１４電極（アノード、燃料極）
１７電極（カソード、空気極）
１８セパレータ
１８Ａアノード側ガスケット
１８Ｂカソード側ガスケット
１９セル
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
２６冷媒流路（冷却水流路）
２７燃料ガス流路
２７Ａ燃料ガス流路の直線部
２７Ｂ燃料ガス流路のコーナ部
２８酸化ガス流路
２８Ａ酸化ガス流路の直線部
２８Ｂ酸化ガス流路のコーナ部
２９冷媒マニホールド（冷却水マニホールド）
３０燃料ガスマニホールド
３１酸化ガスマニホールド
３２ガスケット
３３接着剤（接着剤層）
３４リブ
３４Ｌ長リブ
３４Ｓ短リブ

Claims

電解質膜の一側に配置された、直線部とコーナ部を含む燃料ガス流路に大きさの異なる複数種のリブを有するアノード側セパレータと、
電解質膜の他側に配置された、直線部とコーナ部を含む酸化ガス流路に大きさの異なる複数種のリブを有するカソード側セパレータと、
を備えた燃料電池であって、
アノード側セパレータのリブとカソード側セパレータのリブとは、セル面内方向と直交する方向に互いに重なる部分の面積分布がセル面内でほぼ均一になるように配置されている、燃料電池。
アノード側セパレータのリブは長リブと短リブを含み、カソード側セパレータのリブは長リブと短リブを含み、
アノード側セパレータの短リブとカソード側セパレータの短リブとは、各短リブの全面でセル面内方向と直交する方向に互いに重なり、
アノード側セパレータの長リブとカソード側セパレータの長リブとは、各長リブが一部のみでセル面内方向と直交する方向に互いに重なり、かつ、各重なり部の面積が短リブの重なり部の面積とほぼ同じ面積となるように、配置されている、請求項１記載の燃料電池。
燃料ガス流路は直線部とコーナ部を含み、燃料ガス流路の直線部に長リブが、燃料ガス流路のコーナ部に短リブが配置されており、
酸化ガス流路は直線部とコーナ部を含み、酸化ガス流路の直線部に長リブが、酸化ガス流路のコーナ部に短リブが配置されており、
アノード側セパレータの短リブとカソード側セパレータの短リブとは、各短リブの全面でセル面内方向と直交する方向に互いに重なるように配置されており、
アノード側セパレータの長リブとカソード側セパレータの長リブとは、長リブ長手方向にずらされて各長リブが一部のみでセル面内方向と直交する方向に互いに重なり、かつ、各重なり部の面積が前記短リブの重なり部の面積とほぼ同じ面積となるように、配置されている、請求項１記載の燃料電池。
リブは長リブを含み、該長リブがレンガ積み状に配置されている請求項１記載の燃料電池。
リブは長リブを含み、該長リブが四角格子状に配置されている請求項１記載の燃料電池。