JP5050434B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に関し、特に、複数の層状部材により構成されたセパレータを備える燃料電池に関する。

近年、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する燃料電池が注目されている。燃料電池は、例えば、膜・電極接合体（以下「ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）」とも呼ぶ）とセパレータとが交互に積層された構成を有する。

セパレータの製造の効率化等のために、複数の層状部材により構成されたセパレータが採用される場合がある（例えば特許文献１）。特許文献１には、３層の金属製プレートを熱圧着で接合することにより製造されたセパレータが開示されている。

特開２００４−６１０４号公報

３層の金属製プレートを熱圧着で接合することによりセパレータを製造する場合、熱によってセパレータに歪みが生じ、結果的に燃料電池の品質が低下する恐れがあった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、複数の層状部材により構成されたセパレータを備える燃料電池において、燃料電池の品質低下を抑制することを可能とする技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の燃料電池は、
電解質層と前記電解質層の両面に配置された電極層とを含む発電体と、
前記発電体の両面に配置されると共に、接着部材を用いて互いに接着された複数の層状部材により構成されたセパレータと、
前記発電体の周囲に配置されると共に、前記セパレータの積層面に当接して前記当接した部分における流体の流通を抑制する有効シール部を有するシール部と、を備え、
前記セパレータは、前記燃料電池の積層方向から見て、前記セパレータと前記有効シール部との当接部分の少なくとも一部と、前記接着部材と、が重ならないように構成されている。

この燃料電池では、セパレータを構成する複数の層状部材が接着部材を用いて互いに接着されるため、熱によるセパレータの歪みを抑制することができ、燃料電池の品質低下を抑制することができる。

また、この燃料電池では、セパレータが、燃料電池の積層方向から見て、セパレータと有効シール部との当接部分の少なくとも一部と、接着部材と、が重ならないように構成されている。そのため、接着部材のクリープを原因としたシール不良の発生を抑制することができ、燃料電池の品質低下をより効果的に抑制することができる。

上記燃料電池において、前記セパレータにおいて、前記複数の層状部材の内の１つの厚さは、前記接着部材が配置されていない位置より、前記接着部材が配置された位置の方が、前記接着部材の厚さ分だけ小さく設定されているとしてもよい。

この構成によれば、接着部材が配置された部分における部材の変形を抑制しつつ、一定の厚さを有するセパレータを形成することができる。

また、上記燃料電池において、前記セパレータは、２つの外側層と前記２つの外側層に挟まれた中間層との３つの前記層状部材により構成されており、
前記中間層は、前記接着部材が配置された位置の部分を形成するための第１の材料と、前記接着部材が配置されていない位置の部分を形成するための前記第１の材料よりも耐クリープ性能の高い第２の材料と、を用いて形成されているとしてもよい。

この構成によれば、接着部材が配置されていない位置の中間層が耐クリープ性能の高い第２の材料を用いて形成される。セパレータと有効シール部との当接部分の少なくとも一部の位置は、上記接着部材が配置されていない位置と積層方向に沿って重なる位置である。このような位置の中間層を耐クリープ性能の高い第２の材料を用いて形成することにより、中間層のクリープを原因としたシール不良の発生を抑制することができ、燃料電池の品質低下をより効果的に抑制することができる。また、第１の材料として比較的耐クリープ性能の低い材料を採用することが可能となり、セパレータの形成に用いる材料の選択肢の増加を図ることができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池用セパレータ、燃料電池を備えた移動体、それらの製造方法等の態様で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ｂ．変形例：

Ａ．実施例：
図１および図２は、本発明の実施例としての燃料電池１００の断面構成を概略的に示す説明図である。また、図３ないし図６は、本発明の実施例としての燃料電池１００の平面構成を概略的に示す説明図である。図１は、図３ないし図６におけるＩ−Ｉ切断面に沿った燃料電池１００の断面構成を示しており、図２は、図３ないし図６におけるＩＩ−ＩＩ切断面に沿った燃料電池１００の断面構成を示している。図３は、燃料電池１００を構成する単セル２００の平面構成を示している。図４ないし図６は、燃料電池１００を構成するセパレータ３００を構成する各部材の平面構成を示している。図３ないし図６に示した平面構成は、図１および図２における左側から見た平面構成である。

本実施例の燃料電池１００は、固体高分子型の燃料電池であり、例えば酸化ガスとしての空気と水素リッチな燃料ガスとを用いて発電を行う。燃料電池１００は、図１および図２に示すように、単セル２００とセパレータ３００とが交互に積層された構成（スタック構成）を有している。図１および図２では、燃料電池１００に含まれる単セル２００およびセパレータ３００の内の一部を抜き出して示しており、他の単セル２００およびセパレータ３００は図示を省略している。なお、本明細書では、燃料電池１００を構成する単セル２００およびセパレータ３００を積層する方向、すなわち、図１および図２における左右方向を、「燃料電池１００の積層方向」または単に「積層方向」と呼ぶ。

単セル２００は、図１および図２に示すように、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly（膜・電極接合体））２１０と、ＭＥＡ２１０を両側から挟むように配置されたアノード側の第１の拡散層２２０およびカソード側の第１の拡散層２３０と、を有している。ＭＥＡ２１０とアノード側の第１の拡散層２２０およびカソード側の第１の拡散層２３０との積層体は、本発明における「発電体」に相当する。

以下の説明では、アノード側の第１の拡散層２２０を単に「アノード側第１拡散層２２０」と呼び、カソード側の第１の拡散層２３０を単に「カソード側第１拡散層２３０」と呼ぶものとする。また、アノード側第１拡散層２２０およびカソード側第１拡散層２３０を、まとめて「第１拡散層２２０および２３０」とも呼ぶものとする。第１拡散層２２０および２３０は、内部空隙率が高く気体が内部を流通する際の圧力損失が小さい金属製多孔体やカーボン製多孔体を用いて構成されており、ＭＥＡ２１０における発電に用いられる反応ガス（空気および燃料ガス）を流通させる多孔体流路として機能する。

ＭＥＡ２１０は、図１および図２において一部を拡大して示すように、電解質層２１２と、電解質層２１２を両側から挟むように配置されたアノード側触媒電極層２１４およびカソード側触媒電極層２１５と、を有している。電解質層２１２は、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性を有するイオン交換膜を用いて構成されており、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。アノード側触媒電極層２１４およびカソード側触媒電極層２１５は、例えば白金や白金合金といった触媒を担持した触媒担持カーボンを含んでいる。

さらに、本実施例では、ＭＥＡ２１０は、アノード側触媒電極層２１４の電解質層２１２と対向する面とは反対側の面に配置されたアノード側の第２の拡散層２１６と、カソード側触媒電極層２１５の電解質層２１２と対向する面とは反対側の面に配置されたカソード側の第２の拡散層２１７と、を有している。以下の説明では、アノード側の第２の拡散層２１６を単に「アノード側第２拡散層２１６」と呼び、カソード側の第２の拡散層２１７を単に「カソード側第２拡散層２１７」と呼ぶものとする。また、アノード側第２拡散層２１６およびカソード側第２拡散層２１７を、まとめて「第２拡散層２１６および２１７」とも呼ぶものとする。第２拡散層２１６および２１７は、内部空隙率が高く気体が内部を流通する際の圧力損失が小さい金属製多孔体やカーボン製多孔体を用いて構成されている。なお、本実施例のように構成されたＭＥＡ２１０は、「ＭＥＧＡ」と呼ばれる場合もある。

単セル２００の外周部には、図１および図２に示すように、シール部５１０が配置されている。本実施例では、シール部５１０は、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム等のシール材料を用いた射出成形により形成される。シール部５１０の形成の際には、シール部５１０を形成するためのシール材料をＭＥＡ２１０や第１拡散層２２０および２３０の内部に含浸させ、いわゆるアンカー効果によりシール部５１０とＭＥＡ２１０とを結合する。

シール部５１０は、積層方向に突出した凸型断面形状のリップ部５１２を有している。リップ部５１２は、セパレータ３００の積層面に当接している。本実施例では、リップ部５１２は、単セル２００とセパレータ３００とが積層される際に、セパレータ３００により圧縮されて変形し、セパレータ３００の積層面に密着するような形状および材料が採用されている。なお、本明細書では、リップ部５１２とセパレータ３００とが接する部分の連続をシールラインＳＬと呼ぶ。図面上では、リップ部５１２とセパレータ３００とが接する部分の中央の位置にシールラインＳＬを示す線を表現している。また、面状部材の厚さ方向に直交する表面を「積層面」と呼ぶものとする。

シール部５１０のリップ部５１２により、反応ガスや冷却媒体（例えば冷却水）等の流体に対するシールが実現される。すなわち、シール部５１０のリップ部５１２は、反応ガスの外部への漏洩を抑制するとともに、燃料電池１００内部における反応ガスおよび冷却水の流路の一部を形成する。リップ部５１２は、本発明における有効シール部に相当する。

図３は、単セル２００の平面構成を示している。上述したように、図３に示した平面構成は、図１および図２における左側から見た平面構成であるため、単セル２００の中央部には、アノード側第１拡散層２２０が示されている。また、単セル２００の外周部には、シール部５１０が配置されている。シール部５１０のリップ部５１２（図１および図２参照）は、シールラインＳＬがアノード側第１拡散層２２０の周囲を囲むような形状に形成されている。

シール部５１０には、貫通孔５４２，５５２，５６２，５７２，５８２，５９２が形成されている。これらの貫通孔５４２〜５９２は、後述するように、反応ガスおよび冷却水のための流路の一部を形成する。シール部５１０のリップ部５１２（図１および図２参照）は、シールラインＳＬが貫通孔のそれぞれの周囲を囲むような形状に形成されている。

なお、図１および図２における右側から見た単セル２００の平面構成も、図３に示した平面構成と同様である。

セパレータ３００は、図１および図２に示すように、３つの層状部材が積層された構成を有している。すなわち、セパレータ３００は、カソード側第１拡散層２３０に対向するカソード対向プレート３１０と、アノード側第１拡散層２２０に対向するアノード対向プレート３２０と、カソード対向プレート３１０およびアノード対向プレート３２０に狭持された中間層３３０と、を含んでいる。

図４は、カソード対向プレート３１０の平面構成を示している。カソード対向プレート３１０は、導電性材料（例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）やチタン（Ｔｉ）、チタン合金といった金属、あるいはカーボン）によって形成された矩形平面形状の薄板である。カソード対向プレート３１０には、貫通孔３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６が形成されている。これらの貫通孔３１１〜３１６は、それぞれが、シール部５１０（図３）に形成された貫通孔５４２〜５９２の１つと積層方向に沿って連通する位置に配置されており、後述するように、反応ガスおよび冷却水のための流路の一部を形成する。さらに、カソード対向プレート３１０には、小孔３１７および３１８が形成されている。小孔３１７および３１８は、カソード側第１拡散層２３０の積層面に対向する位置に配置されている（図１参照）。なお、図４中の破線は、後述の中間層３３０に形成された孔や溝の位置を示す線である。

図５は、アノード対向プレート３２０の平面構成を示している。図４に示したカソード対向プレート３１０と同様に、アノード対向プレート３２０は、導電性材料によって形成された矩形平面形状の薄板であり、貫通孔３２１，３２２，３２３，３２４，３２５，３２６が形成されている。これらの貫通孔３２１〜３２６は、それぞれが、シール部５１０（図３）に形成された貫通孔５４２〜５９２の１つと積層方向に沿って連通する位置に配置されており、後述するように、反応ガスおよび冷却水のための流路の一部を形成する。さらに、アノード対向プレート３２０には、小孔３２７および３２８が形成されている。小孔３２７および３２８は、アノード側第１拡散層２２０の積層面に対向する位置に配置されている（図２参照）。なお、図５中の破線は、後述の中間層３３０に形成された孔や溝の位置を示す線である。

図６は、中間層３３０の平面構成を示している。中間層３３０の中央部には、冷却媒体流路形成部材３８０が配置されている。冷却媒体流路形成部材３８０は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）やチタン（Ｔｉ）、チタン合金といった金属によって形成された導電性多孔体である。冷却媒体流路形成部材３８０は、後述するように、燃料電池１００を冷却するための冷却媒体（冷却水）を流通させる冷却媒体流路として機能する。また、後述するように、中間層３３０を構成する他の部材が非導電性材料を用いて構成される場合には、冷却媒体流路形成部材３８０が、セパレータ３００における積層方向に沿った導電性を確保する。

中間層３３０の外周部には、冷却媒体流路形成部材３８０を囲む枠状形状のフレーム部材３４０と、フレーム部材３４０に形成された孔に嵌め込まれた反力支持部材３５０，３６０，３７０とが配置されている。図６には、リップ部５１２のシールラインＳＬ（図１および図２参照）の位置を参考のために示している。図６に示すように、中間層３３０の平面上におけるシールラインＳＬの位置には、概ね、フレーム部材３４０ではなく、反力支持部材３５０，３６０，３７０が配置されることとなっている。この点については、後に詳述する。

中間層３３０、より詳細には中間層３３０の反力支持部材３５０〜３７０には、貫通孔３５２，３５６，３６２，３６６，３７２，３７４が形成されている。これらの貫通孔３５２〜３７４は、それぞれが、シール部５１０（図３）に形成された貫通孔５４２〜５７２の１つと積層方向に沿って連通する位置に配置されており、後述するように、反応ガスおよび冷却水のための流路の一部を形成する。

図６に示すように、貫通孔３５２は、カソード対向プレート３１０（図４）に形成された小孔３１７と連通する連通溝３５４を有する。同様に、貫通孔３５６は、カソード対向プレート３１０（図４）に形成された小孔３１８と連通する連通溝３５８を有する。また、貫通孔３６２は、アノード対向プレート３２０（図５）に形成された小孔３２７と連通する連通溝３６４を有し、貫通孔３６６は、アノード対向プレート３２０に形成された小孔３２８と連通する連通溝３６８を有する。また、貫通口３７２および３７４は、冷却媒体流路形成部材３８０と連通する形状に形成されている。

燃料電池１００内には、図１に示すように、発電に用いられる空気が供給される空気供給路６４０と、利用されなかった空気が排出される空気排出路６５０とが形成されている。空気供給路６４０は、シール部５１０の貫通孔５４２（図３）と、セパレータ３００を構成する各部材の貫通孔３１１（図４），３２１（図５），３５２（図６）とが連通することにより形成される。また、空気排出路６５０は、シール部５１０の貫通孔５５２（図３）と、セパレータ３００を構成する各部材の貫通孔３１２（図４），３２２（図５），３５６（図６）とが連通することにより形成される。

セパレータ３００の内部には、図１において矢印で示すように、空気供給路６４０から供給された空気をカソード側第１拡散層２３０に導くと共に、カソード側第１拡散層２３０から排出された空気を空気排出路６５０へと導くための流路が形成されている。すなわち、空気供給路６４０に供給された空気は、連通溝３５４（図６）および小孔３１７（図４）を介して、カソード側第１拡散層２３０の内部に流入する。その後、空気は、カソード側第１拡散層２３０内部を通過しつつＭＥＡ２１０における発電に利用される。発電に利用されなかった空気は、小孔３１８（図４）および連通溝３５８（図６）を介して、空気排出路６５０へと排出される。

同様に、燃料電池１００内には、図２に示すように、発電に用いられる燃料ガスが供給される燃料供給路６６０と、利用されなかった燃料ガスが排出される燃料排出路６７０とが形成されている。燃料供給路６６０は、シール部５１０の貫通孔５６２（図３）と、セパレータ３００を構成する各部材の貫通孔３１３（図４），３２３（図５），３６２（図６）とが連通することにより形成される。また、燃料排出路６７０は、シール部５１０の貫通孔５７２（図３）と、セパレータ３００を構成する各部材の貫通孔３１４（図４），３２４（図５），３６６（図６）とが連通することにより形成される。

セパレータ３００の内部には、図２において矢印で示すように、燃料供給路６６０から供給された燃料ガスをアノード側第１拡散層２２０に導くと共に、アノード側第１拡散層２２０から排出された燃料ガスを燃料排出路６７０へと導くための流路が形成されている。すなわち、燃料供給路６６０に供給された燃料ガスは、連通溝３６４（図６）および小孔３２７（図５）を介して、アノード側第１拡散層２２０の内部に流入する。その後、燃料ガスは、アノード側第１拡散層２２０内部を通過しつつＭＥＡ２１０における発電に利用される。発電に利用されなかった燃料ガスは、小孔３２８（図５）および連通溝３６８（図６）を介して、燃料排出路６７０へと排出される。

同様に、燃料電池１００内には、燃料電池１００を冷却する冷却媒体としての冷却水が供給される図示しない冷却水供給路と、冷却水が排出される図示しない冷却水排出路とが形成されている。冷却水供給路は、シール部５１０の貫通孔５８２（図３）と、セパレータ３００を構成する各部材の貫通孔３１５（図４），３２５（図５），３７２（図６）とが連通することにより形成される。また、冷却水排出路は、シール部５１０の貫通孔５９２（図３）と、セパレータ３００を構成する各部材の貫通孔３１６（図４），３２６（図５），３７４（図６）とが連通することにより形成される。

セパレータ３００の内部には、冷却水供給路から冷却水排出路までつながった冷却水流路が形成されている。すなわち、冷却水供給路に供給された冷却水は、貫通口３７２（図６）を介して冷却媒体流路形成部材３８０の内部に流入する。その後、冷却水は、冷却媒体流路形成部材３８０内部を通過しつつ単セル２００の冷却に利用され、貫通孔３７４（図６）を介して冷却水排出路へと排出される。

このように、本実施例のセパレータ３００は、単セル２００に対向する表面が平坦形状に形成されており、表面に反応ガスの流路としての溝を有していない。セパレータ３００における上述した空気、燃料ガス、冷却水が流通する流路の形成は、セパレータ３００を構成する３層の部材（カソード対向プレート３１０、アノード対向プレート３２０、中間層３３０）に、所定の打ち抜き加工等を施すことによって行われる。そのため、本実施例の燃料電池１００では、セパレータ３００の製造の容易化・低コスト化を図ることができる。

セパレータ３００の構成について、さらに詳細に説明する。図７は、セパレータ３００の詳細な断面構成を示す説明図である。図７（ａ）には、中間層３３０（図６）がフレーム部材３４０を用いて形成された部分におけるセパレータ３００の断面構成を示している。また、図７（ｂ）には、中間層３３０（図６）が反力支持部材３５０〜３７０を用いて形成された部分におけるセパレータ３００の断面構成を示している。

図７（ａ）に示すように、中間層３３０（図６）がフレーム部材３４０を用いて形成された部分では、フレーム部材３４０が接着層３４２によってカソード対向プレート３１０およびアノード対向プレート３２０に接着されている。ここで、フレーム部材３４０は、例えばポリプロピレン系の樹脂材料によって形成されている。また、接着層３４２は、比較的低温（例えば１２０℃〜１５０℃）で加熱することにより接着するフィルム状のラミネート樹脂により形成されている。

一方、図７（ｂ）に示すように、中間層３３０（図６）が反力支持部材３５０〜３７０を用いて形成された部分では、接着層３４２が配置されていない。すなわち、反力支持部材３５０〜３７０は、カソード対向プレート３１０およびアノード対向プレート３２０に接触してはいるが、接着されてはいない。反力支持部材３５０〜３７０は、例えばフェノール系の樹脂材料やチタン等の金属材料によって形成されている。

なお、フレーム部材３４０の厚さは、両側の接着層３４２の厚さの分だけ、反力支持部材３５０〜３７０の厚さより小さく設定されている。

このように、本実施例では、中間層３３０（図６）が、フレーム部材３４０の部分においてのみカソード対向プレート３１０およびアノード対向プレート３２０と接着されている。フレーム部材３４０は、図６に示すように、中間層３３０の最外周に枠状の部分を有すると共に、反力支持部材３５０および３６０のそれぞれを取り囲む部分を有する。さらに、フレーム部材３４０は、反力支持部材３７０および冷却媒体流路形成部材３８０を一体として取り囲む部分を有する。そのため、中間層３３０を、フレーム部材３４０の部分においてカソード対向プレート３１０およびアノード対向プレート３２０と接着すれば、セパレータ３００の内部における反応ガスおよび冷却水のためのシールは達成されることとなる。

このように、本実施例の燃料電池１００では、セパレータ３００が、３層の部材（カソード対向プレート３１０、アノード対向プレート３２０、中間層３３０）を用いて構成される。セパレータ３００を構成する３層の部材間の接合は、熱圧着ではなく、比較的低温下で実行可能な接着層３４２を用いた接着により行われる。そのため、セパレータ３００を構成する部材の歪みの発生を抑制することができ、燃料電池１００の品質の低下を抑制することができる。

また、本実施例の燃料電池１００では、上述したように、中間層３３０（図６）の平面上におけるシールラインＳＬの位置には、概ね、フレーム部材３４０ではなく、反力支持部材３５０，３６０，３７０が配置されることとなっている。より詳細には、フレーム部材３４０を反力支持部材３５０，３６０，３７０を取り囲む形状に形成するためにやむを得ない部分を除いて、シールラインＳＬの位置には、すべて反力支持部材３５０，３６０，３７０が配置される。ここで、中間層３３０が反力支持部材３５０〜３７０を用いて形成された部分（図７（ｂ））には接着層３４２が配置されていないため、中間層３３０の平面上におけるシールラインＳＬの位置には、概ね、接着層３４２が配置されていないこととなる。

ここで、燃料電池１００が使用される際には、燃料電池１００を構成する部材に積層方向に沿った力が長期的に加えられ、クリープが発生する場合がある。クリープは、応力負荷のもとで非弾性変形（歪み）が時間の経過とともに増加する現象である。

接着層３４２は、耐クリープ性能の低いラミネート樹脂により形成されているため、シールラインＳＬの位置に接着層３４２が配置されていると、接着層３４２のクリープによってセパレータ３００の厚さが小さくなり、リップ部５１２とセパレータ３００の積層面とで形成されたシールに不良が発生する恐れがある。なお、耐クリープ性能とは、クリープに伴う変形（歪み）の小ささを意味しており、例えば、クリープ強度といった指標により表される。本実施例の燃料電池１００では、シールラインＳＬの位置には、概ね、接着層３４２が配置されていないため、接着層３４２のクリープを原因としたシール不良の発生を抑制することができ、燃料電池１００の品質の低下をさらに効果的に抑制することができる。

また、本実施例の燃料電池１００では、フレーム部材３４０が耐クリープ性能の比較的低いポリプロピレン系の樹脂材料によって形成されているのに対し、反力支持部材３５０〜３７０が、耐クリープ性能の比較的高いフェノール系の樹脂材料やチタン等の金属材料によって形成されている。本実施例の燃料電池１００では、シールラインＳＬの位置には、概ね、反力支持部材３５０〜３７０が配置されるため、部材のクリープを原因としたシール不良の発生をより効果的に抑制することができ、燃料電池１００の品質の低下をさらに抑制することができる。同時に、セパレータ３００の形成に用いる材料の選択肢の増加を図ることができる。例えば、フレーム部材３４０をポリプロピレン系の樹脂材料によって形成することにより、燃料電池１００の軽量化、熱容量の削減、コストの低減等を図ることができる。

また、本実施例の燃料電池１００では、フレーム部材３４０の厚さが、両側の接着層３４２の厚さの分だけ、反力支持部材３５０〜３７０の厚さより小さく設定されている。そのため、中間層３３０の厚さを、フレーム部材３４０を用いて形成された部分と反力支持部材３５０〜３７０を用いて形成された部分とで、等しくすることができ、カソード対向プレート３１０およびアノード対向プレート３２０の変形を抑制しつつ、一定の厚さを有するセパレータ３００を形成することができる。

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｂ−１．変形例１：
上記実施例におけるセパレータ３００は、３つの層状部材（カソード対向プレート３１０、アノード対向プレート３２０、中間層３３０）により構成されているが、本発明はセパレータが３つに限らず複数の層状部材により構成された燃料電池であれば適用可能である。

Ｂ−２．変形例２：
上記実施例では、フレーム部材３４０と反力支持部材３５０〜３７０とが別部材として構成されているが、フレーム部材３４０と反力支持部材３５０〜３７０とを同一の材料を用いて一体部材として構成するとしてもよい。この場合にも、この一体部材の内、上記実施例におけるフレーム部材３４０に相当する部分のみに接着層を配置することにより、接着層のクリープを原因としたシール不良の発生を抑制することができる。

Ｂ−３．変形例３：
上記実施例では、中間層３３０の平面上におけるシールラインＳＬの位置には、概ね、接着層３４２が配置されていないが（図６参照）、シールラインＳＬの位置の少なくとも一部において接着層３４２が配置されていない構成を採用すれば、接着層のクリープを原因としたシール不良の発生を抑制することができる。ただし、シールラインＳＬの位置に接着層３４２を配置することをできる限り回避すれば、接着層のクリープを原因としたシール不良の発生をより効果的に抑制することができるため、好ましい。

Ｂ−４．変形例４：
上記実施例では、接着層３４２の存在を考慮してフレーム部材３４０の厚さを調整することにより、セパレータ３００の厚さを一定に設定しているが、他の部材、例えば、カソード対向プレート３１０やアノード対向プレート３２０の厚さを調整することにより、セパレータ３００の厚さを一定に設定するとしてもよい。

Ｂ−５．変形例５：
上記実施例では、燃料電池１００が、ＭＥＡ２１０の両面に第１拡散層２２０および２３０が配置された構成を有しているが、本発明は、燃料電池が、実施例における第１拡散層２２０および２３０を有さない構成を有する場合にも適用可能である。

Ｂ−６．変形例６：
上記各実施例では、燃料電池１００は、単セル２００とセパレータ３００とが交互に積層された構成を有しているとしているが、燃料電池１００を単セル２００とその両側に配置したセパレータ３００とによって構成することも可能である。

本発明の実施例としての燃料電池１００の断面構成を概略的に示す説明図である。 本発明の実施例としての燃料電池１００の断面構成を概略的に示す説明図である。 本発明の実施例としての燃料電池１００の平面構成を概略的に示す説明図である。 本発明の実施例としての燃料電池１００の平面構成を概略的に示す説明図である。 本発明の実施例としての燃料電池１００の平面構成を概略的に示す説明図である。 本発明の実施例としての燃料電池１００の平面構成を概略的に示す説明図である。 セパレータ３００の詳細な断面構成を示す説明図である。

符号の説明

１００…燃料電池
２００…単セル
２１０…ＭＥＡ
２１２…電解質層
２１４…アノード側触媒電極層
２１５…カソード側触媒電極層
２１６…アノード側第２拡散層
２１７…カソード側第２拡散層
２２０…アノード側第１拡散層
２３０…カソード側第１拡散層
３００…セパレータ
３１０…カソード対向プレート
３１１…貫通孔
３１２…貫通孔
３１３…貫通孔
３１４…貫通孔
３１５…貫通孔
３１６…貫通孔
３１７…小孔
３１８…小孔
３２０…アノード対向プレート
３２１…貫通孔
３２２…貫通孔
３２３…貫通孔
３２４…貫通孔
３２５…貫通孔
３２６…貫通孔
３２７…小孔
３２８…小孔
３３０…中間層
３４０…フレーム部材
３４２…接着層
３５０…反力支持部材
３５２…貫通孔
３５４…連通溝
３５６…貫通孔
３５８…連通溝
３６０…反力支持部材
３６２…貫通孔
３６４…連通溝
３６６…貫通孔
３６８…連通溝
３７０…反力支持部材
３７２…貫通口
３７４…貫通口
３８０…冷却媒体流路形成部材
５１０…シール部
５１２…リップ部
５４２…貫通孔
５５２…貫通孔
５６２…貫通孔
５７２…貫通孔
５８２…貫通孔
５９２…貫通孔
６４０…空気供給路
６５０…空気排出路
６６０…燃料供給路
６７０…燃料排出路

Claims (2)

1. 燃料電池であって、
   電解質層と前記電解質層の両面に配置された電極層とを含む発電体と、
   前記発電体の両面に配置されると共に、接着部材を用いて互いに接着された複数の層状部材により構成されたセパレータと、
   前記発電体の周囲に配置されると共に、前記セパレータの積層面に当接して前記当接した部分における流体の流通を抑制する有効シール部を有するシール部と、を備え、
   前記セパレータは、前記燃料電池の積層方向から見て、前記セパレータと前記有効シール部との当接部分の少なくとも一部と、前記接着部材と、が重ならないように構成されており、
   前記セパレータは、２つの外側層と前記２つの外側層に挟まれた中間層との３つの前記層状部材により構成されており、
   前記中間層は、前記接着部材が配置された位置の部分を形成するための第１の材料と、前記接着部材が配置されていない位置の部分を形成するための前記第１の材料よりも耐クリープ性能の高い第２の材料と、を用いて形成されている、燃料電池。
2. 請求項１記載の燃料電池であって、
   前記セパレータにおいて、前記複数の層状部材の内の１つの厚さは、前記接着部材が配置されていない位置より、前記接着部材が配置された位置の方が、前記接着部材の厚さ分だけ小さく設定されている、燃料電池。

Images