JP5157363B2 - 燃料電池用セパレータ - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用セパレータに関し、積層時に隣接する部材による干渉があっても破損し難い燃料電池用セパレータに関する。

一般的に、固体高分子型燃料電池の単位セルは、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、その両面にそれぞれ積層されるセパレータとから構成される。

膜電極接合体は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標：デュポン社製）などの固体高分子電解質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及びガス拡散層から構成され酸化剤ガス（例えば、空気）が供給される空気極（カソード極）と、電解質膜の他面に配置された触媒層及びガス拡散層とから構成され燃料ガス（例えば、水素ガス）が供給される燃料極（アノード極）とを有している。

セパレータは、導電性の材料から気密に成型され、膜電極接合体を間に挟んで積層された場合に、膜電極接合体における空気極側に空気室を形成し、燃料極側に燃料室を形成する。

燃料電池スタックが構成される場合には、隣り合う単位セルはセパレータが共通とされている。そのため、セパレータは、各単位セルで発電された電気を集電する一方で、隣接する単位セルへのガスの移動を遮断する機能を有する。

近年、効率的な集電機能と膜電極接合体へのガスの効率的な供給機能とを持たせるべく、開口を有する導電性部材（例えば、エキスパンドメタル）を集電部として採用したセパレータ（又はセパレータユニット）が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００７−３５５２７号公報

ところで、膜電極接合体とセパレータとを積層して燃料電池を構成する場合には、一対のセパレータ間にはガスシール性を確保する目的でガスケットが介在される。かかるガスケットには、大きく分けて、セパレータの表面に配置されるタイプのガスケット（例えば、Ｏリングなど）と、膜電極接合体の外周側に一体的に配設されるタイプのガスケットとがある。これらのタイプのうち、製造工程数の抑制などの観点では、膜電極接合体の外周側に一体的に配設されるタイプのガスケットが好ましいとされている。

しかしながら、ガスケットとして、膜電極接合体の外周側に配設されるタイプのガスケットを採用した場合には、膜電極接合体とセパレータとの積層時に、ガスケットがセパレータ側へ近づきつつ配置されるので、寸法誤差や位置合わせの誤差などによってセパレータの集電部とガスケットとが干渉する危険性が高まる。上述した特許文献１に記載されるタイプのセパレータに対し、かかる干渉が生じると、開口を有する導電性部材の破損を招く。

かかる干渉の解決策としては、ガスケットのシール部分と膜電極接合体との間を長く設計することが挙げられるが、ガスケットのシール部分と膜電極接合体との距離が長くなる程、シール性を低下させるので好ましくなく、有効な解決策とはなり得ない。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、シール性の犠牲を抑制しつつ、積層時に隣接する部材による干渉があっても破損し難い燃料電池用セパレータを提供することを目的としている。

この目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池用セパレータは、固体高分子電解質膜とその固体高分子電解質膜のそれぞれ片面に積層されたアノード極とカソード極とを有する膜電極接合体を、該膜電極接合体の外周に配設されるガスケットを挟んで積層するためのものであって、導電性を有する板状のセパレータ本体と、前記セパレータ本体の少なくとも片面かつ前記ガスケットの内周近傍に立設され、その配置によって前記アノード極又は前記カソード極へ供給するガスの流路を形成する複数本の導電性のリブ部材と、前記複数本のリブ部材の端面上に架設され、前記固体高分子電解質膜を挟持したときに前記アノード極又は前記カソード極に当接されると共に多数の開口を有する板状の集電部材と、を備え、前記集電部材の端辺のうち、前記リブ部材における端面の長手方向に沿って重なる端辺が、該端面の長手方向の端辺を避けた面方向内側に位置する。

請求項２記載の燃料電池用セパレータは、請求項１記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記複数本のリブ部材は、略平行に配置されており、最も外側に位置するリブ部材の剛性が、他のリブ部材の剛性に比べて高くされている。

請求項３記載の燃料電池セパレータは、請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記複数本のリブ部材は、略平行に配置されており、最も外側に位置するリブ部材の幅が、他のリブ部材の幅に比べて広くされている。

請求項１記載の燃料電池用セパレータによれば、板状のセパレータ本体の少なくとも片面かつガスケットの内周近傍に、複数本のリブ部材が、アノード極又はカソード極へ供給するガスの流路を形成する配置で立設されており、それらのリブ部材の端面上に、多数の開口を有する板状の集電部材が架設されている。かかるタイプの燃料電池セパレータは、集電部材の端辺のうち、リブ部材における端面の長手方向に沿って重なる端辺が、ガスケットとの干渉の際に最も破損（例えば、リブ部材からの剥離や、折れや歪み等の損傷など）が生じ易い。

しかし、請求項１記載の燃料電池用セパレータによれば、集電部材の端辺のうち、リブ部材における端面の長手方向に沿って重なる端辺が、該端面の長手方向の端辺を避けた面方向内側に位置されるので、ガスケットのシール部分と膜電極接合体との距離を長くすることなく、ガスケットとの干渉によって最も破損し易い集電部材の端辺との距離を長くすることができる。よって、シール性を損なうことなくガスケットによる干渉に対しても集電部材の破損を生じ難くすることができるという効果がある。

請求項２記載の燃料電池用セパレータによれば、請求項１記載の燃料電池用セパレータの奏する効果に加えて、次の効果を奏する。複数本のリブ部材は、略平行に配置されており、ここで、最も外側に位置するリブ部材、即ち、ガスの流路端部となるリブ部材の剛性が、他のリブ部材の剛性に比べて高くされている。一般的に、ガスの流路端部となるリブ部材がガスケットと最も干渉を起こし易い箇所であるので、かかる箇所に位置するリブ部材の剛性を高めることにより、ガスケットの圧縮応力に対抗し得る剛性が確保されて破損し難いという効果がある。

請求項３記載の燃料電池用セパレータによれば、請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータの奏する効果に加えて、次の効果を奏する。複数本のリブ部材は、略平行に配置されており、ここで、最も外側に位置するリブ部材、即ち、ガスの流路端部となるリブ部材の幅が、他のリブ部材の幅に比べて広くされている。

一般的に、ガスの流路端部となるリブ部材がガスケットと最も干渉を起こし易い箇所であるので、かかる箇所に位置するリブ部材の幅を広くすることにより、そのリブ部材の剛性を高めることができる。よって、ガスケットの圧縮応力に対抗し得る剛性が確保されて破損し難いという効果がある。

また、ガスの流路端部となるリブ部材の幅を広くしたことにより、かかるリブ部材における端面の長手方向に沿って重なる集電部材の端辺を、該端面の長手方向の端辺を避けた面方向内側に位置させたとしても、集電部材とリブ部材との接触面積（接合面積）を十分に確保することができるので、これらの部材の接合強度を十分に確保することができ、ガスケットによる干渉に対しても集電部材の破損を生じ難くすることができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。まず、図１は、燃料電池の単位セル１０が複数積層された燃料電池スタック１００の一部を示す分解斜視図である。

図１に示すように、燃料電池スタック１００は、内周側に膜電極接合体２０が一体化されているガスケット部材４０と、メタルセパレータ６０とが交互に多数積層された構造（図１では、３枚のガスケット部材４０と３枚のメタルセパレータ６０のみを図示）を有する。なお、この燃料電池スタック１００の積層方向の両端には、エンドプレート（図示せず）が配置されており、ボルト（図示せず）及びナット（図示せず）などを用いて両エンドプレートを締結することによって、交互に積層されるガスケット部材２０及びメタルセパレータ６０を加圧挟持している。

ここで、燃料電池の単位セル１０は、膜電極接合体２０と、膜電極接合体２０の外周側に配設されているガスケット部材４０と、膜電極接合体２０の両面側に位置するメタルセパレータ６０とによって構成される。なお、図１に示すように、１のメタルセパレータ６０は、隣接する単位セル１０のセパレータとして共通に使用されている。

膜電極接合体２０は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標：デュポン社製）やＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標：旭化成（株）製）などの固体高分子電解質膜２１（図２（ｃ）参照）と、該固体高分子電解質膜の両面に各々積層されて接合された一対の電極層２２，２３（図２（ｃ）参照）とから構成される。

膜電極接合体２０における両電極層２２，２３は、どちらも、触媒層（図示せず）とガス拡散層（図示せず）とから構成され、触媒層の側が固体高分子電解質膜に接合されている。これらの電極層は、供給されるガスの種類に応じて、空気極（カソード極）又は燃料極（アノード極）とされる。なお、以下では、電極層２２を空気極２２とし、電極層２３を燃料極２３として説明する。

なお、空気極２２及び燃料極２３における図示されないガス拡散層は、ガス拡散が可能なカーボン製の織物やカーボン製の紙等から構成されるものであり、例えば、カーボンクロス、カーボンペーパー、カーボン繊維からなる不織布などが使用される。

また、膜電極接合体２０における図示されない触媒層としては、例えば、白金触媒が担持されたカーボンと電解質とを含んで構成された層を採用することができる。

次に、図２及び図３を参照して、本実施形態のガスケット部材４０について説明する。図２（ａ）は、内周側に膜電極接合体２０が一体化されているガスケット部材４０の一面側を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すガスケット部材４０の裏面側を模式的に示す斜視図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ線における断面図である。なお、図２（ａ）及び図２（ｃ）では、図面の理解を容易にする目的で、シール構造体４５，５１の詳細な構成を省略して示している。

図３（ａ）は、図２（ａ）において矢印ＩＩＩａ方向から見た部分の正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における断面図であり、図３（ｃ）は、図２（ａ）において矢印ＩＩＩｃ方向から見た部分の正面図である。なお、図面の理解を容易にする目的で、図３（ａ）における肩部４５ｂ，４５ｃに対し、並びに、図３（ｃ）における肩部５１ｂ，５１ｃに対してハッチングを施している。

ガスケット部材４０は、膜電極接合体２０の外周側に配設されて、その両面にそれぞれ対向して配置される一対のメタルセパレータ６０との間のガスシール性を確保するための部材である。このガスケット部材４０は、ガスケット部材４０の一面を構成する空気極ガスケット４１と、他面を構成する燃料極ガスケット４２とから構成される。空気極ガスケット４１及び燃料極ガスケット４２は、ゴムや樹脂などの絶縁性弾性体から構成されており、それぞれ、絶縁性弾性体を該当形状に射出成型することによって作製される。

ここで、各ガスケット４１，４２の一面側（互いに接着される側の面）には、補強板を兼ねる接着フィルムシート（図示せず）が配設されており、これらの接着フィルムシートを対向させて両ガスケット４１，４２を接着させることにより、ガスケット部材４０が作製される。なお、空気極ガスケット４１及び燃料極ガスケット４２には、それぞれ、膜電極接合体２０に応じた開口４１ａ及び４２ａが形成されており、ガスケット部材４０作製時には、空気極ガスケット４１と燃料極ガスケット４２との間に膜電極接合体２０を介在させた上で接着させる。よって、膜電極接合体２０が接着フィルムシート（図示せず）によって固定されて、その結果、ガスケット部材４０は、その内周側に膜電極接合体２０が一体化されたものとして得られる。

ガスケット部材４０は、膜電極接合体２０を挟む両端側に開口部４３，４４を有している。これらの開口部４３，４４は、燃料電池スタック１００の積層方向（図２（ａ）における矢印Ｚ方向又はその反対方向）に燃料ガス（例えば、水素ガス）を流通させる流路とされるものである。

かかる開口部４３，４４から空気極２２や外界へ燃料ガスが漏洩することを防止するため、ガスケット部材４０における空気極ガスケット４１には、開口部４３，４４の周囲にシール構造体４５が形成されている。

このシール構造体４５は、シールリップ部４５ａと、断面視におけるシールリップ部４５ａの両側（即ち、シールリップ４５ａの内周側及び外周側）に位置する肩部４５ｂ，４５ｃと、シールリップ部４５ａと肩部４５ｂとの間に形成される溝部４５ｄと、シールリップ部４５ａと肩部４５ｃとの間に形成される溝部４５ｅとから構成される。かかるシール構造体は、低荷重でのシール性を確保できるように低硬度（例えば、硬度４０〜５０度程度）の絶縁性弾性体から構成されている。

シールリップ部４５ａは、燃料電池スタック１００の構成時（積層時）に対向するメタルセパレータ６０から押圧されて変形し、そのメタルセパレータ６０と密接することによってガスシール機能を発揮する部分である。肩部４５ｂ，４５ｃは、後述する肩部５１ｂ，５１ｃと共に、燃料電池スタック１００の構成時（積層時）に一対のメタルセパレータ６０の間隔を規定すると共に、シールリップ４５ａを側方から支持してリップ倒れを防止する機能を果たす。また、溝部４５ｄ，４５ｅは、圧縮荷重によるシールリップ部４５ａの変形を許容するための絶縁性弾性体の逃げ部として機能する部分である。

より詳細には、シールリップ部４５ａは、ガスシール機能の長期耐久性に対する要求を満たすべく、図３（ｂ）に示すような断面山形状や断面三角形状など、鋭利な先細の先端部を有していると共に、その高さが肩部４５ｂ，４５ｃの高さより高くなる（即ち、先端部が肩部４５ｂ，４５ｃより高い位置となる）ように構成されている。

図３（ｂ）に示すように、肩部４５ｂ，４５ｃは、シールリップ部４５ａを所望の圧縮率に制御できる（即ち、シールリップ部４５ａを圧縮荷重に対して所望の高さに制御できる）よう、いずれもシールリップ部４５ａの高さより低く、互いに略同一の高さであるように構成されている。

また、肩部４５ｂ，４５ｃの先端部が広幅とされているので、ガスケット部４０の横ずれをある程度許容することができ、許容範囲内において横ずれによるシール性の低下を防止することができる。

ガスケット部材４０における空気極ガスケット４１には、対向する２端辺４６ａ，４６ｂ側の開放された凹部４６が形成されている。この凹部４６は、メタルセパレータ６０を積層した場合に空気極側コレクタ６３（図４（ａ）参照）を収容し、酸化剤ガスとしての空気が空気極２２上を矢印Ｘ方向（又はその反対方向）に流通する空気室を形成する。

一方で、ガスケット部材４０における燃料極ガスケット４２の外周にはシール構造体５１が形成されている。このシール構造体５１は、燃料電池スタック１００（又は単位セル１０）から外界への燃料ガスの漏洩を防止するものである。

シール構造体５１は、上述したシール構造体４５と同様に、シールリップ部５１ａと、断面視におけるシールリップ部５１ａの両側（即ち、シールリップ４５ａの内周側及び外周側）に位置する肩部５１ｂ，５１ｃと、シールリップ部５１ａと肩部５１ｂとの間に形成される溝部５１ｄと、シールリップ部５１ａと肩部５１ｃとの間に形成される溝部５１ｅとから構成される。

シールリップ部５１ａは、シールリップ４５ａと同様に、燃料電池スタック１００の構成時（積層時）に対向するメタルセパレータ６０から押圧されて変形し、そのメタルセパレータ６０と密接することによってガスシール機能を発揮する部分であり、鋭利な先細の先端部を有していると共に、その高さが肩部５１ｂ，５１ｃの高さより高くなるように構成されている。

肩部５１ｂ，５１ｃは、上述した肩部４５ｂ，４５ｃと共に、一対のメタルセパレータ６０の間隔を規定する部分であり、その高さがシールリップ部５１ａの高さより低く、互いに略同一の高さであるように構成されている。また、肩部５１ｂ，５１ｃは、肩部４５ｂ，４５ｃと同様に、先端部が広幅に構成されている（図３（ｂ）参照）。

また、溝部５１ｄ，５１ｅは、上述した溝部４５ｄ，４５ｅと同様に、圧縮荷重によるシールリップ部５１ａの変形を許容するための絶縁性弾性体の逃げ部として機能する部分である。

また、ガスケット部材４０における燃料極ガスケット４２には、凹部５２が形成されている。この凹部５２は、メタルセパレータ６０を積層した場合に燃料極側コレクタ６２（図４（ｂ）参照）を収容し、燃料ガス（例えば、水素）が燃料極２３上を矢印Ｙ方向（又はその反対方向）に流通する燃料室を形成する。

次に、図４を参照して、本実施形態のメタルセパレータ６０について説明する。図４（ａ）は、メタルセパレータ６０の一面側を模式的に示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すメタルセパレータ６０の裏面側を模式的に示す斜視図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）におけるＡ部を矢印ＩＶｃ方向から見た拡大図であり、図４（ｄ）は、図４（ａ）のＩＶｄ−ＩＶｄ線における断面図である。

メタルセパレータ６０は、板状のセパレータ本体６１と、セパレータ６１の一面に設けられた燃料極側コレクタ６２と、セパレータ６１の他面に設けられた空気極側コレクタ６３とから構成される。

セパレータ本体６１は、隣接する単位セル１０間のガス遮断部材として機能するものであり、導電性の薄板から構成され、ガスケット部材４０の開口部４３，４４に対応する位置（即ち、積層した場合に開口部４３，４４と連通される位置）に、燃料ガスの流路となる開口部６１ａ，６１ｂが開口されている。なお、セパレータ本体６１を構成する導電性の薄板としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル合金、チタン合金などに金メッキ等の耐腐食導電処理を施した薄板を使用できる。

燃料極側コレクタ６２は、ガスケット部材４０の凹部５２ａ（図２参照）に収容されて膜電極接合体２０における燃料極２３側に接触して電極反応によって生じた電流を集電する集電体である。

この燃料極側コレクタ６２は、セパレータ本体６１の一面側から同じ高さに立設される導電性を有する複数本のリブ６２ａ，６２ｂと、これらのリブ６２ａ，６２ｂの先端面に架設される導電性の集電部材６２ｃとから構成される。

図４（ａ）に示すように、複数本のリブ６２ａ，６２ｂは、開口部６１ａと開口部６１ｂとの間に延設されており、各リブ６２ａ，６２ｂは略同ピッチの間隔で略平行となるように配置されている。本実施形態では、複数本のリブ６２ａ，６２ｂのうち、両端（最外端）に位置するリブ６２ａの幅（短手方向長さ）が、両端以外のリブ６２ｂの幅より広く構成されている。

また、集電部材６２ｃは、多数の開口を有する導電性の板材（例えば、エキスパンドメタルやパンチングメタル等のメタル板材など）から構成される。かかる集電部材６２ｃがリブ６２ａ，６２ｂの上端に架設されたことにより、セパレータ本体６１とリブ６２ａ，６２ｂのうち隣接する２本のリブと集電部材６２ｃとにより囲まれる空間６２ｄが燃料ガス流路として機能する。上述のように、集電部材６２ｃは多数の開口を有しているので、空間６２ｄ（燃料ガス流路）を流通する燃料ガスは、かかる開口を通過して燃料極２３へと供給される。

図４（ｃ）に示すように、本実施形態のメタルセパレータ６０では、最外端のリブ６２ａの長手方向に沿って重なる集電部材６２ｃの端辺６２ｃ１が、リブ６２ａの端面６２ａ１の長手方向の端辺（即ち、最外端辺）を避けた面方向内側にて接合されている。

上述したように、燃料極側コレクタ６２は、燃料電池スタック１００の構成時（積層時）に、ガスケット部材４０における燃料極ガスケット４２の凹部５２に収容される。その際、寸法誤差や位置合わせの誤差などによって、燃料極ガスケット４２のシール構造体５１が、最外端のリブ６２ａ付近に干渉することがある。

しかし、本実施形態のメタルセパレータ６０によれば、燃料極側コレクタ６２の集電部材６２ｃにおける端辺６２ｃ１が、その端辺６２ｃ１が重なる最外端のリブ６２ａの端面６２ａ１の最外端辺を避けた面方向内側にて接合されているので、その分、かかる端辺６２ｃ１は燃料極ガスケット４２のシール構造体５１から遠く離されることになり、シール構造体５１が最外端のリブ６２ａ付近に干渉したとしても、集電部材６２ｃの破損（例えば、リブ６２ａからからの端辺６２ｃ１が剥離や、折れや歪みの発生など）を生じ難くすることができる。

ここで、本実施形態のメタルセパレータ６０によれば、最外端となるリブ６２ａの幅が、他のリブ６２ｂの幅より広くされているので、端辺６２ｃ１を端面６２ａ１における最外端辺を避けた面方向内側にて接合させたとしても、集電部材６２ｃとリブ６２ａとの接触面積（接合面積）を十分に確保することができる。よって、端辺６２ｃ１を端面６２ａ１における最外端辺を避けた面方向内側にて接合させたとしても、集電部材６２ｃとリブ６２ａとの接合強度を十分に確保することができるので、その点においても、ガスケット部材４０（シール構造体５１）による干渉によって集電部材６２ｃが破損されることを抑制できる。

一方で、空気極側コレクタ６３は、ガスケット部材４０の凹部４６（図２参照）に収容されて膜電極接合体２０における空気極２２側に接触して電極反応によって生じた電流を集電する集電体である。

この空気極側コレクタ６３は、セパレータ本体６１の一面側から同じ高さに立設される導電性を有する複数本のリブ６３ａ，６３ｂと、これらのリブ６３ａ，６３ｂの先端面に架設される導電性の集電部材６３ｃとから構成される。

図４（ｂ）に示すように、複数本のリブ６３ａ，６３ｂは、燃料極側コレクタ６２のリブ６２ａ，６２ｂと略直交する方向に延設されており、各リブ６３ａ，６３ｂは略同ピッチの間隔で略平行となるように配置されている。本実施形態では、燃料極側コレクタ６２のリブ６２ａ，６２ｂと同様に、空気極側コレクタ６３における複数本のリブ６２ａ，６２ｂのうち、両端（最外端）に位置するリブ６３ａの幅（短手方向長さ）が、両端以外のリブ６３ｂの幅より広く構成されている。

空気極側コレクタ６３の集電部材６３ｃもまた、燃料極側コレクタ６２の集電部材６２ｃと同様に、多数の開口を有する導電性の板材（例えば、エキスパンドメタルやパンチングメタル等のメタル板材など）から構成される。かかる集電部材６３ｃがリブ６３ａ，６３ｂの上端に架設されたことにより、セパレータ本体６１とリブ６３ａ，６３ｂのうち隣接する２本のリブと集電部材６３ｃとにより囲まれる空間６３ｄが燃料ガス流路として機能する。上述のように、集電部材６３ｃは多数の開口を有しているので、空間６３ｄ（空気流路）を流通する空気は、かかる開口を通過して空気極２２へと供給される。また、電極反応の結果として空気極２２において生成された水を集電部材６３ｃの開口を介して空間６３ｄ（空気流路）へ透過することができる。

図４（ｄ）に示すように、空気極側コレクタ６３における最外端のリブ６３ａの長手方向に沿って重なる集電部材６３ｃの端辺６３ｃ１が、リブ６３ａの端面６３ａ１の長手方向の端辺を避けた面方向内側にて接合されている。

上述したように、空気極側コレクタ６３は、燃料電池スタック１００の構成時（積層時）に、ガスケット部材４０における空気極ガスケット４１の凹部４６に収容されるが、本実施形態のメタルセパレータ６０によれば、上述した燃料極側コレクタ６２の場合と同様に、空気極側コレクタ６３における集電部材６３ｃの端辺６３ｃ１をリブ６３ａの端面６３ａ１の長手方向の端辺を避けた面方向内側にて接合させたことにより、その分、かかる端辺６３ｃ１と空気極ガスケット４１のシール構造体４５との間隔を長くすることができ、その結果として、シール構造体４５による干渉によって集電部材６２ｃが破損されることを抑制できる。

また、本実施形態のメタルセパレータ６０によれば、最外端となるリブ６３ａの幅が、他のリブ６３ｂの幅より広くされているので、上述した燃料極側コレクタ６２の場合と同様に、集電部材６３ｃとリブ６３ａとの接触面積（接合面積）を十分に確保することができ、集電部材６２ｃとリブ６２ａとの接合強度を十分に確保することができる。その結果、燃料電池スタック１００の構成時（積層時）に、シール構造体４５による干渉によって集電部材６２ｃが破損されることを好適に抑制できる。

なお、上述した燃料極側コレクタ６２を構成するリブ６２ａ，６２ｂ及び集電部材６２ｃ、並びに、空気側コレクタ６３を構成するリブ６３ａ，６３ｂ及び集電部材６３ｃとしては、上述したセパレータ本体６１として採用した導電性の材質、即ち、ステンレス鋼、ニッケル合金、チタン合金などに金メッキ等の耐腐食導電処理を施したものを使用できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、シール構造体４５，５１による干渉によって破損され易い集電部材６２ｃ，６３ｃの端辺６２ｃ１，６３ｃ１を、最外端となるリブ６２ａ，６３ａの端面６２ａ１，６３ａ１における最外端辺を避けた面方向内側にて接合するので、シール構造体４５，５１と膜電極接合体２０との距離を長くすることなく、シール構造体４５，５１との干渉によって最も破損し易い集電部材６２ｃ，６３ｃの端辺６２ｃ１，６３ｃ１との距離を長くすることができる。よって、シール性を損なうことなくガスケット部材４０（シール構造体４５，５１）による干渉に対しても集電部材６２ｃ，６３ｃの破損（例えば、リブ６２ａからからの端辺６２ｃ１が剥離や、折れや歪みの発生など）を生じ難くすることができる。

ここで、端辺６２ｃ１，６３ｃ１が位置する最外端のリブ６２ａ，６３ａの幅は、他のリブ６２ｂ，６３ｂの幅より広くされているので、端辺６２ｃ１，６３ｃ１を端面６２ａ１，６３ａ１における最外端辺を避けた面方向内側にて接合させたとしても、集電部材６２ｃとリブ６２ａとの接触面積、及び、集電部材６３ｃとリブ６３ａとの接触面積をそれぞれ十分に確保することができる。従って、集電部材６２ｃとリブ６２ａとの接合強度、及び、集電部材６３ｃとリブ６３ａとの接合強度を共に十分に確保することができるので、ガスケット部材４０（シール構造体５１）による干渉によって集電部材６２ｃが破損されることを好適に抑制できる。

また、シール構造体４５，５１と最も干渉し易いリブ６２ａ，６３ａの幅を、他のリブ６２ｂ，６３ｂの幅より広くすることにより、そのリブ部材６２ａ，６３ａ自体の剛性を高めることができる。よって、ガスケット部材による干渉時に圧縮応力に対抗し得る剛性が確保されるので、リブ部材６２ａ，６３ａも破損し難くなる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記実施形態では、最外端のリブ６２ａ，６３ａの幅を他のリブ６２ｂ，６３ｂの幅より広くする構成としたが、最外端のリブ６２ａ，６３ａの幅と他のリブ６２ｂ，６３ｂの幅とが略同一の構成であってもよい。

また、上記実施形態では、最外端のリブ６２ａ，６３ａの幅を他のリブ６２ｂ，６３ｂの幅より広くすることにより、リブ部材６２ａ，６３ａ自体の剛性を高めたが、リブ６２ｂ，６３ｂの材質や接合態様により、これらの最外端のリブ部材６２ａ，６３ａの剛性を高める構成としてもよい。

また、上記実施形態では、燃料極側コレクタ６２のリブ６２ａ，６２ｂ、及び、空気極側コレクタ６３のリブ６３ａ，６３ｂを略平行に配置するものとしたが、ガスの流路に応じて適宜配置を変更することができる。その際も、集電部材６２ｃ，６３ｃの端辺のうち、最外端となるリブにおける端面の長手方向に沿って重なる端辺が、該端面の長手方向の端辺を避けた面方向内側に位置することにより、ガスケット部材４０（シール構造体４５，５１）による干渉に対しても集電部材６２ｃ，６３ｃの破損（例えば、リブ６２ａからからの端辺６２ｃ１が剥離や、折れや歪みの発生など）を生じ難くすることができる。

燃料電池の単位セルが複数積層された燃料電池スタックの一部を示す分解斜視図である。 （ａ）は、内周側に膜電極接合体が一体化されているガスケット部材の一面側を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、図２（ａ）に示すガスケット部材の裏面側を模式的に示す斜視図であり、（ｃ）は、図２（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ線における断面図である。 （ａ）は、図２（ａ）において矢印ＩＩＩａ方向から見た部分の正面図であり、（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における断面図であり、（ｃ）は、図２（ａ）において矢印ＩＩＩｃ方向から見た部分の正面図である。 （ａ）は、メタルセパレータの一面側を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、図４（ａ）に示すメタルセパレータの裏面側を模式的に示す斜視図であり、（ｃ）は、図４（ａ）におけるＡ部を矢印ＩＶｃ方向から見た拡大図であり、（ｄ）は、図４（ａ）のＩＶｄ−ＩＶｄ線における断面図である。

符号の説明

１０ 単位セル
２１ 固体高分子電解質膜
２２ 空気極（カソード極）
２３ 燃料極（アノード極）
６０ メタルセパレータ（燃料電池用セパレータ）
６１ セパレータ本体
６２ａ リブ（複数本のリブ部材の一部、最も外側に位置するリブ部材）
６２ｂ リブ（複数本のリブ部材の一部、他のリブ部材）
６２ｃ 集電部材
６２ｄ 空間（ガスの流路）
６３ａ リブ（複数本のリブ部材の一部、最も外側に位置するリブ部材）
６３ｂ リブ（複数本のリブ部材の一部、他のリブ部材）
６３ｃ 集電部材
６３ｄ 空間（ガスの流路）
１００ 燃料電池スタック

Claims (3)

1. 固体高分子電解質膜とその固体高分子電解質膜のそれぞれ片面に積層されたアノード極とカソード極とを有する膜電極接合体を、該膜電極接合体の外周に配設されるガスケットを挟んで積層するための燃料電池用セパレータであって、
   導電性を有する板状のセパレータ本体と、
   前記セパレータ本体の少なくとも片面かつ前記ガスケットの内周近傍に立設され、その配置によって前記アノード極又は前記カソード極へ供給するガスの流路を形成する複数本の導電性のリブ部材と、
   前記複数本のリブ部材の端面上に架設され、前記固体高分子電解質膜を挟持したときに前記アノード極又は前記カソード極に当接されると共に多数の開口を有する板状の集電部材と、を備え、
   前記集電部材の端辺のうち、前記リブ部材における端面の長手方向に沿って重なる端辺が、該端面の長手方向の端辺を避けた面方向内側に位置することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
2. 前記複数本のリブ部材は、略平行に配置されており、最も外側に位置するリブ部材の剛性が、他のリブ部材の剛性に比べて高くされていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
3. 前記複数本のリブ部材は、略平行に配置されており、最も外側に位置するリブ部材の幅が、他のリブ部材の幅に比べて広くされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータ。
   
   
   
   
   

Images