燃料電池
【課題】シール性に優れるシール構造を有する燃料電池を提供する。
【解決手段】膜電極接合体及びセパレータを備える単セルを積層した燃料電池において、隣接する単セル間のシール部位にセパレータにより定寸部が形成されており、定寸部を形成する定寸部形成部の少なくとも一部に水分混入抑制手段を備えることにより、シール性に優れるシール構造を有する燃料電池を提供することができる。
【解決手段】膜電極接合体及びセパレータを備える単セルを積層した燃料電池において、隣接する単セル間のシール部位にセパレータにより定寸部が形成されており、定寸部を形成する定寸部形成部の少なくとも一部に水分混入抑制手段を備えることにより、シール性に優れるシール構造を有する燃料電池を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極接合体及びセパレータを備える単セルを積層した燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題や資源問題への対策の一つとして、酸素や空気等の酸化ガスと、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）あるいはメタノール等の液体燃料等とを原料として電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池が注目されている。この燃料電池は、発電に使用される原料のガスや液体燃料が豊富に存在すること、また、その発電原理より排出される物質が水であること等より、クリーンなエネルギー源として様々な検討がされている。
【０００３】
単位燃料電池（単セル）は、電解質膜の一方の面に燃料極（アノード触媒層）と、もう一方の面に空気極（カソード触媒層）とが電解質膜を挟んで対向するように設けられた膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）をメタルセパレータ等のセパレータで挟んだものから形成される。単セルは複数積層されて燃料電池スタックとされる。セパレータには、流体流路が形成され、発電領域に、ＭＥＡ対向面に燃料ガス流路、酸化ガス流路、ＭＥＡ対向面と反対側面に冷媒流路が形成され、非発電領域に、燃料ガスマニホールド、酸化ガスマニホールド、冷媒マニホールドが形成されている。燃料ガスが燃料ガスマニホールド、燃料ガス流路に流され、酸化ガスが酸化ガスマニホールド、酸化ガス流路に流され、冷媒が冷媒マニホールド、冷媒流路に流される。流体流路はまわりから接着剤またはガスケット等のシール材によって外部からシールされる。また、隣接する単セルは、セパレータ間を接着剤またはガスケット等のシール材によってシールされる。例えば特許文献１には、隣り合うメタルセパレータ間にガスケットを配置してシールし、シール部にセパレータが外部から受ける押圧力を受ける受圧部を備えることが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし特許文献１のような燃料電池が氷点下等の低温環境下に置かれた場合、図１１に燃料電池スタックの端部の一部の概略断面図を示すように、マニホールド６０側の定寸部形成部の隙間６２から生成水等の液体水や水蒸気が隣接する単セル間をシールするガスケット６４を設置するための定寸部６６に侵入し、ガスケット６４周辺及びマニホールド底面で凍って氷６８が形成されてしまう。なお、図１１において、７０はメタルセパレータ、７２は樹脂フレームを示す。燃料電池を氷点下にて始動する際の急速暖機運転では燃料電池スタックが熱膨張するが、ガスケットはこの熱膨張に追従する必要がある。しかし、生成した氷によりガスケットのゴム弾性が阻害され、シール性が低下し、ガスリークが発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、シール性に優れるシール構造を有する燃料電池である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、膜電極接合体及びセパレータを備える単セルを積層した燃料電池であって、隣接する単セル間のシール部位に前記セパレータにより定寸部が形成されており、前記定寸部を形成する定寸部形成部の少なくとも一部に水分混入抑制手段を備える。
【０００８】
また、前記燃料電池において、前記水分混入抑制手段は、水分混入抑制層であることが好ましい。
【０００９】
また、前記燃料電池において、前記水分混入抑制層は、撥水層であることが好ましい。
【００１０】
また、前記燃料電池において、前記水分混入抑制層は、樹脂層であることが好ましい。
【００１１】
また、前記燃料電池において、前記単セルには燃料ガス流路及び酸化ガスを供給するためのマニホールドが設けられ、前記マニホールドをシールする側の定寸部形成部に前記水分混入抑制手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、セパレータの定寸部形成部の少なくとも一部に水分混入抑制手段を備えることにより、シール性に優れるシール構造を有する燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
＜燃料電池及び燃料電池用ガスケット＞
図１に、本実施形態に係る固体高分子電解質型の燃料電池１０の一例の概略側面図を示す。また、図２に、本実施形態に係る燃料電池１０におけるＭＥＡ（膜電極接合体）４０の一例の概略断面図を示す。図１における各単セル１９は、図２に示すＭＥＡ４０と、セパレータとの積層体から構成される。
【００１５】
図２に示すように、ＭＥＡ４０は、電解質膜１１と、電解質膜１１の一方の表面に配置された触媒層１２を含む燃料極（アノード）１４と、電解質膜１１の他方の表面に配置された触媒層１５を含む空気極（カソード）１７とから構成される。触媒層１２及び１５とセパレータ（図２において図示せず）との間には、通気性を有するガス拡散層１３，１６がアノード側、カソード側にそれぞれ設けられる。
【００１６】
ＭＥＡ４０とＭＥＡ４０の拡散層１３，１６の両外側を挟持するセパレータとを重ねて単セル１９を構成し、図１のように、単セル１９を積層してセル積層体３８とし、セル積層体３８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３８をセル積層方向に締め付け、セル積層体３８の外側でセル積層方向に延びる締結部材（例えば、テンションプレート）２４、ボルト・ナット２５等にて固定して、燃料電池スタック２３を構成する。なお、セル積層体３８における単セル１９の積層数は２層以上であれば良く特に制限はない。
【００１７】
図３に単セル１９の一例の上面概略図を示す。単セル１９は、中央部にガス流路と冷媒流路と電極が存在し発電を行う発電領域５１を有し、その周囲に位置し発電を行わない非発電領域５２を有する。本例におけるセパレータは金属製セパレータ（以下、メタルセパレータという）１８である。図４に単セル１９を分解した概略斜視図を示すように、単セル１９において、ＭＥＡ４０とメタルセパレータ１８との間で、非発電領域５２の部位に、枠状の（発電領域５１に対応する領域が中抜きされた）樹脂フレーム３６が設けられており、ＭＥＡ４０は２枚の樹脂フレーム３６で挟まれ、その２枚の樹脂フレーム３６が２枚のメタルセパレータ１８で挟まれる。メタルセパレータ１８と樹脂フレーム３６には、非発電領域５２において、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がそれぞれ形成されている。なお、非発電領域５２における燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１及び冷媒マニホールド２９の配置位置は、図３，４の位置に限定されるものではない。
【００１８】
図５に、図３におけるＡ−Ａ断面概略図を示す。メタルセパレータ１８により、発電領域５１において、ＭＥＡ４０のアノード側に燃料ガス（通常は水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、ＭＥＡ４０のカソード側に酸化ガス（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、メタルセパレータ１８には冷媒（通常は冷却水）を流すための冷媒流路２６も形成されている。さらに、メタルセパレータ１８にはガスケット等のシール材を配置するための所定の高さを有する空間である定寸部３２を形成するための凹部を有し、定寸部３２は定寸部形成部３３によりその高さが決められる。図３，４の燃料ガスマニホールド３０は図５の燃料ガス流路２７と連通しており、酸化ガスマニホールド３１は酸化ガス流路２８と連通しており、冷媒マニホールド２９は冷媒流路２６と連通している。マニホールド３０、３１、２９と発電領域の流体流路２７、２８、２６は、それぞれ図示しない連通路を介して、連通しており、連通路にも流体が流れる。通常、単セル１９において、冷媒流路２６、燃料ガス流路２７及び酸化ガス流路２８は、複数個並列に形成される。
【００１９】
メタルセパレータ１８には通常、隣接する単セル１９間の電気接触抵抗を低減するためにメタルセパレータ基材４７のＭＥＡ４０との対向面（ＭＥＡ対向面）の反対側面に貴金属コート４２ａが形成され、メタルセパレータ１８とＭＥＡ４０との電気接触抵抗を低減するとともに原料ガス（燃料ガス、酸化ガス）及び生成水中の酸性成分等によるメタルセパレータ１８の腐食を抑制するためにメタルセパレータ基材４７のＭＥＡ対向面に貴金属コート４２ｂ、または貴金属コート４２ｂ及び耐食コート４４が形成される。表面処理コートのうち耐食コート４４は、メタルセパレータ基材４７の連通路を構成する部分にも形成されることが望ましい。なお、メタルセパレータ１８の構成はこれらに限定されない。
【００２０】
ＭＥＡ４０を挟んだ一対の樹脂フレーム３６間は接着剤等を用いた接着層４９によりシールされる。一方、貴金属コート４２ａ，４２ｂ、耐食コート４４等の表面処理コートが形成されたメタルセパレータ１８は、接着剤等を用いた接着層４６により樹脂フレーム３６とシールされる。
【００２１】
本実施形態において、ガスケットにより隣接する単セルの間をシールし、定寸部形成部の少なくとも一部に水分混入抑制手段を備える。図６に、隣接する単セル１９の間をガスケット４８によりシールしたセル積層体の一部の一例の概略断面図を示す。図６ではシール部のうち、メタルセパレータ１８と樹脂フレーム３６との間、樹脂フレーム３６間は接着層４６，４９によりそれぞれシールされ、隣接する単セル１９のメタルセパレータ１８間はガスケット４８によりシールされている。定寸部３２は単セル１９の定寸部形成部３３同士を密着させることにより形成されてその高さが決められる。定寸部形成部３３に水分混入抑制層等の水分混入抑制手段を備えるが、図６の例では酸化ガスマニホールド３１をシールする側の定寸部形成部３３に撥水層５４を備える。それぞれのガスケット４８は燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１及び冷媒マニホールド２９を流れる各種流体（燃料ガス、酸化ガス、冷媒）を相互にかつ外部から分離した状態で、これらの流体をシールする。ガスケット４８は、発電領域５１（流体流路２６，２７，２８の存在する領域）まわり、および連通路を除いてマニホールド２９，３０，３１まわりに、配置される。シール材としてガスケット４８を使用することにより、容易に単セル１９の取り外し分解が可能となる。
【００２２】
燃料電池が氷点下等の低温環境下に置かれた場合、定寸部形成部の隙間から生成水等の液体水や水蒸気が隣接する単セル間をシールするガスケットを設置するための定寸部に侵入し、ガスケット周辺やマニホールド底面等で凍ってしまうことがある。そこで、定寸部形成部３３に撥水層５４を備えることにより、定寸部３２のガスケット４８周辺に液体水等の水分が混入しにくくなり、低温時のガスケット４８周辺での氷の生成を抑制することができる。ここで、撥水層５４は定寸部形成部３３の燃料ガスマニホールド３０及び酸化ガスマニホールド３１側に少なくとも備えれば良い。また、撥水層５４は、図７（ａ）のように隣接する単セル１９のメタルセパレータ１８の一方の定寸部形成部３３に形成すればよいが、水分混入抑制効果をより発揮させるためには図７（ｂ）のように隣接する単セル１９のメタルセパレータ１８の両方の定寸部形成部３３に撥水層５４を形成することが好ましい。
【００２３】
撥水層５４としては、撥水性が高い層であり、ここで、撥水性が高いとは、例えば水接触角が１００度以上のことをいう。撥水層５４の例としては、テトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂等が挙げられる。
【００２４】
撥水層５４の膜厚は、例えば０．１ｍｍ程度である。撥水層５４の膜厚が薄すぎるとガスケット４８周辺への水分の進入を十分に抑制することができない場合がある。
【００２５】
ガスケット４８を構成する材料は、例えば、ＶＭＱ等のシリコーン系ゴム、ＦＫＭ等のフッ素系ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等である。
【００２６】
図８に、隣接する単セル１９の間をガスケット４８によりシールしたセル積層体の他の例の概略断面図を示す。図８の例では、定寸部形成部３３に樹脂層５６を備える。
【００２７】
定寸部形成部３３に樹脂層５６を備えることにより、定寸部３２のガスケット４８周辺に液体水等の水分が混入しにくくなり、低温時のガスケット４８周辺での氷の生成を抑制することができる。ここで、樹脂層５６は定寸部形成部３３の燃料ガスマニホールド３０及び酸化ガスマニホールド３１側に少なくとも備えれば良い。また、樹脂層５６は図７（ａ）のように隣接する単セル１９のメタルセパレータ１８の一方の定寸部形成部３３に形成すればよいが、水分混入抑制効果をより発揮させるためには図７（ｂ）のように隣接する単セル１９のメタルセパレータ１８の両方の定寸部形成部３３に樹脂層５６を形成することが好ましい。
【００２８】
樹脂層５６としては、ガスケット４８周辺に液体水等の水分の混入を防止できるものであればよく、生成中の酸等による腐食防止のため耐酸性を有するものであることが好ましく、また氷点下の低温での弾性を有するものであることが好ましい。例えば、ＶＭＱ等のシリコーン系ゴム、ＦＫＭ等のフッ素系ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等のゴム等の弾性体が挙げられる。
【００２９】
樹脂層５６の膜厚は、例えば０．１ｍｍ程度である。樹脂層５６の膜厚が薄すぎるとガスケット４８周辺への水分の進入を十分に抑制することができない場合がある。
【００３０】
このように、図６のように定寸部形成部３３に撥水層５４を備えても良いし、図８のように定寸部形成部３３に樹脂層５６を備えても良いが、液体水等の水分の進入を効果的に抑制できる点で樹脂層５６が好ましい。撥水層５４の場合は、水分の侵入を選択的に抑制することができる利点、また、水蒸気を撥水層５４表面において結露させて水分の侵入を抑制することができる利点がある。また、図９、図１０のように定寸部形成部３３に樹脂層５６を備え、樹脂層５６表面にさらに撥水層５４を備えると、水分の進入をさらに効果的に抑制できるためより好ましい。また、水分混入抑制手段として、定寸部形成部３３を接着剤等により接合して接合部を形成して、水分の進入を抑制してもよい。しかし、定寸部形成部３３を接着剤等により接合すると、容易に単セル１９の取り外し分解ができなくなるので、撥水層５４または樹脂層５６等の水分混入抑制層が好ましい。
【００３１】
また、燃料電池スタックを形成するすべての単セル１９の定寸部形成部３３の燃料ガスマニホールド３０及び酸化ガスマニホールド３１側に水分混入抑制手段を備えることが好ましい。
【００３２】
以上のように、定寸部形成部３３に撥水層５４、樹脂層５６等の水分混入抑制手段を備えることにより、定寸部への液体水等の水分の進入を効果的に抑制でき、燃料電池が氷点下等の低温環境下に置かれた場合でも、水がガスケット周辺等で凍ることを防止でき、シール性を向上させることができる。
【００３３】
本実施形態において、メタルセパレータ基材４７を構成する材料は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウムまたはその合金、チタンまたはその合金、マグネシウムまたはその合金、銅またはその合金、ニッケルまたはその合金、鋼等である。なお、メタルセパレータ基材４７の表面部が不働態膜を形成している場合は、その不働態膜も基材の一部を構成する。また、メタルセパレータ１８を例として説明したが、焼成カーボン等のカーボン系材料等で構成されるセパレータであっても同様の効果が得られる。
【００３４】
貴金属コート４２ａ，４２ｂは、例えば、金、銀、白金、パラジウムまたはそれらの合金等を含んで構成される。また、耐食コート４４は、例えば、カーボン等を含んで構成される。
【００３５】
樹脂フレーム３６を構成する材料は、例えば、フッ素系樹脂等である。
【００３６】
接着層４６，４９は、例えば、シリコーン、オレフィン、エポキシ、アクリルなどの樹脂等の接着剤等を含んで構成され、塗布時には液状で、接着剤の両側の部材で押されて拡げられ、塗布後に乾燥または熱により固化される。
【００３７】
電解質膜１１としては、プロトン（Ｈ＋）等のイオン伝導性の高い材料であれば特に制限はなく、例えば、パーフルオロスルホン酸系等の固体高分子電解質が用いられる。具体的には、ジャパンゴアテックス（株）のゴアセレクト（Ｇｏｒｅｓｅｌｅｃｔ、登録商標）、デュポン社（Ｄｕ Ｐｏｎｔ社）のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ、登録商標）、旭化成（株）のアシプレックス（Ａｃｉｐｌｅｘ、登録商標）、旭硝子（株）のフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ、登録商標）等のパーフルオロスルホン酸系固体高分子電解質を使用することができる。
【００３８】
触媒層１２，１５は、例えば、白金（Ｐｔ）等を担持したカーボン、白金（Ｐｔ）等をルテニウム（Ｒｕ）等の他の金属と共に担持したカーボン等の触媒をナフィオン（登録商標）等の固体高分子電解質等の樹脂に分散させて成膜されたものである。
【００３９】
ガス拡散層１３，１６としては、導電性が高く、燃料及び空気等の原料の拡散性が高い材料であれば特に制限はないが、多孔質導電体材料であることが好ましい。導電性の高い材料としては、例えば、金属板、金属フィルム、導電性高分子、カーボン材料等が挙げられ、カーボンクロス、カーボンペーパ、ガラス状カーボン等のカーボン材料が好ましく、カーボンクロス、カーボンペーパ等の多孔質カーボン材料であることがより好ましい。
【００４０】
燃料電池１０の各単セル１９において、例えば、燃料極１４に供給する燃料ガスを水素ガス、空気極１７に供給する酸化ガスを空気として運転した場合、燃料極１４の触媒層１２において、
２Ｈ２ → ４Ｈ＋＋４ｅ−
で示される反応式（水素酸化反応）を経て、水素ガス（Ｈ２）から水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とが発生する。電子（ｅ−）は拡散層１３から外部回路を通り、空気極１７の拡散層１６から触媒層１５に到達する。触媒層１５において、供給される空気中の酸素（Ｏ２）と、電解質膜１１を通過した水素イオン（Ｈ＋）と、外部回路を通じて触媒層１５に到達した電子（ｅ−）により、
４Ｈ＋＋Ｏ２＋４ｅ− → ２Ｈ２Ｏ
で示される反応式（酸素還元反応）を経て、水が生成する。このように燃料極１４及び空気極１７において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。そして、一連の反応において排出される成分は水であるので、クリーンな電池が構成されることになる。
【００４１】
＜燃料電池の製造方法＞
上記水分混入抑制手段を備える燃料電池は、セパレータの定寸部形成部に水分混入抑制手段を形成する水分混入抑制手段形成工程を含む方法により得られることが好ましい。
【００４２】
水分混入抑制手段形成工程において、メタルセパレータ、カーボンセパレータ等のセパレータに撥水層形成用組成物、樹脂層形成用組成物、接合層形成用組成物等の水分混入抑制手段形成用組成物をセパレータの定寸部形成部のマニホールド側にマスキング法等を利用してスプレー法等により塗布、乾燥させる。乾燥時には必要に応じて加熱しても良い。また、樹脂層を別途成形して、セパレータの定寸部形成部のマニホールド側に樹脂層を密着させて樹脂層を形成しても良い。
【００４３】
撥水層形成用組成物、樹脂層形成用組成物、接合層形成用組成物等の水分混入抑制手段形成用組成物としては、テトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂等の撥水層形成用材料、ＶＭＱ等のシリコーン系ゴム、ＦＫＭ等のフッ素系ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等の樹脂層形成用材料、シリコーン、オレフィン、エポキシ、アクリルなどの樹脂等の接着剤等の接合層形成用材料を溶媒に溶解させたものを用いることができる。
【００４４】
以降、公知の方法に従い、上記燃料電池用セパレータを用いて、単セルを構成し、単セルを所定数積層し、燃料電池とすることができる。
【００４５】
これらの方法により、定寸部への液体水等の水分の進入を効果的に抑制でき、燃料電池が氷点下等の低温環境下に置かれた場合でも、水がガスケット周辺等で凍ることを防止できるシール構造を有する燃料電池を製造することができる。
【００４６】
なお、これらは上記燃料電池の製造方法の一例を示したものであり、これらの方法に限定されるわけではない。
【００４７】
本実施形態に係る燃料電池は、例えば、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源、自動車用電源、家庭用電源等として用いることができる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１）
両面に金メッキ、一方の金メッキ上にカーボンコートが施された一対のＳＵＳ製メタルセパレータの定寸部形成部の燃料ガスマニホールド及び酸化ガスマニホールド側に、テトラフルオロエチレン樹脂を含有する撥水層形成用組成物を塗布、乾燥して撥水層を形成した（膜厚０．１ｍｍ程度）。リップガスケットをシール材として用い、このメタルセパレータによりＭＥＡを挟持した単セル２層をシールしてセル積層体を作製した。
【００５０】
（実施例２）
両面に金メッキ、一方の金メッキ上にカーボンコートが施された一対のＳＵＳ製メタルセパレータの定寸部形成部の燃料ガスマニホールド及び酸化ガスマニホールド側に、樹脂を含有する樹脂層形成用組成物を塗布して樹脂層を形成した（膜厚０．１ｍｍ程度）。リップガスケットをシール材として用い、このメタルセパレータによりＭＥＡを挟持した単セル２層をシールしてセル積層体を作製した。
【００５１】
（比較例１）
メタルセパレータの定寸部形成部に撥水層を形成しなかった以外は実施例１と同様にして、セル積層体を作製した。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の一例を示す概略側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池におけるＭＥＡ（膜電極接合体）の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料電池における単セルの一例の概略上面図を示す。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池における単セルの一例を分解した概略斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る燃料電池における図３の単セルのＡ−Ａ線の概略断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る燃料電池におけるセル積層体のシール構造の一例を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る燃料電池における水分混入抑制層の配置の一例を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る燃料電池におけるセル積層体のシール構造の他の例を示す概略断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る燃料電池におけるセル積層体のシール構造の他の例を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る燃料電池における水分混入抑制層の配置の一例を示す概略断面図である。
【図１１】従来の燃料電池におけるガスケット周辺に氷が形成される様子を示す概略断面模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 燃料電池、１１ 電解質膜、１２，１５ 触媒層、１３，１６ 拡散層、１４ 燃料極（アノード）、１７ 空気極（カソード）、１８，７０ メタルセパレータ、１９ 単セル、２０ ターミナル、２１ インシュレータ、２２ エンドプレート、２３ 燃料電池スタック、２４ 締結部材、２５ ボルト・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 冷媒マニホールド、３０ 燃料ガスマニホールド、３１ 酸化ガスマニホールド、３２，６６ 定寸部、３３ 定寸部形成部、３６，７２ 樹脂フレーム、３８ セル積層体、４０ ＭＥＡ、４２ａ，４２ｂ 貴金属コート、４４ 耐食コート、４６，４９ 接着層、４７ メタルセパレータ基材、４８，６４ ガスケット、５１ 発電領域、５２ 非発電領域、５４ 撥水層、５６ 樹脂層、６０ マニホールド、６２ 隙間、６８ 氷。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極接合体及びセパレータを備える単セルを積層した燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題や資源問題への対策の一つとして、酸素や空気等の酸化ガスと、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）あるいはメタノール等の液体燃料等とを原料として電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池が注目されている。この燃料電池は、発電に使用される原料のガスや液体燃料が豊富に存在すること、また、その発電原理より排出される物質が水であること等より、クリーンなエネルギー源として様々な検討がされている。
【０００３】
単位燃料電池（単セル）は、電解質膜の一方の面に燃料極（アノード触媒層）と、もう一方の面に空気極（カソード触媒層）とが電解質膜を挟んで対向するように設けられた膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）をメタルセパレータ等のセパレータで挟んだものから形成される。単セルは複数積層されて燃料電池スタックとされる。セパレータには、流体流路が形成され、発電領域に、ＭＥＡ対向面に燃料ガス流路、酸化ガス流路、ＭＥＡ対向面と反対側面に冷媒流路が形成され、非発電領域に、燃料ガスマニホールド、酸化ガスマニホールド、冷媒マニホールドが形成されている。燃料ガスが燃料ガスマニホールド、燃料ガス流路に流され、酸化ガスが酸化ガスマニホールド、酸化ガス流路に流され、冷媒が冷媒マニホールド、冷媒流路に流される。流体流路はまわりから接着剤またはガスケット等のシール材によって外部からシールされる。また、隣接する単セルは、セパレータ間を接着剤またはガスケット等のシール材によってシールされる。例えば特許文献１には、隣り合うメタルセパレータ間にガスケットを配置してシールし、シール部にセパレータが外部から受ける押圧力を受ける受圧部を備えることが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし特許文献１のような燃料電池が氷点下等の低温環境下に置かれた場合、図１１に燃料電池スタックの端部の一部の概略断面図を示すように、マニホールド６０側の定寸部形成部の隙間６２から生成水等の液体水や水蒸気が隣接する単セル間をシールするガスケット６４を設置するための定寸部６６に侵入し、ガスケット６４周辺及びマニホールド底面で凍って氷６８が形成されてしまう。なお、図１１において、７０はメタルセパレータ、７２は樹脂フレームを示す。燃料電池を氷点下にて始動する際の急速暖機運転では燃料電池スタックが熱膨張するが、ガスケットはこの熱膨張に追従する必要がある。しかし、生成した氷によりガスケットのゴム弾性が阻害され、シール性が低下し、ガスリークが発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、シール性に優れるシール構造を有する燃料電池である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、膜電極接合体及びセパレータを備える単セルを積層した燃料電池であって、隣接する単セル間のシール部位に前記セパレータにより定寸部が形成されており、前記定寸部を形成する定寸部形成部の少なくとも一部に水分混入抑制手段を備える。
【０００８】
また、前記燃料電池において、前記水分混入抑制手段は、水分混入抑制層であることが好ましい。
【０００９】
また、前記燃料電池において、前記水分混入抑制層は、撥水層であることが好ましい。
【００１０】
また、前記燃料電池において、前記水分混入抑制層は、樹脂層であることが好ましい。
【００１１】
また、前記燃料電池において、前記単セルには燃料ガス流路及び酸化ガスを供給するためのマニホールドが設けられ、前記マニホールドをシールする側の定寸部形成部に前記水分混入抑制手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、セパレータの定寸部形成部の少なくとも一部に水分混入抑制手段を備えることにより、シール性に優れるシール構造を有する燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
＜燃料電池及び燃料電池用ガスケット＞
図１に、本実施形態に係る固体高分子電解質型の燃料電池１０の一例の概略側面図を示す。また、図２に、本実施形態に係る燃料電池１０におけるＭＥＡ（膜電極接合体）４０の一例の概略断面図を示す。図１における各単セル１９は、図２に示すＭＥＡ４０と、セパレータとの積層体から構成される。
【００１５】
図２に示すように、ＭＥＡ４０は、電解質膜１１と、電解質膜１１の一方の表面に配置された触媒層１２を含む燃料極（アノード）１４と、電解質膜１１の他方の表面に配置された触媒層１５を含む空気極（カソード）１７とから構成される。触媒層１２及び１５とセパレータ（図２において図示せず）との間には、通気性を有するガス拡散層１３，１６がアノード側、カソード側にそれぞれ設けられる。
【００１６】
ＭＥＡ４０とＭＥＡ４０の拡散層１３，１６の両外側を挟持するセパレータとを重ねて単セル１９を構成し、図１のように、単セル１９を積層してセル積層体３８とし、セル積層体３８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３８をセル積層方向に締め付け、セル積層体３８の外側でセル積層方向に延びる締結部材（例えば、テンションプレート）２４、ボルト・ナット２５等にて固定して、燃料電池スタック２３を構成する。なお、セル積層体３８における単セル１９の積層数は２層以上であれば良く特に制限はない。
【００１７】
図３に単セル１９の一例の上面概略図を示す。単セル１９は、中央部にガス流路と冷媒流路と電極が存在し発電を行う発電領域５１を有し、その周囲に位置し発電を行わない非発電領域５２を有する。本例におけるセパレータは金属製セパレータ（以下、メタルセパレータという）１８である。図４に単セル１９を分解した概略斜視図を示すように、単セル１９において、ＭＥＡ４０とメタルセパレータ１８との間で、非発電領域５２の部位に、枠状の（発電領域５１に対応する領域が中抜きされた）樹脂フレーム３６が設けられており、ＭＥＡ４０は２枚の樹脂フレーム３６で挟まれ、その２枚の樹脂フレーム３６が２枚のメタルセパレータ１８で挟まれる。メタルセパレータ１８と樹脂フレーム３６には、非発電領域５２において、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がそれぞれ形成されている。なお、非発電領域５２における燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１及び冷媒マニホールド２９の配置位置は、図３，４の位置に限定されるものではない。
【００１８】
図５に、図３におけるＡ−Ａ断面概略図を示す。メタルセパレータ１８により、発電領域５１において、ＭＥＡ４０のアノード側に燃料ガス（通常は水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、ＭＥＡ４０のカソード側に酸化ガス（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、メタルセパレータ１８には冷媒（通常は冷却水）を流すための冷媒流路２６も形成されている。さらに、メタルセパレータ１８にはガスケット等のシール材を配置するための所定の高さを有する空間である定寸部３２を形成するための凹部を有し、定寸部３２は定寸部形成部３３によりその高さが決められる。図３，４の燃料ガスマニホールド３０は図５の燃料ガス流路２７と連通しており、酸化ガスマニホールド３１は酸化ガス流路２８と連通しており、冷媒マニホールド２９は冷媒流路２６と連通している。マニホールド３０、３１、２９と発電領域の流体流路２７、２８、２６は、それぞれ図示しない連通路を介して、連通しており、連通路にも流体が流れる。通常、単セル１９において、冷媒流路２６、燃料ガス流路２７及び酸化ガス流路２８は、複数個並列に形成される。
【００１９】
メタルセパレータ１８には通常、隣接する単セル１９間の電気接触抵抗を低減するためにメタルセパレータ基材４７のＭＥＡ４０との対向面（ＭＥＡ対向面）の反対側面に貴金属コート４２ａが形成され、メタルセパレータ１８とＭＥＡ４０との電気接触抵抗を低減するとともに原料ガス（燃料ガス、酸化ガス）及び生成水中の酸性成分等によるメタルセパレータ１８の腐食を抑制するためにメタルセパレータ基材４７のＭＥＡ対向面に貴金属コート４２ｂ、または貴金属コート４２ｂ及び耐食コート４４が形成される。表面処理コートのうち耐食コート４４は、メタルセパレータ基材４７の連通路を構成する部分にも形成されることが望ましい。なお、メタルセパレータ１８の構成はこれらに限定されない。
【００２０】
ＭＥＡ４０を挟んだ一対の樹脂フレーム３６間は接着剤等を用いた接着層４９によりシールされる。一方、貴金属コート４２ａ，４２ｂ、耐食コート４４等の表面処理コートが形成されたメタルセパレータ１８は、接着剤等を用いた接着層４６により樹脂フレーム３６とシールされる。
【００２１】
本実施形態において、ガスケットにより隣接する単セルの間をシールし、定寸部形成部の少なくとも一部に水分混入抑制手段を備える。図６に、隣接する単セル１９の間をガスケット４８によりシールしたセル積層体の一部の一例の概略断面図を示す。図６ではシール部のうち、メタルセパレータ１８と樹脂フレーム３６との間、樹脂フレーム３６間は接着層４６，４９によりそれぞれシールされ、隣接する単セル１９のメタルセパレータ１８間はガスケット４８によりシールされている。定寸部３２は単セル１９の定寸部形成部３３同士を密着させることにより形成されてその高さが決められる。定寸部形成部３３に水分混入抑制層等の水分混入抑制手段を備えるが、図６の例では酸化ガスマニホールド３１をシールする側の定寸部形成部３３に撥水層５４を備える。それぞれのガスケット４８は燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１及び冷媒マニホールド２９を流れる各種流体（燃料ガス、酸化ガス、冷媒）を相互にかつ外部から分離した状態で、これらの流体をシールする。ガスケット４８は、発電領域５１（流体流路２６，２７，２８の存在する領域）まわり、および連通路を除いてマニホールド２９，３０，３１まわりに、配置される。シール材としてガスケット４８を使用することにより、容易に単セル１９の取り外し分解が可能となる。
【００２２】
燃料電池が氷点下等の低温環境下に置かれた場合、定寸部形成部の隙間から生成水等の液体水や水蒸気が隣接する単セル間をシールするガスケットを設置するための定寸部に侵入し、ガスケット周辺やマニホールド底面等で凍ってしまうことがある。そこで、定寸部形成部３３に撥水層５４を備えることにより、定寸部３２のガスケット４８周辺に液体水等の水分が混入しにくくなり、低温時のガスケット４８周辺での氷の生成を抑制することができる。ここで、撥水層５４は定寸部形成部３３の燃料ガスマニホールド３０及び酸化ガスマニホールド３１側に少なくとも備えれば良い。また、撥水層５４は、図７（ａ）のように隣接する単セル１９のメタルセパレータ１８の一方の定寸部形成部３３に形成すればよいが、水分混入抑制効果をより発揮させるためには図７（ｂ）のように隣接する単セル１９のメタルセパレータ１８の両方の定寸部形成部３３に撥水層５４を形成することが好ましい。
【００２３】
撥水層５４としては、撥水性が高い層であり、ここで、撥水性が高いとは、例えば水接触角が１００度以上のことをいう。撥水層５４の例としては、テトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂等が挙げられる。
【００２４】
撥水層５４の膜厚は、例えば０．１ｍｍ程度である。撥水層５４の膜厚が薄すぎるとガスケット４８周辺への水分の進入を十分に抑制することができない場合がある。
【００２５】
ガスケット４８を構成する材料は、例えば、ＶＭＱ等のシリコーン系ゴム、ＦＫＭ等のフッ素系ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等である。
【００２６】
図８に、隣接する単セル１９の間をガスケット４８によりシールしたセル積層体の他の例の概略断面図を示す。図８の例では、定寸部形成部３３に樹脂層５６を備える。
【００２７】
定寸部形成部３３に樹脂層５６を備えることにより、定寸部３２のガスケット４８周辺に液体水等の水分が混入しにくくなり、低温時のガスケット４８周辺での氷の生成を抑制することができる。ここで、樹脂層５６は定寸部形成部３３の燃料ガスマニホールド３０及び酸化ガスマニホールド３１側に少なくとも備えれば良い。また、樹脂層５６は図７（ａ）のように隣接する単セル１９のメタルセパレータ１８の一方の定寸部形成部３３に形成すればよいが、水分混入抑制効果をより発揮させるためには図７（ｂ）のように隣接する単セル１９のメタルセパレータ１８の両方の定寸部形成部３３に樹脂層５６を形成することが好ましい。
【００２８】
樹脂層５６としては、ガスケット４８周辺に液体水等の水分の混入を防止できるものであればよく、生成中の酸等による腐食防止のため耐酸性を有するものであることが好ましく、また氷点下の低温での弾性を有するものであることが好ましい。例えば、ＶＭＱ等のシリコーン系ゴム、ＦＫＭ等のフッ素系ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等のゴム等の弾性体が挙げられる。
【００２９】
樹脂層５６の膜厚は、例えば０．１ｍｍ程度である。樹脂層５６の膜厚が薄すぎるとガスケット４８周辺への水分の進入を十分に抑制することができない場合がある。
【００３０】
このように、図６のように定寸部形成部３３に撥水層５４を備えても良いし、図８のように定寸部形成部３３に樹脂層５６を備えても良いが、液体水等の水分の進入を効果的に抑制できる点で樹脂層５６が好ましい。撥水層５４の場合は、水分の侵入を選択的に抑制することができる利点、また、水蒸気を撥水層５４表面において結露させて水分の侵入を抑制することができる利点がある。また、図９、図１０のように定寸部形成部３３に樹脂層５６を備え、樹脂層５６表面にさらに撥水層５４を備えると、水分の進入をさらに効果的に抑制できるためより好ましい。また、水分混入抑制手段として、定寸部形成部３３を接着剤等により接合して接合部を形成して、水分の進入を抑制してもよい。しかし、定寸部形成部３３を接着剤等により接合すると、容易に単セル１９の取り外し分解ができなくなるので、撥水層５４または樹脂層５６等の水分混入抑制層が好ましい。
【００３１】
また、燃料電池スタックを形成するすべての単セル１９の定寸部形成部３３の燃料ガスマニホールド３０及び酸化ガスマニホールド３１側に水分混入抑制手段を備えることが好ましい。
【００３２】
以上のように、定寸部形成部３３に撥水層５４、樹脂層５６等の水分混入抑制手段を備えることにより、定寸部への液体水等の水分の進入を効果的に抑制でき、燃料電池が氷点下等の低温環境下に置かれた場合でも、水がガスケット周辺等で凍ることを防止でき、シール性を向上させることができる。
【００３３】
本実施形態において、メタルセパレータ基材４７を構成する材料は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウムまたはその合金、チタンまたはその合金、マグネシウムまたはその合金、銅またはその合金、ニッケルまたはその合金、鋼等である。なお、メタルセパレータ基材４７の表面部が不働態膜を形成している場合は、その不働態膜も基材の一部を構成する。また、メタルセパレータ１８を例として説明したが、焼成カーボン等のカーボン系材料等で構成されるセパレータであっても同様の効果が得られる。
【００３４】
貴金属コート４２ａ，４２ｂは、例えば、金、銀、白金、パラジウムまたはそれらの合金等を含んで構成される。また、耐食コート４４は、例えば、カーボン等を含んで構成される。
【００３５】
樹脂フレーム３６を構成する材料は、例えば、フッ素系樹脂等である。
【００３６】
接着層４６，４９は、例えば、シリコーン、オレフィン、エポキシ、アクリルなどの樹脂等の接着剤等を含んで構成され、塗布時には液状で、接着剤の両側の部材で押されて拡げられ、塗布後に乾燥または熱により固化される。
【００３７】
電解質膜１１としては、プロトン（Ｈ＋）等のイオン伝導性の高い材料であれば特に制限はなく、例えば、パーフルオロスルホン酸系等の固体高分子電解質が用いられる。具体的には、ジャパンゴアテックス（株）のゴアセレクト（Ｇｏｒｅｓｅｌｅｃｔ、登録商標）、デュポン社（Ｄｕ Ｐｏｎｔ社）のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ、登録商標）、旭化成（株）のアシプレックス（Ａｃｉｐｌｅｘ、登録商標）、旭硝子（株）のフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ、登録商標）等のパーフルオロスルホン酸系固体高分子電解質を使用することができる。
【００３８】
触媒層１２，１５は、例えば、白金（Ｐｔ）等を担持したカーボン、白金（Ｐｔ）等をルテニウム（Ｒｕ）等の他の金属と共に担持したカーボン等の触媒をナフィオン（登録商標）等の固体高分子電解質等の樹脂に分散させて成膜されたものである。
【００３９】
ガス拡散層１３，１６としては、導電性が高く、燃料及び空気等の原料の拡散性が高い材料であれば特に制限はないが、多孔質導電体材料であることが好ましい。導電性の高い材料としては、例えば、金属板、金属フィルム、導電性高分子、カーボン材料等が挙げられ、カーボンクロス、カーボンペーパ、ガラス状カーボン等のカーボン材料が好ましく、カーボンクロス、カーボンペーパ等の多孔質カーボン材料であることがより好ましい。
【００４０】
燃料電池１０の各単セル１９において、例えば、燃料極１４に供給する燃料ガスを水素ガス、空気極１７に供給する酸化ガスを空気として運転した場合、燃料極１４の触媒層１２において、
２Ｈ２ → ４Ｈ＋＋４ｅ−
で示される反応式（水素酸化反応）を経て、水素ガス（Ｈ２）から水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とが発生する。電子（ｅ−）は拡散層１３から外部回路を通り、空気極１７の拡散層１６から触媒層１５に到達する。触媒層１５において、供給される空気中の酸素（Ｏ２）と、電解質膜１１を通過した水素イオン（Ｈ＋）と、外部回路を通じて触媒層１５に到達した電子（ｅ−）により、
４Ｈ＋＋Ｏ２＋４ｅ− → ２Ｈ２Ｏ
で示される反応式（酸素還元反応）を経て、水が生成する。このように燃料極１４及び空気極１７において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。そして、一連の反応において排出される成分は水であるので、クリーンな電池が構成されることになる。
【００４１】
＜燃料電池の製造方法＞
上記水分混入抑制手段を備える燃料電池は、セパレータの定寸部形成部に水分混入抑制手段を形成する水分混入抑制手段形成工程を含む方法により得られることが好ましい。
【００４２】
水分混入抑制手段形成工程において、メタルセパレータ、カーボンセパレータ等のセパレータに撥水層形成用組成物、樹脂層形成用組成物、接合層形成用組成物等の水分混入抑制手段形成用組成物をセパレータの定寸部形成部のマニホールド側にマスキング法等を利用してスプレー法等により塗布、乾燥させる。乾燥時には必要に応じて加熱しても良い。また、樹脂層を別途成形して、セパレータの定寸部形成部のマニホールド側に樹脂層を密着させて樹脂層を形成しても良い。
【００４３】
撥水層形成用組成物、樹脂層形成用組成物、接合層形成用組成物等の水分混入抑制手段形成用組成物としては、テトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂等の撥水層形成用材料、ＶＭＱ等のシリコーン系ゴム、ＦＫＭ等のフッ素系ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）等の樹脂層形成用材料、シリコーン、オレフィン、エポキシ、アクリルなどの樹脂等の接着剤等の接合層形成用材料を溶媒に溶解させたものを用いることができる。
【００４４】
以降、公知の方法に従い、上記燃料電池用セパレータを用いて、単セルを構成し、単セルを所定数積層し、燃料電池とすることができる。
【００４５】
これらの方法により、定寸部への液体水等の水分の進入を効果的に抑制でき、燃料電池が氷点下等の低温環境下に置かれた場合でも、水がガスケット周辺等で凍ることを防止できるシール構造を有する燃料電池を製造することができる。
【００４６】
なお、これらは上記燃料電池の製造方法の一例を示したものであり、これらの方法に限定されるわけではない。
【００４７】
本実施形態に係る燃料電池は、例えば、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源、自動車用電源、家庭用電源等として用いることができる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１）
両面に金メッキ、一方の金メッキ上にカーボンコートが施された一対のＳＵＳ製メタルセパレータの定寸部形成部の燃料ガスマニホールド及び酸化ガスマニホールド側に、テトラフルオロエチレン樹脂を含有する撥水層形成用組成物を塗布、乾燥して撥水層を形成した（膜厚０．１ｍｍ程度）。リップガスケットをシール材として用い、このメタルセパレータによりＭＥＡを挟持した単セル２層をシールしてセル積層体を作製した。
【００５０】
（実施例２）
両面に金メッキ、一方の金メッキ上にカーボンコートが施された一対のＳＵＳ製メタルセパレータの定寸部形成部の燃料ガスマニホールド及び酸化ガスマニホールド側に、樹脂を含有する樹脂層形成用組成物を塗布して樹脂層を形成した（膜厚０．１ｍｍ程度）。リップガスケットをシール材として用い、このメタルセパレータによりＭＥＡを挟持した単セル２層をシールしてセル積層体を作製した。
【００５１】
（比較例１）
メタルセパレータの定寸部形成部に撥水層を形成しなかった以外は実施例１と同様にして、セル積層体を作製した。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の一例を示す概略側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池におけるＭＥＡ（膜電極接合体）の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料電池における単セルの一例の概略上面図を示す。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池における単セルの一例を分解した概略斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る燃料電池における図３の単セルのＡ−Ａ線の概略断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る燃料電池におけるセル積層体のシール構造の一例を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る燃料電池における水分混入抑制層の配置の一例を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る燃料電池におけるセル積層体のシール構造の他の例を示す概略断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る燃料電池におけるセル積層体のシール構造の他の例を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る燃料電池における水分混入抑制層の配置の一例を示す概略断面図である。
【図１１】従来の燃料電池におけるガスケット周辺に氷が形成される様子を示す概略断面模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 燃料電池、１１ 電解質膜、１２，１５ 触媒層、１３，１６ 拡散層、１４ 燃料極（アノード）、１７ 空気極（カソード）、１８，７０ メタルセパレータ、１９ 単セル、２０ ターミナル、２１ インシュレータ、２２ エンドプレート、２３ 燃料電池スタック、２４ 締結部材、２５ ボルト・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 冷媒マニホールド、３０ 燃料ガスマニホールド、３１ 酸化ガスマニホールド、３２，６６ 定寸部、３３ 定寸部形成部、３６，７２ 樹脂フレーム、３８ セル積層体、４０ ＭＥＡ、４２ａ，４２ｂ 貴金属コート、４４ 耐食コート、４６，４９ 接着層、４７ メタルセパレータ基材、４８，６４ ガスケット、５１ 発電領域、５２ 非発電領域、５４ 撥水層、５６ 樹脂層、６０ マニホールド、６２ 隙間、６８ 氷。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体及びセパレータを備える単セルを積層した燃料電池であって、
隣接する単セル間のシール部位に前記セパレータにより定寸部が形成されており、前記定寸部を形成する定寸部形成部の少なくとも一部に水分混入抑制手段を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記水分混入抑制手段は、水分混入抑制層であることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記水分混入抑制層は、撥水層であることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記水分混入抑制層は、樹脂層であることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記単セルには燃料ガス流路及び酸化ガスを供給するためのマニホールドが設けられ、前記マニホールドをシールする側の定寸部形成部に前記水分混入抑制手段を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項１】
膜電極接合体及びセパレータを備える単セルを積層した燃料電池であって、
隣接する単セル間のシール部位に前記セパレータにより定寸部が形成されており、前記定寸部を形成する定寸部形成部の少なくとも一部に水分混入抑制手段を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記水分混入抑制手段は、水分混入抑制層であることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記水分混入抑制層は、撥水層であることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記水分混入抑制層は、樹脂層であることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記単セルには燃料ガス流路及び酸化ガスを供給するためのマニホールドが設けられ、前記マニホールドをシールする側の定寸部形成部に前記水分混入抑制手段を備えることを特徴とする燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１２３８１２（Ｐ２００８−１２３８１２Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０５７２２（Ｐ２００６−３０５７２２）
【出願日】平成１８年１１月１０日（２００６．１１．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１０日（２００６．１１．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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