JP7480216B2 - 燃料電池用セパレータ及び発電セル - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用セパレータ及び発電セルに関する。

発電セルは、電解質膜・電極構造体と、電解質膜・電極構造体の両側に配設された一組のセパレータとを備える。電解質膜・電極構造体は、電解質膜と、電解質膜の両側に配設された一対の電極とを有する。

例えば、特許文献１には、セパレータのうち電極を向く面に反応ガスを流す凹状の流路溝と凸状の流路突起とを交互に配置した構成が開示されている。流路突起のうち直線状に延在した部分の突出端面には、互いに隣り合う流路溝に連通する連通溝が形成されている。

特開２０２１－１０３６２４号公報

上述したような従来技術では、流路突起のうち直線状に延在した部分に連通流路を形成しているため、反応ガスが流路溝から連通溝に円滑に流通できないことがある。

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

本発明の一態様は、電解質膜の両側に電極が配設された電解質膜・電極構造体に積層される板状のセパレータ本体を備え、前記セパレータ本体のうち前記電極を向く面に、前記セパレータ本体の一端から他端に向かう第１方向に前記電極に沿って反応ガスを流す凹状の流路溝と凸状の流路突起とを前記第１方向と直交する第２方向に交互に配置した燃料電池用セパレータであって、前記流路溝と前記流路突起とは、前記第１方向に沿って波状に延在し、前記流路突起は、前記第２方向に突出した第１湾曲凸部と、前記第１湾曲凸部の第１突出方向とは反対方向の第２突出方向に突出した第２湾曲凸部とが、前記第１方向に交互に配置されて形成され、前記第１湾曲凸部には、互いに隣り合う前記流路溝に連通する第１連通溝が形成され、前記第２湾曲凸部には、互いに隣り合う前記流路溝に連通する第２連通溝が形成されている、燃料電池用セパレータである。

本発明の他の態様は、電解質膜と当該電解質膜の両側に配設された一対の電極とを有する電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の両側に配設された一組のセパレータと、を備えた発電セルであって、前記一組のセパレータの片方は、上述した燃料電池用セパレータである、発電セルである。

本発明によれば、第１湾曲凸部に第１連通溝を形成しているため、第１湾曲凸部に向かって第１方向に対して交差する方向に流れる反応ガスを流路溝から第１連通溝に円滑に流通させることができる。また、第２湾曲凸部に第２連通溝を形成しているため、第２湾曲凸部に向かって第１方向に対して交差する方向に流れる反応ガスを流路溝から第２連通溝に円滑に流通させることができる。これにより、第１連通溝及び第２連通溝を流通する反応ガスを電極に供給することができる。また、電極のうち第１連通溝及び第２連通溝を向く部分に発生した生成水を、第１連通溝及び第２連通溝を介して流路溝に排出することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る発電セルを備えた燃料電池スタックの一部省略分解斜視図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 図３は、図１の第２セパレータの一部拡大平面図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る発電セル１０は、その厚さ方向（矢印Ａ方向）に複数積層されて燃料電池スタック１２を形成する。燃料電池スタック１２は、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。なお、複数の発電セル１０の積層方向は、水平方向及び重力方向のいずれでもよい。

発電セル１０は、横長の長方形状に形成されている。ただし、発電セル１０は、縦長の長方形状に形成されてもよい。発電セル１０は、ＭＥＡ部材１４（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）、第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８（燃料電池用セパレータ）を備える。ＭＥＡ部材１４は、ＭＥＡ２０（電解質膜・電極構造体）と樹脂枠部材２２（樹脂枠部）とを有する。

第１セパレータ１６は、ＭＥＡ部材１４の一方の面（矢印Ａ１方向の面）に配設されている。第２セパレータ１８は、ＭＥＡ部材１４の他方の面（矢印Ａ２方向の面）に配設されている。第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８は、矢印Ａ方向からＭＥＡ部材１４を挟持する。

第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８は、図示しない複数の接合ラインにより互いに接合されて接合セパレータ２４を形成する。第１セパレータ１６と第２セパレータ１８とは、互いに重ねた状態で外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合される。

図２において、ＭＥＡ２０は、燃料ガス（一方の反応ガス）と酸化剤ガス（他方の反応ガス）との電気化学反応により発電する。ＭＥＡ２０は、電解質膜２６、アノード電極２８及びカソード電極３０を含む。電解質膜２６は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜２６は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。電解質膜２６は、アノード電極２８及びカソード電極３０に挟持される。

アノード電極２８は、第１電極触媒層３２と第１ガス拡散層３４とを有する。第１電極触媒層３２は、電解質膜２６の一方の面２６ａに接合される。第１ガス拡散層３４は、第１電極触媒層３２に積層される。第１電極触媒層３２は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を含む。当該多孔質カーボン粒子は、イオン導電性高分子バインダと共に第１ガス拡散層３４の表面に一様に塗布されている。

カソード電極３０は、第２電極触媒層３６と第２ガス拡散層３８とを有する。第２電極触媒層３６は、電解質膜２６の他方の面２６ｂに接合される。第２ガス拡散層３８は、第２電極触媒層３６に積層される。第２電極触媒層３６は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を含む。当該多孔質カーボン粒子は、イオン導電性高分子バインダと共に第２ガス拡散層３８の表面に一様に塗布されている。第１ガス拡散層３４及び第２ガス拡散層３８のそれぞれは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。

図１に示すように、樹脂枠部材２２は、ＭＥＡ２０の外周部を囲む枠状シートである。樹脂枠部材２２は、電気的絶縁性を有する。樹脂枠部材２２の構成材料としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ｍ－ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィン等が挙げられる。

発電セル１０の長辺方向の一端縁部（矢印Ｂ１方向の端縁部）には、酸化剤ガス供給連通孔４０ａ、冷却媒体供給連通孔４２ａ及び燃料ガス排出連通孔４４ｂが設けられている。酸化剤ガス供給連通孔４０ａ、冷却媒体供給連通孔４２ａ及び燃料ガス排出連通孔４４ｂは、発電セル１０の短辺方向（矢印Ｃ方向）に配列して設けられている。

酸化剤ガス供給連通孔４０ａには、酸化剤ガス（例えば、酸素含有ガス）が矢印Ａ２方向に向かって流通する。冷却媒体供給連通孔４２ａには、冷却媒体（例えば、純水、エチレングリコール、オイル等）が矢印Ａ２方向に向かって流通する。燃料ガス排出連通孔４４ｂには、燃料ガス（例えば、水素含有ガス）が矢印Ａ１方向に向かって流通する。

発電セル１０の長辺方向の他端縁部（矢印Ｂ２方向の端縁部）には、燃料ガス供給連通孔４４ａ、冷却媒体排出連通孔４２ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔４０ｂが設けられている。燃料ガス供給連通孔４４ａ、冷却媒体排出連通孔４２ｂ、酸化剤ガス排出連通孔４０ｂは、矢印Ｃ方向に配列して設けられている。

燃料ガス供給連通孔４４ａには、燃料ガスが矢印Ａ２方向に向かって流通する。冷却媒体排出連通孔４２ｂには、冷却媒体（冷媒）が矢印Ａ１方向に向かって流通する。酸化剤ガス排出連通孔４０ｂには、酸化剤ガスが矢印Ａ１方向に向かって流通する。

上述した連通孔（酸化剤ガス供給連通孔４０ａ等）の配置、形状及び大きさは、本実施形態に限定されるものではなく、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。

図１及び図２に示すように、第１セパレータ１６は、板状の第１セパレータ本体４６を備える。第１セパレータ本体４６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板又はアルミニウム板等の金属薄板である。第１セパレータ本体４６は、表面に防食用の表面処理が施されてもよい。第１セパレータ本体４６は、長方形状に形成されている。

第１セパレータ本体４６のＭＥＡ部材１４に向かう面（以下、「表面４６ａ」という）には、発電セル１０の長辺方向（矢印Ｂ方向）に延在する燃料ガス流路４８が設けられている。燃料ガス流路４８は、燃料ガス供給連通孔４４ａと燃料ガス排出連通孔４４ｂとに流体的に連通する。燃料ガス流路４８は、アノード電極２８に燃料ガスを供給する。

燃料ガス流路４８は、矢印Ｂ方向に延在する複数の第１流路突起５０間に形成された複数の第１流路溝５２を有する。第１流路突起５０と第１流路溝５２とは、流路幅方向（矢印Ｃ方向）に交互に配置されている。複数の第１流路突起５０と複数の第１流路溝５２は、プレス成形により、第１セパレータ本体４６に一体に設けられている。第１流路突起５０は、第１セパレータ本体４６をプレス成形することにより横断面が台形状又は矩形状に形成されている。第１流路突起５０及び第１流路溝５２は、矢印Ｂ方向に波状に延在している。

図１において、第１セパレータ本体４６の表面４６ａには、反応ガス（酸化剤ガス若しくは燃料ガス）又は冷却媒体である流体の漏出を防止するための第１シール部６２が設けられている。第１シール部６２は、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）から見て、直線状に延在している。ただし、第１シール部６２は、セパレータ厚さ方向（積層方向）から見て、波状に延在してもよい。

第１シール部６２は、第１セパレータ本体４６をプレス成形することにより横断面が台形状又は矩形状に形成されている。ただし、第１シール部６２は、ゴムシールであってもよい。第１シール部６２は、複数の第１連通孔シール部６４と、第１流路シール部６６とを有する。複数の第１連通孔シール部６４は、複数の連通孔（酸化剤ガス供給連通孔４０ａ等）を個別に囲む。第１流路シール部６６は、第１セパレータ本体４６の外周部に設けられている。

燃料ガス供給連通孔４４ａを囲む第１流路シール部６６には、燃料ガスを燃料ガス供給連通孔４４ａから燃料ガス流路４８に導くための第１供給ブリッジ６８が設けられる。燃料ガス排出連通孔４４ｂを囲む第１流路シール部６６には、燃料ガス流路４８を流通した燃料ガスを燃料ガス排出連通孔４４ｂに導くための第１排出ブリッジ７０が設けられる。

第２セパレータ１８は、板状の第２セパレータ本体７２を備える。第２セパレータ本体７２は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板又はアルミニウム板等の金属薄板である。第２セパレータ本体７２は、表面に防食用の表面処理が施されてもよい。第２セパレータ本体７２は、長方形状に形成されている。

第２セパレータ本体７２のＭＥＡ部材１４に向かう面（以下、「表面７２ａ」という）には、発電セル１０の長辺方向（矢印Ｂ方向）に延在する酸化剤ガス流路７４（反応ガス流路）が設けられている。酸化剤ガス流路７４は、酸化剤ガス供給連通孔４０ａと酸化剤ガス排出連通孔４０ｂとに流体的に連通する。酸化剤ガス流路７４は、カソード電極３０に酸化剤ガスを供給する。

図３に示すように、酸化剤ガス流路７４は、矢印Ｂ方向に延在する複数の第２流路突起７６（流路突起）間に形成された複数の第２流路溝７８（流路溝）を有する。第２流路溝７８は、第２セパレータ本体７２の一端から他端に向かう第１方向（矢印Ｂ２方向）にカソード電極３０に沿って酸化剤ガスを流す。第２流路突起７６と第２流路溝７８とは、第１方向と直交する第２方向（矢印Ｃ方向）に交互に配置されている。第２流路突起７６と第２流路溝７８とは、第１方向に沿って波状に延在している。

第２流路突起７６は、互いに反対方向に突出した第１湾曲凸部８０と第２湾曲凸部８２とが第１方向に交互に配置されて形成されている。第１湾曲凸部８０は、第１突出方向（矢印Ｃ１方向）に突出している。第２湾曲凸部８２は、第１突出方向とは反対方向である第２突出方向（矢印Ｃ２方向）に突出している。

図２において、第２流路溝７８及び第２流路突起７６は、プレス成形により、第２セパレータ本体７２に一体に設けられている。第２流路突起７６は、第２セパレータ本体７２をプレス成形することにより横断面が台形状に形成されている。ただし、第２流路突起７６は、第２セパレータ本体７２をプレス成形することにより横断面が矩形状に形成されてもよい。

図２及び図３に示すように、第２流路突起７６は、第１側壁部８４、第２側壁部８６及び連結壁部８８を有する。第１側壁部８４及び第２側壁部８６は、流路幅方向（矢印Ｃ方向）に互いに向かい合うように配置されている。第１側壁部８４及び第２側壁部８６は、カソード電極３０に向かって突出している。第１側壁部８４及び第２側壁部８６は、矢印Ａ１方向に向かって互いに近接する方向に傾斜している（図２参照）。連結壁部８８は、第１側壁部８４の突出端と第２側壁部８６の突出端とを互いに繋ぐ。連結壁部８８は、カソード電極３０に当接する平坦な突出端面８８ａを有する。

図３に示すように、第１湾曲凸部８０には、互いに隣り合う第２流路溝７８に連通する第１連通溝９０ａが形成されている。第２湾曲凸部８２には、互いに隣り合う第２流路溝７８に連通する第２連通溝９０ｂが形成されている。第１連通溝９０ａは、第１突出方向（矢印Ｃ１方向）に向かって第１方向（矢印Ｂ２方向）に傾斜している。第２連通溝９０ｂは、第２突出方向（矢印Ｃ２方向）に向かって第１方向（矢印Ｂ２方向）に傾斜している。以下、第１連通溝９０ａ及び第２連通溝９０ｂを単に「連通溝９０」と呼ぶことがある。

連通溝９０の溝幅（矢印Ｂ方向に沿った長さ）は、第２流路溝７８の溝幅（矢印Ｃ方向に沿った長さ）よりも狭い。連通溝９０の溝幅は、連通溝９０の全長に亘って一定である。ただし、連通溝９０の溝幅は、第２流路溝７８の溝幅と同一であってもよいし広くてもよい。連通溝９０の溝深さは、第２流路溝７８の溝深さよりも浅い（図２参照）。

図２及び図３において、連通溝９０は、第１側壁部８４、第２側壁部８６及び連結壁部８８に形成されている。具体的に、連通溝９０は、第１凹部９２、第２凹部９４及び第３凹部９６を含む。第１凹部９２は、第１側壁部８４の根元（第２流路溝７８の溝底面）から第１側壁部８４の突出方向（矢印Ａ１方向）に延びている。第２凹部９４は、第２側壁部８６の根元（第２流路溝７８の溝底面）から第２側壁部８６の突出方向（矢印Ａ１方向）に延びている。第３凹部９６は、連結壁部８８に形成されている。第３凹部９６は、第１凹部９２と第２凹部９４とを互いに繋ぐ。連通溝９０は、第２セパレータ本体７２をプレス成形することにより当該第２セパレータ本体７２に一体に設けられている。

図１において、第２セパレータ本体７２の表面７２ａには、反応ガス（酸化剤ガス若しくは燃料ガス）又は冷却媒体である流体の漏出を防止するための第２シール部９８が設けられている。第２シール部９８は、セパレータ厚さ方向（矢印Ａ方向）から見て、直線状に延在している。ただし、第２シール部９８は、セパレータ厚さ方向（積層方向）から見て、波状に延在してもよい。

第２シール部９８は、第２セパレータ本体７２をプレス成形することにより横断面が台形状又は矩形状に形成されている。ただし、第２シール部９８は、ゴムシールであってもよい。第２シール部９８は、複数の第２連通孔シール部１００と、第２流路シール部１０２とを有する。複数の第２連通孔シール部１００は、複数の連通孔（酸化剤ガス供給連通孔４０ａ等）を個別に囲む。第２流路シール部１０２は、第２セパレータ本体７２の外周部に設けられている。

酸化剤ガス供給連通孔４０ａを囲む第２流路シール部１０２には、酸化剤ガスを酸化剤ガス供給連通孔４０ａから酸化剤ガス流路７４に導くための第２供給ブリッジ１０４が設けられる。酸化剤ガス排出連通孔４０ｂを囲む第２流路シール部１０２には、酸化剤ガス流路７４を流通した酸化剤ガスを酸化剤ガス排出連通孔４０ｂに導くための第２排出ブリッジ１０６が設けられる。

互いに接合される第１セパレータ本体４６の面４６ｂと第２セパレータ本体７２の面７２ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４２ａと冷却媒体排出連通孔４２ｂとに流体的に連通する冷却媒体流路１０８が形成される。

このように構成される発電セル１０は、以下のように動作する。

まず、図１に示すように、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４４ａに供給される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔４０ａに供給される。冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔４２ａに供給される。

燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４４ａから第１供給ブリッジ６８を介して第１セパレータ１６の燃料ガス流路４８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４８を矢印Ｂ１方向に流れながらＭＥＡ２０のアノード電極２８に供給される。

一方、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔４０ａから第２供給ブリッジ１０４を介して第２セパレータ１８の酸化剤ガス流路７４の第２流路溝７８に導入される。酸化剤ガスは、第２流路溝７８を矢印Ｂ２方向に流れながらＭＥＡ２０のカソード電極３０に供給される。

この時、図３に示すように、酸化剤ガスは、第２流路溝７８を流れながら連通溝９０（第１連通溝９０ａ及び第２連通溝９０ｂ）にも流通する。酸化剤ガスは、連通溝９０を流れながらＭＥＡ２０のカソード電極３０に供給される。これにより、第２セパレータ本体７２に連通溝９０を設けない場合（第２流路溝７８にのみ酸化剤ガスを流通させる場合）と比較して、カソード電極３０に酸化剤ガスを効率よく供給することができる。

ＭＥＡ２０では、アノード電極２８に供給される燃料ガスと、カソード電極３０に供給される酸化剤ガスとが、第１電極触媒層３２及び第２電極触媒層３６内で電気化学反応により消費される。この結果、発電が行われる。この時、アノード電極２８ではプロトンが生成し、このプロトンが電解質膜２６内を通りカソード電極３０に移動する。一方、カソード電極３０では、プロトン、電子、酸化剤ガス中の酸素によって水が生成する。

次いで、図１に示すように、アノード電極２８に供給されて一部が消費された燃料ガスは、燃料オフガスとして、燃料ガス流路４８から第１排出ブリッジ７０を介して燃料ガス排出連通孔４４ｂに排出される。カソード電極３０で消費された酸化剤ガスは、酸化剤オフガスとして、酸化剤ガス流路７４から第２排出ブリッジ１０６を介して酸化剤ガス排出連通孔４０ｂに排出される。

また、カソード電極３０で生成した水（生成水）は、酸化剤オフガスと共に排出される。具体的に、カソード電極３０のうち第２流路溝７８を向く部分で発生した生成水は、カソード電極３０から酸化剤ガス流路７４に直接流れる。一方、カソード電極３０のうち連通溝９０を向く部分で発生した生成水は、連通溝９０を介して第２流路溝７８に導かれる。これにより、カソード電極３０の一部に生成水が滞留することを抑制できる。

冷却媒体供給連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１６と第２セパレータ１８との間に形成された冷却媒体流路１０８に導入される。冷却媒体は、冷却媒体流路１０８に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、ＭＥＡ２０を冷却した後、冷却媒体排出連通孔４２ｂから排出される。

本実施形態は、以下の効果を奏する。

本実施形態によれば、第１湾曲凸部８０に第１連通溝９０ａを形成しているため、第１湾曲凸部８０に向かって第１方向（矢印Ｂ２方向）に対して交差する方向に流れる酸化剤ガスを第２流路溝７８から第１連通溝９０ａに円滑に流通させることができる。また、第２湾曲凸部８２に第２連通溝９０ｂを形成しているため、第２湾曲凸部８２に向かって第１方向（矢印Ｂ２方向）に対して交差する方向に流れる酸化剤ガスを第２流路溝７８から第２連通溝９０ｂに円滑に流通させることができる。これにより、第１連通溝９０ａ及び第２連通溝９０ｂを流通する酸化剤ガスをカソード電極３０に供給することができる。また、カソード電極３０のうち第１連通溝９０ａ及び第２連通溝９０ｂを向く部分に発生した生成水を、第１連通溝９０ａ及び第２連通溝９０ｂを介して第２流路溝７８に排出することができる。

第１連通溝９０ａは、第１突出方向に向かって第１方向に傾斜している。第２連通溝９０ｂは、第２突出方向に向かって第１方向に傾斜している。

このような構成によれば、酸化剤ガスを第２流路溝７８から第１連通溝９０ａに一層円滑に流通させることができる。また、酸化剤ガスを第２流路溝７８から第２連通溝９０ｂに一層円滑に流通させることができる。

第１連通溝９０ａ及び第２連通溝９０ｂの各々の溝深さは、第２流路溝７８の溝深さよりも浅い。

このような構成によれば、第１連通溝９０ａ及び第２連通溝９０ｂの各々の溝深さを第２流路溝７８の溝深さと同一にする場合と比較して、第２流路突起７６の剛性の低下を抑制できる。

第２流路突起７６は、第１側壁部８４、第２側壁部８６及び連結壁部８８を有する。第１側壁部８４及び第２側壁部８６は、カソード電極３０に向かって突出すると共に第２方向に互いに向かい合うように配置されている。連結壁部８８は、第１側壁部８４の突出端と第２側壁部８６の突出端とを互いに連結する。第１連通溝９０ａ及び第２連通溝９０ｂの各々は、第１凹部９２、第２凹部９４及び第３凹部９６を含む。第１凹部９２は、第１側壁部８４の根元から第１側壁部８４の突出方向に延びている。第２凹部９４は、第２側壁部８６の根元から第２側壁部８６の突出方向に延びている。第３凹部９６は、連結壁部８８に設けられて第１凹部９２と第２凹部９４とを互いに繋ぐ。

このような構成によれば、第２流路溝７８の溝底面の近くを流れる酸化剤ガスを、第１凹部９２（又は第２凹部９４）から第３凹部９６に向かって円滑に流通させることができる。また、カソード電極３０から第３凹部９６に導出された生成水を、第３凹部９６から第２凹部９４（又は第１凹部９２）を介して第２流路溝７８の溝底面（カソード電極３０から離れた位置）に導くことができる。

第２流路溝７８、第２流路突起７６、第１連通溝９０ａ及び第２連通溝９０ｂは、第２セパレータ本体７２をプレス成形することにより当該第２セパレータ本体７２に一体に設けられている。

このような構成によれば、第２セパレータ１８を簡単に製造できる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得る。

本実施形態は、以下の内容を開示している。

上記実施形態は、電解質膜（２６）の両側に電極（２８、３０）が配設された電解質膜・電極構造体（２０）に積層される板状のセパレータ本体（７２）を備え、前記セパレータ本体のうち前記電極を向く面（７２ａ）に、前記セパレータ本体の一端から他端に向かう第１方向に前記電極に沿って反応ガスを流す凹状の流路溝（７８）と凸状の流路突起（７６）とを前記第１方向と直交する第２方向に交互に配置した燃料電池用セパレータ（１８）であって、前記流路溝と前記流路突起とは、前記第１方向に沿って波状に延在し、前記流路突起は、前記第２方向に突出した第１湾曲凸部（８０）と、前記第１湾曲凸部の第１突出方向とは反対方向の第２突出方向に突出した第２湾曲凸部（８２）とが、前記第１方向に交互に配置されて形成され、前記第１湾曲凸部には、互いに隣り合う前記流路溝に連通する第１連通溝（９０ａ）が形成され、前記第２湾曲凸部には、互いに隣り合う前記流路溝に連通する第２連通溝（９０ｂ）が形成されている、燃料電池用セパレータを開示している。

上記の燃料電池用セパレータにおいて、前記第１連通溝は、前記第１突出方向に向かって前記第１方向に傾斜し、前記第２連通溝は、前記第２突出方向に向かって前記第１方向に傾斜してもよい。

上記の燃料電池用セパレータにおいて、前記第１連通溝及び前記第２連通溝の各々の溝深さは、前記流路溝の溝深さよりも浅くてもよい。

上記の燃料電池用セパレータにおいて、前記流路突起は、前記電極に向かって突出すると共に前記第２方向に互いに向かい合うように配置された第１側壁部（８４）及び第２側壁部（８６）と、前記第１側壁部の突出端と前記第２側壁部の突出端とを互いに連結する連結壁部（８８）と、を有し、前記第１連通溝及び前記第２連通溝の各々は、前記第１側壁部の根元から前記第１側壁部の突出方向に延びた第１凹部（９２）と、前記第２側壁部の根元から前記第２側壁部の突出方向に延びた第２凹部（９４）と、前記連結壁部に設けられて前記第１凹部と前記第２凹部とを互いに繋ぐ第３凹部（９６）と、を含んでもよい。

上記の燃料電池用セパレータにおいて、前記流路溝、前記流路突起、前記第１連通溝及び前記第２連通溝は、前記セパレータ本体をプレス成形することにより当該セパレータ本体に一体に設けられてもよい。

上記実施形態は、電解質膜と当該電解質膜の両側に配設された一対の電極とを有する電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の両側に配設された一組のセパレータ（１６、１８）と、を備えた発電セル（１０）であって、前記一組のセパレータの片方は、上述した燃料電池用セパレータである、発電セルを開示している。

１０…発電セル
１８…第２セパレータ（燃料電池用セパレータ）
２０…ＭＥＡ（電解質膜・電極構造体） ２６…電解質膜
２８…アノード電極 ３０…カソード電極
７２…第２セパレータ本体 ７６…第２流路突起（流路突起）
７８…第２流路溝（流路溝） ８０…第１湾曲凸部
８２…第２湾曲凸部 ８４…第１側壁部
８６…第２側壁部 ８８…連結壁部
９０ａ…第１連通溝 ９０ｂ…第２連通溝
９２…第１凹部 ９４…第２凹部
９６…第３凹部

Claims (5)

1. 電解質膜の両側に電極が配設された電解質膜・電極構造体に積層される板状のセパレータ本体を備え、前記セパレータ本体のうち前記電極を向く面に、前記セパレータ本体の一端から他端に向かう第１方向に前記電極に沿って反応ガスを流す凹状の流路溝と凸状の流路突起とを前記第１方向と直交する第２方向に交互に配置した燃料電池用セパレータであって、
   前記流路溝と前記流路突起とは、前記第１方向に沿って波状に延在し、
   前記流路突起は、前記第２方向に突出した第１湾曲凸部と、前記第１湾曲凸部の第１突出方向とは反対方向の第２突出方向に突出した第２湾曲凸部とが、前記第１方向に交互に配置されて形成され、
   前記第１湾曲凸部の前記第１突出方向の第１頂部には、互いに隣り合う前記流路溝に連通する第１連通溝が形成され、
   前記第２湾曲凸部の前記第２突出方向の第２頂部には、互いに隣り合う前記流路溝に連通する第２連通溝が形成されており、
   前記第１連通溝は、前記第１突出方向に向かって前記第１方向に傾斜し、
   前記第２連通溝は、前記第２突出方向に向かって前記第１方向に傾斜し、
   前記流路突起における前記第１頂部と前記第２頂部との間には、互いに隣り合う前記流路溝に連通する他の連通溝が形成されていない、燃料電池用セパレータ。
2. 請求項１に記載の燃料電池用セパレータであって、
   前記第１連通溝及び前記第２連通溝の各々の溝深さは、前記流路溝の溝深さよりも浅い、燃料電池用セパレータ。
3. 電解質膜の両側に電極が配設された電解質膜・電極構造体に積層される板状のセパレータ本体を備え、前記セパレータ本体のうち前記電極を向く面に、前記セパレータ本体の一端から他端に向かう第１方向に前記電極に沿って反応ガスを流す凹状の流路溝と凸状の流路突起とを前記第１方向と直交する第２方向に交互に配置した燃料電池用セパレータであって、
   前記流路溝と前記流路突起とは、前記第１方向に沿って波状に延在し、
   前記流路突起は、前記第２方向に突出した第１湾曲凸部と、前記第１湾曲凸部の第１突出方向とは反対方向の第２突出方向に突出した第２湾曲凸部とが、前記第１方向に交互に配置されて形成され、
   前記第１湾曲凸部には、互いに隣り合う前記流路溝に連通する第１連通溝が形成され、
   前記第２湾曲凸部には、互いに隣り合う前記流路溝に連通する第２連通溝が形成され、
   前記第１連通溝及び前記第２連通溝の各々の溝深さは、前記流路溝の溝深さよりも浅く、
   前記流路突起は、
   前記電極に向かって突出すると共に前記第２方向に互いに向かい合うように配置された第１側壁部及び第２側壁部と、
   前記第１側壁部の突出端と前記第２側壁部の突出端とを互いに連結する連結壁部と、を有し、
   前記第１連通溝及び前記第２連通溝の各々は、
   前記第１側壁部の根元から前記第１側壁部の突出方向に延びた第１凹部と、
   前記第２側壁部の根元から前記第２側壁部の突出方向に延びた第２凹部と、
   前記連結壁部に設けられて前記第１凹部と前記第２凹部とを互いに繋ぐ第３凹部と、を含む、燃料電池用セパレータ。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータであって、
   前記流路溝、前記流路突起、前記第１連通溝及び前記第２連通溝は、前記セパレータ本体をプレス成形することにより当該セパレータ本体に一体に設けられている、燃料電池用セパレータ。
5. 電解質膜と当該電解質膜の両側に配設された一対の電極とを有する電解質膜・電極構造体と、
   前記電解質膜・電極構造体の両側に配設された一組のセパレータと、を備えた発電セルであって、
   前記一組のセパレータの片方は、請求項１～４のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータである、発電セル。

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