(57)【要約】【課題】  セパレータにおけるガス流路に存在する水を効率的に排出できる燃料電池用セパレータ、および燃料電池を提供、および反応ガスの拡散性を高めながらも、ガス流路内における水の移動を円滑に行うことができる燃料電池用セパレータ、および燃料電池の提供。【解決手段】  基板の表面にガス流路が形成されている燃料電池用のセパレータであって、当該ガス流路は、基板の表面から窪んでいる第一溝と、当該第一溝内に設けられた１つ又は２つ以上の第二溝とからなり、特に望ましくは、当該第二溝の断面積を０．１ｍｍ２以下とした燃料電池用セパレータとする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面にガス流路が形成されている燃料電池用のセパレータであって、
当該ガス流路における壁面及び底面の少なくとも何れかの面が多段形状に形成されている、燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
基板の表面にガス流路が形成されている燃料電池用のセパレータであって、
当該ガス流路は、基板の表面から窪んでいる第一溝と、当該第一溝内に設けられた１つ又は２つ以上の第二溝とからなる、燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記第二溝は、その延伸方向に交差する向きの断面積が０．１ｍｍ２以下である、請求項２に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
基板の表面にガス流路が形成されている燃料電池用のセパレータであって、
当該ガス流路を構成する溝の底面には、当該溝の底面から上方に向かって延びる１つ又は２つ以上の突条を形成することにより、当該溝内の底面側に第二溝を区画している請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
電解質層と、
前記電解質層上に形成された電極と、
前記電解質層および前記電極と共に積層され、前記電極との間で、電気化学反応に供される反応ガスが流れるガス流路を形成するセパレータとからなり、
当該セパレータとして請求項１〜４の何れか一項に記載のセパレータが使用されている燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池用セパレータ及びこれを用いて形成された燃料電池に関し、特にガス拡散性と排水性を向上させた燃料電池用セパレータ及びこれを用いて形成された燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池としては、電解質膜の両面に電極触媒層およびガス拡散層を有する膜電極構造体を配置し、これを反応ガスの流路を有する一対のセパレータで挟持してなる単セルを複数組み合わせたものが知られている。
【０００３】
かかる燃料電池において電気化学反応が進行する際には、一方の電極において水が生じ、発生した水は電極から拡散層、そしてセパレータに形成された流路を通過して燃料電池の外部に排出される。また、現在検討されている多くの固体高分子電解質膜は水の存在下でプロトン伝導性を発現する材料から構成されていることから、電解質膜を湿潤状態に保つ必要があり、よって燃料電池に供給するガスを加湿する場合がある。
【０００４】
このように燃料電池内では水分の存在は不可欠であるものの、継続的に水が生成し、この水が燃料電池の電池特性に悪影響を与えることから、外部からの水の添加・内部で生成した水の排出を適正に制御することが望まれている。
【０００５】
そして従来、燃料電池用セパレータ表面の水濡れ性を制御する方法としては表面に親水化膜若しくは疎水化膜を形成する方法が提案されている。
【０００６】
例えば、ガス流路溝の親水性を向上させる技術として、特許文献１（特開２００６−１０７９８９号公報）が提案されている。この特許文献１では、樹脂と導電性フィラーとを混合した後、成形し、次いで成形体の表面にブラスト処理を施す燃料電池用セパレータの製造方法が提案されており、ガス流路溝の内面に対してショットブラスト処理を施すことにより、燃料電池用セパレータとしての導電性や機械特性等には何ら影響を与えることなく、良好な親水性を付与することができものとして記載されている。
【０００７】
また、セパレータに形成されたガス流路の溝の形状により、流路閉塞やフラッディングを防止する技術も提案されている。例えば特許文献２（特開２００７−１８８６４２号公報）では、アノードガスとカソードガスとを分離するセパレータと固体高分子形電解質膜とを有する燃料電池において、前記セパレータは、アノードガス又はカソードガスが流れる溝からなるガス流路を有し、前記溝の断面の形状が、溝深さＡと溝幅Ｂにより規定され、Ａ／２≦Ｂ≦Ａとすることにより、水滴が生じても、電極に達する前にセルから排出させるか、水滴をセパレータのガス流路から速やかに排出できると記載されている。
【０００８】
さらに、構造的な特徴により、ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水を排出する燃料電池用セパレータとして、特許文献３（特開２００８−１４６８９７号公報）が提案されている。この特許文献３では、水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜を一対のガス拡散電極で挟んでなる電解質膜−電極接合体に当接して設けられ、ガスを流通させるためのガス流路溝がガス拡散電極と対向する側の面に形成されており、その前記ガス流路溝の底壁には、ガス拡散電極側に向かって延びる凸部が設けられており、この凸部は、ガス拡散電極よりも高い親水性を有する燃料電池用セパレータが提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１０７９８９号公報
【特許文献２】特開２００７−１８８６４２号公報
【特許文献３】特開２００８−１４６８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の如く、ガス流路内には凝結水分や反応によって生成された水分が液体の状態で存在することになり、これがガス流路を閉塞するなど、燃料電池の電池特性に悪影響を与えることになる。
【００１０】
そこで本発明は、第一に、セパレータにおけるガス流路に存在する水を効率的に排出できる燃料電池用セパレータ、および燃料電池を提供することを課題とする。
【００１１】
また反応ガス（燃料ガスおよび酸素ガス）の拡散性を高めて、電気化学反応を効率的に行うためには、ガス流路の開口を大きくして供給するガスの流速を抑えることが望ましい。
【００１２】
そこで本発明では、第二に、反応ガスの拡散性を高めながらも、ガス流路内における水の移動を円滑に行うことができる燃料電池用セパレータ、および燃料電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題の少なくとも何れかを解決するべく、本発明者らは毛細管現象を利用してガス流路内の水を排出できる構造とした燃料電池用セパレータ、およびこれを用いた燃料電池を提供する。
【００１４】
即ち本発明では、基板の表面にガス流路が形成されている燃料電池用のセパレータであって、当該ガス流路における壁面及び底面の少なくとも何れかの面が多段形状に形成されている、燃料電池用セパレータを提供する。
【００１５】
特に、ガス流路における少なくとも何れか一方の壁面を、底面に向かって幅が狭まるように多段に形成することにより、当該ガス流路における開口面積は大きく、底面側においては幅が狭くなることから、毛細管現象による水の排出効果を得ることができる。またガス流路における底面を多段形状に形成することにより、当該ガス流路の幅を部分的に狭める事もできる。但し、ガス流路における少なくとも何れか一方の壁面を多段形状に形成した結果、ガス流路における底面が多段形状になることから、両者を明確に区別する必要性は乏しい。
【００１６】
またガス流路における壁面及び底面の少なくとも何れかの面を多段形状に形成するには、溝内に溝を形成することによっても実現することができる。よって本発明では、前記課題の少なくとも何れかを解決するために、基板の表面にガス流路が形成されている燃料電池用のセパレータであって、当該ガス流路は、基板の表面から窪んでいる第一溝と、当該第一溝内に設けられた１つ又は２つ以上の第二溝とからなる、燃料電池用セパレータを提供する。
【００１７】
上記燃料電池用のセパレータとしては、より具体的には、水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜を一対のガス拡散電極で挟んでなる電解質膜−電極接合体に当接して設けられており、前記ガス拡散電極と対向する側の面に、ガスを流通させるためのガス流路溝が形成された燃料電池用セパレータが該当し、このようなセパレータで本発明を実施することができる。
【００１８】
また、前記第一溝は、電極の外側に存在する拡散層に接して配置される基板の表面から窪んでいる溝であり、従前の技術におけるガスを流通させる為の溝が該当する。そしてこの第一溝は、多くの場合、その断面形状は正方形又は矩形に形成される。特に本発明においては、この第一溝内において、更に凹んでいる１つ又は２つ以上の第二溝を形成することを特徴としている。
【００１９】
本発明において、第一溝内に、当該第一溝よりも幅を狭く形成した第二溝を形成することにより、第一溝では十分な開口面積を確保しながらも、第二溝の存在により深い溝を形成することができる。即ち本発明におけるセパレータでは、開口面積が大きく、断面積を抑えながらも、十分な親水性を確保したガス流路とすることができる。
【００２０】
更に、第一溝内に第二溝を形成するといった構造であることから、金型を用いて成型する場合にも離型などの点において有利である。即ち、金型成形で緻密な形状を成形する場合、凸状部分を形成するよりも凹上部分を形成する方が精度、および歩留まりにおいて有利な為である。
【００２１】
そして本発明にかかる燃料電池用セパレータでは、第一溝内に第二溝を形成して、ガス流路全体における深さを十分に確保していることから、当該第一溝の幅は、その深さと同じかそれ以上に形成することができる。
【００２２】
また、前記第一溝内に形成される第二溝は、当該第一溝と同じ向きに延びる直線状に形成する他、当該第一溝内を曲折して凹んでいる溝として形成することもできる。更に、当該第二溝は、第一溝内に連続する溝として形成する他、当該第一溝内を断続的に凹ませた溝として形成することもできる。これら第二溝の形状に関しては、製造しやすさや、吸水性（親水性）を考慮した上で、適宜選択することができる。
【００２３】
また前記第二溝は、第一溝内であれば、その側壁面または底面の何れの面に形成してもよい。第二溝を第一溝の側面に形成する場合には、当該ガス流路の断面形状は「Ｌ」字状または横向き「凸」字状に形成される。特に当該セパレータを金型成形によって製造する場合には、第一溝の底面に形成することが望ましい。成型しやすさを向上させる為である。
【００２４】
さらに本発明における燃料電池用セパレータにおいて、前記第二溝は、その延伸方向に交差（望ましくは直交）する向きの断面積が０．１ｍｍ２以下、望ましくは０．０４ｍｍ２以上、０．０８ｍｍ２以下に形成されることが望ましい。当該燃料電池用セパレータに形成される溝の親水性を顕著に高める為には、当該第二溝の断面積を０．０４ｍｍ２以上にすれば良く、０．１ｍｍ２を越えたとしても顕著な親水性の向上効果は見られないためである。
【００２５】
更にこの第二溝は、その溝幅が０．２ｍｍ以上、１ｍｍ以下、特に０．３ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下である事が望ましい。当該第二溝は狭いほど親水性は高まることから、１ｍｍを越えない事が望ましく、一方で０．２ｍｍ未満であると成型が困難な為である。
【００２６】
更に、本発明では、前記課題の少なくとも何れかを解決する為に、ガス流路内に突起を形成することで、毛細管現象を利用し、ガス流路内における水の排出効率を高めた燃料電池用セパレータを提供する。
【００２７】
即ち、基板の表面にガス流路が形成されている燃料電池用のセパレータであって、当該ガス流路を構成する溝の底面に、当該溝の底面から上方に向かって延びる１つ又は２つ以上の突条を形成することにより、当該溝内の底面側に第二溝を区画した燃料電池用セパレータである。
【００２８】
かかる実施態様における燃料電池用セパレータでは、ガス流路となる溝の底面に、突起して立ち上がる壁状の突条を形成し、この突条と溝の壁面との間の空間により毛細管現象を発現させて、ガス流路内における水の排出効率を高めることができる。即ち、底面に形成した突条間および／または突条と溝の壁面との間に溝を形し、これを前記した第二溝とするものである。
【００２９】
而して、本発明における燃料電池用セパレータでは、基板の表面に形成されるガス流路に、毛細管現象を生じさせる空間を確保することを特徴とする。かかる毛細管現象を生じさせる空間は、基板表面におけるガス流路の開口幅よりも狭い幅で、当該ガス流路内に開口している空間領域として規定することができる。そして、この毛細管現象を生じさせる空間は、その幅以上に深さ（即ち底面からの高さ）が深いことが望ましい。
【００３０】
上記本発明にかかる燃料電池用セパレータにおいて、ガス流路内に親水化処理を実施することもできる。例えば、当該ガス流路内にブラスト処理や、赤外線、紫外線その他のエネルギー線を照射して親水化処理を行うことができる。特にエネルギー線を照射することにより親水化処理を実施した場合には、前記第一溝の底面や第二溝の底面など、ガス流路における底面に親水化処理が施されることになる。よって、この場合には、前記燃料電池用セパレータにおいて、ガス流路を形成する溝の底面に親水化加工が施された燃料電池用セパレータが提供される。かかる燃料電池用セパレータは、成形後に親水化処理を実施するだけで、毛細管現象および親水化処理の相乗的な作用により、当該ガス流路内の水を効果的に排出することができる。特に、このガス流路内への親水化処理は、前記した第二溝内だけであっても良く、第一溝および第二溝の全体であっても良い。
【００３１】
そして本発明では、前記課題の少なくとも何れかを解決する為に、上記本発明にかかる燃料電池用セパレータを用いて形成された燃料電池を提供する。
【００３２】
即ち、電解質層と、前記電解質層上に形成された電極と、前記電解質層および前記電極と共に積層されて前記電極との間で電気化学反応に供される反応ガスが流れるガス流路を形成するセパレータとからなり、当該セパレータとして前記した本発明にかかる燃料電池用セパレータが使用されている燃料電池である。
【００３３】
かかる燃料電池によれば、ガス流路内を液状の水が閉塞すること等が無くなり、またガス流路内におけるガスの移動速度を抑えることができることから、ガス拡散性を大幅に向上させることができる。更に、ガス流路内の親水性も向上していることから、排水性を向上させた燃料電池となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面に基づいて、本発明にかかる燃料電池用セパレータおよび燃料電池の好ましい実施の形態を説明する。図１は燃料電池の略図、図２は燃料電池における単セルの分解図、図３は燃料電池用セパレータの燃料極側の面を示す平面図、図４は燃料電池用セパレータの酸素極側の面を示す平面図、図５は燃料電池用セパレータの溝形状を示す要部拡大断面図、図６はその他の実施形態における溝形状を示す要部拡大断面図、図７は実施例における燃料電池用セパレータの溝形状を示す要部拡大断面図、図８〜１０は実施例の結果をそれぞれ示すグラフである。
【００３５】
図１は固体高分子形燃料電池における燃料電池本体（スタック）４０を示す略図であり、この燃料電池本体４０は、図２に示す単位セル５０と呼ばれる最小単位ユニットを、複数組み合わせて形成されている。
【００３６】
本実施の形態における単位セル５０は、中央に電解質膜５１を配置し、その一方の面に白金などの触媒を付した電極を配置してこれを燃料極５２とし、この燃料極の外側に、ガスを膜上に均一に拡散させるための拡散層５３を設けている。この拡散層５３は、カーボンクロスやカーボンペーパ等で形成することができる。そして、この拡散層５３の外側には、導電性を有する板状の燃料電池用セパレータ１を配置している。同じように、電解質膜の他方の面には、酸素極５４、拡散層５５、燃料電池用セパレータ３を、この順序で配置している。
【００３７】
燃料電池用セパレータ（燃料極側の燃料電池用セパレータ１と酸素極側の燃料電池用セパレータ３）は、炭素粉末と熱硬化性樹脂の複合材料からなり、この熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の１種又は２種以上の樹脂を使用することができる。
【００３８】
次に図３及び４を参照しながら、本実施の形態にかかる燃料電池用セパレータの全体構造を説明する。先ず、図３に示す燃料極側の燃料電池用セパレータ１における一方の片面には、燃料電池における燃料極にて燃料ガス（反応ガスの１つ）を流すための蛇行状（サーペンタイン状）の燃料ガス流路５が形成されている。また、図４に示す酸素極側の燃料電池用セパレータ３の一方の片面には、燃料電池における酸素極側に酸素ガス（反応ガスの１つ）を流すための蛇行状（サーペンタイン状）の酸素ガス流路７が形成されている。そして燃料極側の燃料電池用セパレータ１の他方の面及び酸素極側の燃料電池用セパレータ３の他方の面には、冷却水を流すための冷却水流路溝（図示省略）がそれぞれ形成されている。
【００３９】
矩形に形成されている燃料極側の燃料電池用セパレータ１のコーナー部分（図３中における上部右側）には、燃料ガス流路５に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給マニホールド（燃料ガス供給貫通孔）９が形成されている。そしてこの燃料ガス供給マニホールド９が形成されたコーナー部分と対角となるコーナー部分（図３中における下部左側）には、燃料ガス流路５から燃料ガスを排出するための燃料ガス排出マニホールド（燃料ガス排出貫通孔）１１が形成されている。同様に、酸素極側の燃料電池用セパレータ３のコーナー部分（図４中における上部左側）には、燃料ガス流路５に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給マニホールド（燃料ガス供給貫通孔）１３が形成されており、この燃料ガス供給マニホールド１３が形成されたコーナー部分と対角となるコーナー部分（図４中における下部右側）には、燃料ガス流路５から燃料ガスを排出するための燃料ガス排出マニホールド（燃料ガス排出貫通孔）１５が形成されている。
【００４０】
また燃料極側の燃料電池用セパレータ１の燃料ガス供給マニホールド９が形成されている側の幅方向中央（図３における上部中央）には、冷却水流路溝に冷却水を供給するための冷却水供給マニホールド（冷却水供給貫通孔）２５が形成されており、排出マニホールド１１が形成されている側の幅方向中央（図３における下部中央）には、冷却水流路溝から冷却水を排出するための冷却水排出マニホールド（冷却水排出貫通孔）２７が形成されている。同様に、酸素側の燃料電池用セパレータ１の燃料ガス供給マニホールド１３が形成されている側の幅方向中央（図４における上部中央）には、冷却水流路溝に冷却水を供給するための冷却水供給マニホールド（冷却水供給貫通孔）２９が形成されており、燃料ガス排出マニホールド（燃料ガス排出貫通孔）１５が形成されている側の幅方向中央（図４における下部中央）には、冷却水流路溝から冷却水を排出するための冷却水排出マニホールド（冷却水排出貫通孔）３１が形成されている。
【００４１】
図５は本実施の形態における燃料電池用セパレータ（燃料極側の燃料電池用セパレータ１と酸素極側の燃料電池用セパレータ３）に形成されているガス流路６０（燃料ガス流路５および酸素ガス流路７）の、当該流路の延伸方向に交差する向きの断面形状を示している。この図に示すように、本実施の形態にかかるガス流路６０は、溝内に溝を形成した構造となっている。即ち、基板の表面（拡散層に対向する面）６５から直接窪んでいる第一溝６１の底面に、当該底面から更に窪んでいる第二溝６２を形成している。特に、このような形態に形成したガス流路６０においては、第二溝６２の幅Ｗ２は第一溝６１の幅Ｗ１よりも狭い（幅の値が小さい）ことが望ましい。
【００４２】
そして図５に示すように第一溝６１の底面に第二溝６２を形成した場合には、第一溝６１の深さＤ１と第二溝６２の深さＤ２とは、第一溝６１の溝幅や溝間隔等に応じて適宜調整することができるが、第二溝６２の深さＤ２が深い（深さの値が大きい）ことが望ましい。第二溝６２は第一溝６１よりも狭い幅で形成されていることから、当該第二溝６２の深さを深くすることにより、毛細管現象に基づく親水性の付与を一層顕著にすることができるためである。
【００４３】
この図５に示す第一溝６１と第二溝６２は、共に側面が底面から直立状に立ち上がっている形態を示しているが、両者は必ずしも直角に交わっている必要は無く、底面から湾曲しながら側面が立ち上がっていても良い。この場合、第一溝６１はＵ字溝に形成され、その底面に第二溝６２がＵ字溝として形成されることになる。また、この第二溝６２は必ずしも、その溝の延伸方向に直行する向きの断面形状が四角形である必要はなく、その他にも、短辺が上向き又は下向きの台形、ひし形、三角形その他の多角形、或いは円形、楕円形、半円形に形成することもできる。
【００４４】
更に、この第二溝６２は第一溝６１の底面の幅方向中央に形成する他、幅方向に偏在させたり、或いは第一溝６１の側壁寄りに形成することができ、更に第一溝６１内に１つ、或いは２つ以上形成することもできる。以下、図６を参照しながら、本発明における燃料電池用セパレータ（燃料極側の燃料電池用セパレータ１と酸素極側の燃料電池用セパレータ３）に形成し得るガス流路（燃料ガス流路５および酸素ガス流路７）６０の他の実施形態を例示する。
【００４５】
図６（Ａ）は、第一溝６１ａの幅方向の何れか一方寄りに第二溝６２ａを形成した態様を示しており、この実施形態において、第一溝６１ａの何れかの側面は、第二溝６２ａの何れかの側面と共通している。即ち、この実施形態におけるガス流路６０ａは、横向き「Ｌ」字状に形成されている。その結果、第一溝の底面と第二溝の側面とで構成されるコーナー部分は一箇所にすることができ、成型上有利な形状になる。
【００４６】
図６（Ｂ）は、第一溝６１ｂの側面に第二溝６２ｂを横向きに形成し、ガス流路６０ｂ全体の断面形状が略「Ｌ」字状に形成されている実施の形態を示している。即ち、本発明において、第一溝６１ｂと第二溝６２ｂとで構成されるガス流路６０ｂが、深く、かつ狭い幅に形成されている領域が存在すれば良いことから、第二溝６２ｂは必ずしも第一溝６２ｂの底面に形成される必要は無い。また、第一溝６１ｂの側面に形成される第二溝６２ｂは、必ずしも第一溝６１ｂの底面から横向きに形成される必要は無く、第一溝６１ｂの側面の中央近傍から横向きに形成することができる。即ち、当該ガス流路６０ｂの断面形状を横向き略「凸」字状に形成することもできる。なお、この図６（Ｂ）に示すように、第一溝６１ｂの側面に第二溝６２ｂを横向きに形成した場合には、当該溝（即ちガス流路６０ｂ）における幅方向中央の中心線の長さがガス流路の深さ（ＤＦ）に相当する。
【００４７】
図６（Ｃ）は、第一溝６１ｃの底面に２つの第二溝６２ｃを形成した態様を示している。この実施の形態では第一溝６１ｃの底面に第二溝６２ｃを形成していることから、第一溝６１ｃの底面、即ち第一溝の側面につながる底面と、２つの第二溝６２ｃの間に存在する突条の上面は同一水平面内に存在しているが、必ずしも第一溝６１ｃの底面が同一水平面内に存在する必要は無く、第二溝６２ｃの間に存在する突条の上面までの深さを、他の第一溝６１ｃの底面よりも深く形成したり、又は浅く形成したりすることもできる。更に、２つの第二溝６２ｃの断面形状は必ずしも同じである必要は無く、何れか一方の溝を深くしたり、幅広く形成することもでき、また２つの第二溝６２ｃを相似形に形成することもできる。
【００４８】
図６（Ｄ）は、上記図６（Ｃ）に示したような２つの第二溝６２ｄを、それぞれ第一溝６１ｄの側面寄りに形成し、ガス流路６０ｄの断面形状を略逆向き「凹」字状とした態様を示している。特に、この実施の形態では第二溝６２ｄの間に存在する突条の上面が第一溝６１ｄの底面となる。特に２つの第二溝６２ｄの断面形状は必ずしも同じである必要は無く、何れか一方の溝を深くしたり、幅広く形成することもでき、また２つの第二溝６２ｄを相似形に形成することもできる。特に、２つの第二溝６２ｄの深さをそれぞれ異ならせた場合には、両溝間に存在する突条の高さは、２つの第二溝６２ｄの間において異なることになる。
【００４９】
上記図５及び６には、本発明における燃料電池用セパレータ（燃料極側の燃料電池用セパレータ１と酸素極側の燃料電池用セパレータ３）に形成し得るガス流路６０（燃料ガス流路５および酸素ガス流路７）の幾つかの断面形状を示したが、特に第二溝６２の形状は、矩形又は正方形に限らず各種の断面形状にすることができる。
【００５０】
また、本実施の形態における燃料電池用セパレータのガス流路（燃料ガス流路５および酸素ガス流路７）６０の底面には、親水性を付与するための処理が施されることが望ましい。このような親水性を付与するための処理としては、例えば、紫外線や赤外線などのエネルギー線をガス流路の底面に照射したり、ガス流路６０の底面に対して化学的処理を施したりすることができる。ここで、ガス流路６０の底面とは、第一溝６１の底面、および第二溝６２の底面であるが、特に前記図６（Ｃ）に示すように、第一溝の側面に横向きの第二溝を形成した場合には、当該第一溝６１の底面と第二溝６２における第一溝の底面側の側面が該当する。
【００５１】
以上のようなガス流路６０が形成された本実施の形態に燃料電池用セパレータ１（３）では、そのガス流路６０内を水が閉塞することが無くなり、生成水などは、当該溝内を円滑に移動して排出されることになる。また、ガス流路６０自体の開口面積（即ち、第一溝の開口面積）は十分に広く確保されていることから、当該ガス流路６０を流通するガス（燃料ガスおよび酸素）を広い面積で、流速を抑えて供給することができる。その結果、この燃料電池用セパレータ１（３）を使用して形成された燃料電池では、水による流路閉塞やフラッディング等の問題を極力回避し、かつ発電効率も向上した燃料電池となる。
【実施例１】
【００５２】
以下の実施例では、燃料電池用セパレータにおけるガス流路の形状と、当該ガス流路における水の移動具合との関係を確認した。
【００５３】
先ず、本実施例では、炭素粉８７重量％、フェノール樹脂１３％となる割合で充分に混合して原料粉とし、この混合した原料粉を、成形金型のキャビティに均等になるように投入（充填）し、金型温度を１７０〜１７５℃に設定し、プレス装置により１２５ＭＰａの圧力を加圧速度１５００ｋＮ／ｍｉｎで作用させて押し固め、押し固めたものを金型から取り出して試験片を形成した。形成した試験片は、断面形状が矩形であって以下の表１に示す幅および深さの溝を形成した試験片と、図５に示した形状において、第一溝の幅（W１）と深さ（Ｄ１）および第二溝の幅（W２）と深さ（Ｄ２）を以下の表２に示す大きさに調整した試験片である。なお、この表２に示した大きさの溝形状を、図７に示す。
【００５４】
そして、ＪＩＳ  Ｌ１９０７の試験方法を応用して、この試験片を常温・常圧下で純水に鉛直に浸し、各溝内を通って水面から上昇した水の高さ（水面からの高さ）を測定した。その結果を、以下の表１及び２、並びに図８に示す。
【表１】
2010102904.tif 000003
【表２】
2010102904.tif 000004
《実施例１の考察》
【００５５】
この実施例の結果から、ガス流路の延伸方向に交差する断面内に、幅が狭く、かつ深い溝（即ち第二溝）が存在することにより、水は高い位置まで上昇することが確認された。このことから、同じような形状のガス流路を燃料電池用セパレータに形成することにより、ガス流路内における水の移動が円滑になり、水による流路閉塞やフラッディング等の問題を回避できることが確認された。
【実施例２】
【００５６】
この実施例では、第二溝の形状および大きさによる親水性の違いを確認するために、表３に示す大きさの四角形の溝を形成した試験片、および表４に示す大きさの台形の溝を形成した試験片について、実施例１と同じ実験を行った。その結果を、以下の表３及び４、並びに図９及び１０に示す。
【表３】
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【表４】
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《実施例２の考察》
【００５７】
この実施例の結果から、溝の断面積は０．０５ｍｍ２程度が最適であり、この幅を超えても吸水高さ大幅な向上は得られない事が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】燃料電池の全体を示す略図
【図２】燃料電池における単セルの分解図
【図３】燃料電池用セパレータの燃料極側の面を示す平面図
【図４】燃料電池用セパレータの酸素極側の面を示す平面図
【図５】燃料電池用セパレータの溝形状を示す要部拡大断面図
【図６】他の実施形態における溝形状を示す要部拡大断面図
【図７】実施例１における燃料電池用セパレータの溝形状を示す要部拡大断面図
【図８】実施例１の結果を示すグラフ
【図９】実施例２の結果を示すグラフ
【図１０】実施例２の結果を示すグラフ
【符号の説明】
【００５９】
１ 燃料極側の燃料電池用セパレータ
３ 酸素極側の燃料電池用セパレータ
５ 燃料ガス流路
７ 酸素ガス流路
４０ 燃料電池本体
５０ 単位セル
５１ 電解質膜
５２ 燃料極
５３ 拡散層
５４ 酸素極
５５ 拡散層
６０ ガス流路
６１ 第一溝
６２ 第二溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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