(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
ガス拡散層と、
セパレータと、
前記ガス拡散層と前記セパレータとの間に配置され、エキスパンドメタルからなる酸化剤ガス流路と、
を備え、
前記エキスパンドメタルは、
前記ガス拡散層側を流れる酸化剤ガスと、前記セパレータ側を流れる酸化剤ガスが互いに連通する開口を有しない上流側の第１エキスパンドメタルと、
前記開口を備える下流側の第２エキスパンドメタルと、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記第１エキスパンドメタルの全体に対する比率は、１／３以上１／２以下である
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池において、さらに、
前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給するカソードマニホールドと、
前記カソードマニホールドと前記第１エキスパンドメタルとの間に配置され、前記カソードマニホールドからの酸化剤ガスを拡散して前記第１エキスパンドメタルに流入させるガス拡散部材と、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池において、
前記ガス拡散部材は、第２エキスパンドメタルと同一のエキスパンドメタルから構成される
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
燃料電池であって、
ガス拡散層と、
セパレータと、
前記ガス拡散層と前記セパレータとの間に配置され、エキスパンドメタルからなる酸化剤ガス流路と、
を有し、前記エキスパンドメタルは、前記酸化剤ガス流路の上流側に対応する部分においてせん断刃を平板の送り方向と垂直方向に搖動させずにせん断することで隣接するメッシュが直線上に配置するように形成され、前記酸化剤ガス流路の下流側に対応する部分においてせん断刃を送り方向と垂直方向に搖動させてせん断することで隣接するメッシュが互い違いに配置するように形成される
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
燃料電池の製造方法であって、
前記燃料電池は、ガス拡散層とセパレータとの間に配置され、エキスパンドメタルからなる酸化剤ガス流路を有し、
前記エキスパンドメタルは、前記酸化剤ガス流路の上流側に対応する部分においてせん断刃を平板の送り方向と垂直方向に搖動させずにせん断することで隣接するメッシュが直線上に配置するように形成され、前記酸化剤ガス流路の下流側に対応する部分においてせん断刃を送り方向と垂直方向に搖動させてせん断することで隣接するメッシュが互い違いに配置するように形成される
ことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池及びその製造方法に関し、特に燃料電池のガス流路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、単セルが複数個積層されたスタック構造として構成され、各セルの最外層に位置してスタック内の各セルを区分けする部材として、板状のセパレータが用いられている。セパレータは、アノード側に燃料ガスを供給するとともにカソード側に酸化剤を供給する機能を有し、また、セル内で発生する生成水の排出を行う機能を有している。
【０００３】
固体高分子型燃料電池のセルは、膜電極接合体（ＭＥＡ）の両面に、ガス拡散層、ガス流路、セパレータがそれぞれ配置された構成であり、ガス流路がセパレータと別個の構造をなすセルにおいては、ガス流路を構成する構造物として、エキスパンドメタルが提案されている。
【０００４】
エキスパンドメタルは、亀甲型のメッシュが千鳥配置された連続構造をなし、メッシュがガス拡散層とセパレータとの間に傾斜面を構成するように配置されることで、千鳥配置されたメッシュと、ガス拡散層表面及びセパレータ表面との間に、ガス流路が互い違いに配置される。エキスパンドメタルは、平板材料を送りながら金型によって一段ずつ切れ込みを入れることによりメッシュが形成される。
【０００５】
下記の特許文献１には、セルのガス流路におけるガスの圧損を低下させることを目的として、エキスパンドメタルのメッシュを連結するボンド部が、部分的にボンド長さを短縮する位置で立ち上がり、ストランド部の一部をなす構成が開示されている。また、エキスパンドメタルの製造装置において、上刃のＴＤ方向、すなわち材料の送り方向ＦＤに対して垂直な方向のシフト制御ロジックを変更して、同一のＴＤ方向に連続して送る際の連続数をエキスパンドメタルの任意の場所ないし領域毎に変えることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１７０９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
メッシュが千鳥配置されたエキスパンドメタルでは、ガス拡散層表面及びセパレータ表面との間にガス流路が配置されるため、ガス拡散層側に流れるガスと、セパレータ側に流れるガスのガス交換が可能である。
【０００８】
一方、カソード側の空気等の酸化剤ガスの入口側は、未だ酸素が消費されていないため相対的にガス量が多く、生成の持ち去りが多いため乾きやすい。特に、無加湿状態で空気等の酸化剤ガスを供給する場合に顕著に乾きやすくなり、高温時において酸化剤ガスの入口側で発電性能が低下し、ガス出口側で発電が集中することとなり、発電面内で不均一な発電分布が生じてしまう。
【０００９】
エキスパンドメタルのガス拡散層とのコンタクト率あるいはコンタクト面積を増大させてガス拡散層からの生成水の蒸散を抑制することが考えられるが、この場合には高温性能は確保できるものの、常温時においては酸素欠による濃度過電圧が増大するため出力電圧が低下してしまう問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、ガス入口での乾燥による出力低下を抑制するとともに、常温時及び高温時のいずれにおいても必要な出力電圧を確保することができる燃料電池及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、燃料電池であって、ガス拡散層と、セパレータと、前記ガス拡散層と前記セパレータとの間に配置され、エキスパンドメタルからなる酸化剤ガス流路とを備え、前記エキスパンドメタルは、前記ガス拡散層側を流れる酸化剤ガスと、前記セパレータ側を流れる酸化剤ガスが互いに連通する開口を有しない上流側の第１エキスパンドメタルと、前記開口を備える下流側の第２エキスパンドメタルとを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の１つの実施形態では、前記第１エキスパンドメタルの全体に対する比率は、１／３以上１／２以下である。
【００１４】
また、本発明の他の実施形態では、さらに、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給するカソードマニホールドと、前記カソードマニホールドと前記第１エキスパンドメタルとの間に配置され、前記カソードマニホールドからの酸化剤ガスを拡散して前記第１エキスパンドメタルに流入させるガス拡散部材とを有する。
【００１５】
また、本発明の他の実施形態では、前記ガス拡散部材は、第２エキスパンドメタルと同一のエキスパンドメタルから構成される。
【００１７】
また、本発明は、燃料電池であって、ガス拡散層と、セパレータと、前記ガス拡散層と前記セパレータとの間に配置され、エキスパンドメタルからなる酸化剤ガス流路とを有し、前記エキスパンドメタルは、前記酸化剤ガス流路の上流側に対応する部分においてせん断刃を平板の送り方向と垂直方向に搖動させずにせん断することで隣接するメッシュが直線上に配置するように形成され、前記酸化剤ガス流路の下流側に対応する部分においてせん断刃を送り方向と垂直方向に搖動させてせん断することで隣接するメッシュが互い違いに配置するように形成される。
【００１８】
さらに、本発明は、燃料電池の製造方法であって、前記燃料電池は、ガス拡散層とセパレータとの間に配置され、エキスパンドメタルからなる酸化剤ガス流路を有し、前記エキスパンドメタルは、前記酸化剤ガス流路の上流側に対応する部分においてせん断刃を平板の送り方向と垂直方向に搖動させずにせん断することで隣接するメッシュが直線上に配置するように形成され、前記酸化剤ガス流路の下流側に対応する部分においてせん断刃を送り方向と垂直方向に搖動させてせん断することで隣接するメッシュが互い違いに配置するように形成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ガス入口での乾燥による出力低下を抑制するとともに、常温時及び高温時のいずれにおいても必要な出力電圧を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態におけるセルの平面図である。
【図２】第２エキスパンドメタルの構成図である。
【図３】第１エキスパンドメタルの構成図である。
【図４】実施形態におけるガスの流れを示す説明図である。
【図５】従来セルの平面図である。
【図６】従来セルにおけるガスの流れを示す説明図である。
【図７】実施形態における第１エキスパンドメタル領域の割合と出力電圧特性との関係を示すグラフである。
【図８】他の実施形態におけるエキスパンドメタルの構成図である。
【図９】実施形態における第１エキスパンドメタルの発電効率低下領域を示す説明図である。
【図１０】他の実施形態におけるセルの平面図である。
【図１１】エキスパンドメタルの搖動量を示す説明図である。
【図１２】他の実施形態のエキスパンドメタルの構成図である。
【図１３】搖動量の変化と出力電圧特性との関係を示すグラフである。
【図１４】実施形態における製造装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は例示にすぎず、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２２】
１．基本構成及び基本原理
まず、本実施形態の基本構成及び基本原理について説明する。
【００２３】
本実施形態の固体高分子型燃料電池は、従来と同様に単セルを複数個積層したスタック構造である。各セルは、膜電極接合体（ＭＥＡ）の両面に、ガス拡散層、ガス流路、セパレータがそれぞれ配置され、カソード側のガス流路はエキスパンドメタル成形の多孔体から構成される。
【００２４】
従来のエキスパンドメタルは、平板を送りながら上刃と下刃でせん断することによりメッシュを形成しており、平板の送り方向に隣接するメッシュは互い違いに配置されており、ガス拡散層側を流れるガスとセパレータ側を流れるガスが互いに連通する開口が存在している。このため、ガス上流側においては相対的にガス流量が多く、発電反応により生じた生成水を持ち去る量が多くなり、特に高温時の運転においてガスを無加湿状態で供給する場合において乾燥し易くなる。
【００２５】
このように、ガス上流側におけるガス流量が相対的に多いため生成水の持ち去り量が多くなって乾燥することから、これを抑制ないし解消するためには、ガス上流側におけるガス流量を従来よりも減少させればよい。
【００２６】
一方、単にガス流量を減少させたのでは、特にガス下流側や常温時において酸素欠による出力電圧の低下を招く。
【００２７】
そこで、本実施形態では、ガス上流側と下流側とでエキスパンドメタルの開口量を変化させ、ガス上流側においては開口量を相対的に小さくし、ガス下流側においては開口量を相対的に大きくする。ガス上流側の開口量を相対的に小さくすることで、ガス拡散層側を流れるガスとセパレータ側を流れるガスとが分離され、ガス拡散層側を流れるガスが実質的に減少し、結果としてガス上流側における生成水の持ち去りを抑制することができる。すなわち、ガス流路に供給されるガスの総流量は変化しないものの、ガス上流側においてガス拡散層側に流れるガスの流量が減少することで生成水の持ち去りが低減する。したがって、ガス上流側における乾燥が抑制ないし防止され、特に高温時における発電分布を均一化できる。また、ガス下流側の開口量を相対的に大きくすることで、ガス拡散層側を流れるガスとセパレータ側を流れるガスの連通を可能とし、酸素欠による出力電圧低下を抑制できる。
【００２８】
本実施形態におけるガス流路を構成するエキスパンドメタルの開口量は、上記のようにガス上流側とガス下流側とで相対的に異なるが、開口量をガス上流側からガス下流側に沿って連続的に変化させる他、不連続的あるいは段階的に変化させることが可能である。
【００２９】
開口量を不連続的あるいは段階的に変化させる場合、セル構成の簡易化及び製造の容易性を考慮すると、２段階あるいは３段階程度に変化させることが望ましい。例えば２段階で変化させる場合、ガス上流側におけるエキスパンドメタルの開口量を一定値Ｓ１、ガス下流側におけるエキスパンドメタルの開口量を一定値Ｓ２として、Ｓ１＜Ｓ２となるように設定する。
【００３０】
開口量Ｓ１の一例はゼロ、すなわちＳ１＝０であり、これはガス拡散層側を流れるガスとセパレータ側を流れるガスが完全に分離されていることを意味する。
【００３１】
本実施形態では、ガス上流側におけるガス流量をガス下流側に比べて相対的に減少させることで生成水の持ち去りを低減することが基本原理であるから、この基本原理の範囲内においてガス上流側における開口量を適宜設定することができる。
【００３２】
以下、本実施形態について、具体的に説明する。
【００３３】
２．第１実施形態
図１（ａ）に、本実施形態におけるセル１０の平面図を示す。セル１０を構成するセパレータの左右端部には、アノードマニホールド１２が形成され、燃料ガスとしての水素ガスが供給される。また、セル１０を構成するセパレータの上下端部には、カソードマニホールドが形成される。カソードマニホールドは、図においてはカソードマニホールド入口１４及びカソードマニホールド出口１６として示されている。酸化剤ガスとしての空気は、図中、下部のカソードマニホールド入口１４から供給され、図中、上部のカソードマニホールド出口１６から排出される。すなわち、燃料ガスとしての水素ガスは図中横方向に流れ、酸化剤ガスとしての空気は、水素ガスの流れと垂直な上下方向に流れる。また、セパレータの左右端部には、冷却水マニホールド１８が形成され、冷却水が供給される。
【００３４】
一方、カソード側のガス流路を構成するエキスパンドメタルは、単一の構成ではなく、２つの部分から構成される。すなわち、カソードマニホールド入口１４側に形成された第１エキスパンドメタル２０と、それ以外の第２エキスパンドメタル２２である。第１エキスパンドメタル２０及び第２エキスパンドメタル２２は、それぞれ亀甲型のメッシュが形成されているが、そのメッシュの配置が異なっている。
【００３５】
図１（ｂ）に、第２エキスパンドメタル２２の構成を示す。第２エキスパンドメタル２２は、従来と同様に亀甲型のメッシュが互い違いに配置された連続構造をなす。
【００３６】
図１（ｃ）に、第１エキスパンドメタル２０の構成を示す。第１エキスパンドメタル２０は、第２エキスパンドメタル２２と異なり、亀甲型のメッシュが一列に整列している。
【００３７】
図２（ａ）に、第２エキスパンドメタル２２の一部拡大図を示す。また、図２（ｂ）に、ガス拡散層３０とセパレータ３２との間に第２エキスパンドメタル２２が配置された状態の断面図を示す。図２（ｂ）において、酸化剤ガスとしての空気は、紙面に垂直な方向に流れる。第２エキスパンドメタル２２は、メッシュが互い違いに配置されているため、図２（ｂ）の斜線部２３においてガスが連通する。すなわち、ガス拡散層３０側のガスはこの斜線部２３を通ってセパレータ３２側に流入し、セパレータ３２側のガスも斜線部３２を通ってガス拡散層３０側に流入する。斜線部２３が本実施形態における「開口」に相当する。
【００３８】
また、図３（ａ）に、第１エキスパンドメタル２０の一部拡大図を示す。また、図３（ｂ）に、ガス拡散層３０とセパレータ３２との間に第１エキスパンドメタル２０が配置された状態の断面図を示す。図３（ｂ）において、酸化剤ガスとしての空気は、紙面に垂直な方向に流れる。第１エキスパンドメタル２０は、メッシュが直線上に配置されているため、ガス流路が互いに分離される。すなわち、第２エキスパンドメタル２２における斜線部２３のようなガス連通が存在せず、ガス拡散層３０側のガスはガス拡散層３０側を流れ続け、セパレータ３２側のガスはセパレータ３２側を流れ続ける。
【００３９】
したがって、カソードマニホールド入口１４側に第１エキスパンドメタル２０が配置され、それ以外に第２エキスパンドメタル２２が配置されると、図４に示すように、第１エキスパンドメタル２０が配置された領域でガスはガス拡散層３０側とセパレータ３２側で分離された状態で流れ、第２エキスパンドメタル２２が配置された領域でガスは互い違いに流れ、ガス拡散層３０側とセパレータ３２側がガス連通しつつ流れるようになる。
【００４０】
カソードマニホールド入口１４側では、第１エキスパンドメタル２０によりガスがガス拡散層３０側とセパレータ３２側に分離して流れるため、カソード側ガス入口側ではガス拡散層３０側に流れるガスの流量が実質的に半減することとなり、カソード側ガス入口側でガス流量が相対的に大きいことから生成水の持ち去りが多くなり乾燥が生じてしまう事態を有効に防止できる。その一方で、カソード側ガス出口側では、第２エキスパンドメタル２２によりガスがガス拡散層３０側とセパレータ３２側とでガス連通可能となっているので、濃度過電圧による出力電圧低下を抑制することができる。
【００４１】
本実施形態との比較のため、図５に、従来のセル構造を示す。本実施形態と同様に、セル１０は、アノードマニホールド１２、冷却水マニホールド１８が形成され、上下端にそれぞれカソードマニホールド出口１６、カソードマニホールド入口１４が形成される。一方、従来においては、ガス流路は単一のエキスパンドメタル、すなわち本実施形態における第２エキスパンドメタル２２のみでガス流路が形成される。
【００４２】
したがって、図６に示すように、カソードマニホールド入口１４から流入したガスは、互い違いに流れるとともに、ガス拡散側のガスとセパレータ側のガスが相互に連通してガス交換されることとなり、カソード側ガス入口ではガス流量が相対的に大きいため生成水の持ち去り量が多くなり、乾燥し易い。特に、高温時に無加湿でガスを供給する場合にその傾向が顕著となる。図４と図６とを対比することで、本実施形態と従来技術とのガスの流れの相違が明らかとなろう。
【００４３】
本実施形態においては、図１に示すように、ガス流路を第１エキスパンドメタル２０と第２エキスパンドメタル２２で構成しているが、第１エキスパンドメタル２０が占める領域の割合、あるいは領域のガス流路に沿った方向の長さは、出力電圧特性から最適の範囲に設定することが望ましい。
【００４４】
すなわち、第１エキスパンドメタル２０の領域があまりに小さいと、第２エキスパンドメタル２２のみでガス流路を構成する従来の構造と大差なく、カソード側ガス入口における乾燥防止の効果も期待できない。すなわち、高温時における出力電圧低下を防止できない。一方、第１エキスパンドメタル２０の領域があまりに大きいと、今度はガス拡散層側のガスとセパレータ側のガスとでガス連通が行われる割合が小さくなり、ガス流量が小さくなって常温時における濃度過電圧による出力低下が生じ得る。
【００４５】
このように、高温時における出力電圧特性と常温時における出力電圧特性は、一般にトレードオフの関係にあるので、第１エキスパンドメタル２０の領域の割合、あるいはガス流路に沿った方向の長さは、高温時における出力電圧と常温時における出力電圧を考慮し、両者の均衡を図ることができる範囲に設定する。
【００４６】
図７に、第１エキスパンドメタル２０の領域（図ではメッシュが直線上に配置していることに着目して「ストレート領域」と称す）のガス流路に沿った方向の長さを変化させたときの高温時及び常温時の出力電圧特性を示す。図において、横軸は、ガス流路の全長を１とした場合の第１エキスパンドメタル２０の領域の長さの比率を示す。また、縦軸は出力電圧（Ｖ）を示す。また、図中、実線は常温性能を示し、破線は高温性能を示す。高温性能に着目すると、比率が増大すると出力電圧が増大し、比率が０．５の近傍で出力電圧はピークとなり、その後、比率が増大すると出力電圧は逆に低下する傾向を示す。一方、常温性能に着目すると、比率が増大すると出力電圧はほぼ一定か若しくは微増し、比率が０．３の近傍で出力電圧は最大となり、その後、比率が増大すると出力電圧は逆に低下する傾向を示す。比率が０．５を超える場合の出力電圧の低下は、高温時よりも常温時の方が顕著であるが、その理由は、濃度過電圧によるものと考えられる。
【００４７】
図７より、比率が１／３より小さい範囲では、高温性能は増大するものの十分な増大とは言い難く出力電圧も十分な値を確保することが困難であり、比率が１／２より大きい範囲では、高温時の出力電圧は十分であるものの常温時の出力電圧が著しく低下してしまうことがわかる。
【００４８】
したがって、第１エキスパンドメタル２０の領域としては、ガス流路の全体に対する比率を１／３〜１／２とするのが望ましいといえ、この範囲に設定することで常温時及び高温時のいずれにおいても十分な出力電圧を確保することができる。
【００４９】
３．第２実施形態
上記の実施形態では、カソードマニホールド入口１４の近傍に第１エキスパンドメタル２０を配置しているが、第１エキスパンドメタル２０の他にも、他のエキスパンドメタルを配置することも可能である。
【００５０】
図８に、第１エキスパンドメタル２０に代わる、他のエキスパンドメタル２４を示す。このエキスパンドメタル２４は、第１エキスパンドメタル２０のようにメッシュが直線上に配置しているのではなく、送り方向に隣接する２個のメッシュを組にして直線上に配置し、組同士は互い違いに配置したものである。エキスパンドメタルは、既述したように、平板材料を送りながら金型によって一段ずつ切れ込みを入れることによりメッシュを形成して構成されるが、エキスパンドメタル２４は、上刃の位置を固定して２段連続して切れ込みを入れ、その後に送り方向と垂直方向に搖動させて再び２段連続して切れ込みを入れる作業を繰り返すことで形成される。
【００５１】
このように、エキスパンドメタル２４は、隣接する２段の切れ込みが直線上に配置しているため、この部分においてはガス拡散層側のガスとセパレータ側のガスとが分離してガス交換しないため、ガス流量が実質的に減少して第１エキスパンドメタル２０と同様に高温時におけるガス入口側の乾燥を抑制することができる。また、ガス拡散層とのコンタクト率あるいはコンタクト面積に着目すると、エキスパンドメタル２４は第２エキスパンドメタル２２に比べてコンタクト率あるいはコンタクト面積が増大するため、ガス拡散層からの生成水の蒸散を抑制することもできる。
【００５２】
エキスパンドメタル２４は、２段の切れ込みが直線上に配置する構成であるため、送り量を従来よりも２倍に増大したものということもできる。
【００５３】
４．第３実施形態
第１実施形態では、カソードマニホールド入口１４の近傍に第１エキスパンドメタル２０を配置しているが、この第１エキスパンドメタル２０の領域ではガスが直線的に流れるため、カソードマニホールド入口１４の形成位置によってはガスが流入しにくい領域が生じ得る。
【００５４】
例えば、図９に示すように、カソードマニホールド入口１４がセパレータの下端に複数形成され、中央部においてカソードマニホールド入口１４の間隔が他の部分に比べて相対的に大きい場合、カソードマニホールド入口１４から流入したガスは第１エキスパンドメタル２０内を直線的に流れるため、結果としてカソードマニホールド入口１４の存在しない中央部分、図中領域４０においてガスが流れず、この部分において発電できないことになる。
【００５５】
そこで、図１０に示すように、第１エキスパンドメタル２０とカソードマニホールド入口１４との間に、カソードマニホールド入口１４から流入したガスを拡散させるための拡散部材を形成することが望ましく、具体的には、第１エキスパンドメタル２０とカソードマニホールド入口１４との間に、第２エキスパンドメタル２２を配置することが望ましい。第２エキスパンドメタル２２では、ガスが互い違いに流れるため、カソードマニホールド入口１４から流入したガスは領域４０にも流入することとなる。第１エキスパンドメタル２０とカソードマニホールド入口１４との間の第２エキスパンドメタル２２は、非発電面、すなわち膜電極接合体（ＭＥＡ）が存在していない領域に配置することができる。
【００５６】
もちろん、第１エキスパンドメタル２０とカソードマニホールド入口１４との間に配置する拡散部材としては、第２エキスパンドメタル２２以外も可能であり、焼結多孔体や拡散層を配置してもよく、あるいはセパレータ側にディンプルを形成してもよい。
【００５７】
５．変形例
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００５８】
例えば、本実施形態では、図１に示すようなメッシュが直線上に配置された第１エキスパンドメタル２０、及び図８に示すようにメッシュが２段１組で直線上に配置されたエキスパンドメタル２４を示したが、図１１に示すように、メッシュの形成位置のずれを搖動量Ｙｗとした場合に、搖動量Ｙｗを種々変化させたエキスパンドメタルをカソードマニホールド入口１４の近傍に配置することができる。この場合、第１エキスパンドメタル２０は搖動量Ｙｗを０とした場合に等しく、第２エキスパンドメタル２２は搖動量を最大もしくはそれに近い値とした場合に等しい。例えば、エキスパンドメタルの１波長を０．８ｍｍとした場合、搖動量の最大値は０．４ｍｍとなり、この場合に開口であるメッシュ同士が最もずれた状態となる。第２エキスパンドメタル２２は、搖動量が最大の０．４ｍｍのみならず、これよりも小さい０．２ｍｍであってもよい。そして、第１エキスパンドメタル２０の代わりに、搖動量Ｙｗが０に近い値、例えば０．０５ｍｍや０．１ｍｍとすることができる。図１２に、搖動量Ｙｗを第１エキスパンドメタル２０の搖動量（０ｍｍ）と第２エキスパンドメタル２２の搖動量（０．２ｍｍ）の間の０．１ｍｍとした場合のエキスパンドメタルの構成を示す。このエキスパンドメタルは、第１エキスパンドメタル２０と第２エキスパンドメタル２２の中間の特性を示すこととなる。
【００５９】
図１３に、第１エキスパンドメタル２０を用いた場合（これを第１と略称する）、第１エキスパンドメタル２０の代わりに図１２に示すエキスパンドメタルを用いた場合（これを微小ずらしと略称する）、及び第２エキスパンドメタル２２を用いた場合（これを第２と略称する）の出力電圧特性を示す。「微小ずらし」は、常温特性及び高温特性ともに「第１」と「第２」のほぼ中間の特性を示す。したがって、高温特性において、「第１」程度の出力電圧が要求されない場合において、「第１」に代えて「微小ずらし」を用いることができる。
【００６０】
要約すると、本実施形態では、カソード側ガスの上流側と下流側とで異なるエキスパンドメタルを用い、ガス上流側では下流側に比べて相対的にメッシュの搖動量が小さいエキスパンドメタルを用いることができる。メッシュの搖動量は、ガス拡散層側とセパレータ側を連通するガス開口量に比例するから、ガス上流側では下流側に比べてガス開口量を相対的に小さくすると言うことができる。但し、エキスパンドメタルの製造工程においてメッシュの搖動量を順次変化させることは比較的煩雑であり、かつ高出力電圧が得られることから、搖動量ゼロ、すなわち第１エキスパンドメタル２０と、搖動量が所定値、すなわち第２エキスパンドメタル２２の組み合わせが望ましいといえる。
【００６１】
図１４に、本実施形態における第１エキスパンドメタル２０及び第２エキスパンドメタル２２を製造する装置の一例を示す。製造装置は、ダイ２００、上刃２０２、下刃２０４を備える金型と、平板材料１５０をＦＤ方向に送るローラを備える。上刃２０２は、ＦＤ方向と直交するＴＤ方向に搖動可能であり、かつ、上下方向のＷＤ方向に昇降する。上刃２０２の下面には、台形状の突起２０６がＴＤ方向に一定間隔をあけて形成される。
【００６２】
平板材料１５０は、ローラにより所定の送り量で金型へと送り込まれ、台形状の突起２０６とダイ２００とにより部分的にせん断され、上刃２０２と下刃２０４により挟持されることで台形状の切り起こしが形成される。この際、ＴＤ方向の搖動量をゼロに設定することで第１エキスパンドメタル２０の元となるラスカットメタル１６０が形成され、上刃２０２の上昇の都度、上刃２０２がＴＤ方向に所定量だけ搖動することで第２エキスパンドメタル２２の元となるラスカットメタル１６０が形成される。因みに、上刃２０２の上昇の都度ではなく、２回に１回の割合で上刃２０２がＴＤ方向に所定量だけ搖動することで、図８に示すエキスパンドメタル２４の元となるラスカットメタル１６０が形成される。このようにして階段状のメッシュを有するラスカットメタル１６０を形成した後、圧延ローラで圧延することにより、第１エキスパンドメタル２０や第２エキスパンドメタル２２が製造される。搖動量を段階的に変化させるだけで、第１エキスパンドメタル２０と第２エキスパンドメタル２２を連続的に製造することが可能である。このことは、図１に示すセルを備える燃料電池が効率的に製造され得ることを意味する。
【００６３】
なお、第１エキスパンドメタル２０は搖動量がゼロとしているが、必ずしも厳密な意味でのゼロでなく、実質的にゼロの場合、つまり公差の範囲内において微小な搖動量がある場合も第１エキスパンドメタル２０の範囲内に含まれる。
【００６４】
また、本実施形態では、カソード側のガス流路をエキスパンドメタルで構成したが、アノード側のガス流路は溝あるいはエキスパンドメタルのいずれで構成してもよい。すなわち、少なくともカソード側のガス流路がエキスパンドメタルで構成される任意の燃料電池に適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０  セル、１２  アノードマニホールド、１４  カソードマニホールド入口、１６  カソードマニホールド出口、１８  冷却水マニホールド、２０  第１エキスパンドメタル、２２  第２エキスパンドメタル。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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