(57)【要約】【課題】  発電分布のばらつきを抑制することができる燃料電池を提供する。【解決手段】  燃料電池１００は、電解質層（３ａ）の両面に導電性材料層（３ｂ，３ｃ，２ａ，２ｂ）およびセパレータ（１）が順に積層された単電池を備え、一方の導電性材料層（３ｂ，２ａ）は、中心部の層厚または密度に比較して周縁部の層厚または密度が大きいことを特徴とする。この場合、一方の導電性材料層（３ｂ，２ａ）の中心部の層厚または密度が周縁部の層厚または密度に比較して大きいことから、一方の導電性材料層（３ｂ，２ａ）はセパレータ（１）の変形に合わせて容易に変形する。それにより、燃料電池１００の発電分布のばらつきを抑制することができる。【選択図】        図１
2006260994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層の両面に導電性材料層およびセパレータが順に積層された単電池を備え、
一方の前記導電性材料層は、中心部の層厚または導電性材料密度に比較して周縁部の層厚または導電性材料密度が大きいことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
他方の前記導電性材料層は、周縁部の層厚または導電性材料密度に比較して中心部の層厚または導電性材料密度が大きいことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記導電性材料層は、電極および集電材を含み、
前記一方の導電性材料層の前記電極および前記集電材のいずれか一方または両方は、中心部の層厚または導電性材料密度に比較して周縁部の層厚または導電性材料密度が大きいことを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記他方の導電性材料層の前記電極および前記集電材のいずれか一方または両方は、周縁部の層厚または導電性材料密度に比較して中心部の層厚または導電性材料密度が大きいことを特徴とする請求項３記載の燃料電池。
【請求項５】
電解質層の両面に導電性材料層およびセパレータが順に積層された単電池が複数積層された電池積層体と、
前記電池積層体を積層方向に圧縮する一対のエンドプレートとを備え、
前記電解質層、前記導電性材料層および前記エンドプレートの少なくとも１つは、中心部が周縁部から凸に湾曲していることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
前記一対のエンドプレートは、中心部が周縁部から同一方向に凸に湾曲していることを特徴とする請求項５記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータを備えた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般的には水素及び酸素を燃料として電気エネルギーを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れかつ高いエネルギー効率が実現できることから、今後のエネルギー供給システムとして広く開発が進められてきている。
【０００３】
燃料電池は、例えば、アノードとカソードとにより電解質が挟持された発電部が集電材およびセパレータを介して積層される構造を有する。この燃料電池においては、各層の接触抵抗を低減させることによる発電効率の向上が課題となっている。近年、集電材に加熱膨張性セラミックス粒子を混合する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、加熱膨張性セラミックスが膨張することにより、集電材とカソードとの接触抵抗の増大を抑制することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３６７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般に、セパレータ部材は高温還元雰囲気下にさらされるとアノード側に凸に反ってしまう。それにより、カソードと集電材との接触が不均一になり、発電分布にばらつきが発生する。
【０００６】
本発明は、発電分布のばらつきを抑制することができる燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料電池は、電解質層の両面に導電性材料層およびセパレータが順に積層された単電池を備え、一方の導電性材料層は、中心部の層厚または導電性材料密度に比較して周縁部の層厚または導電性材料密度が大きいことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る燃料電池においては、セパレータの一方の導電性材料層側に水素を含む燃料ガスが流入することによって、セパレータの中心部が燃料ガス側に凸に湾曲する。この場合、一方の導電性材料層の中心部の層厚または導電性材料密度が周縁部の層厚または導電性材料密度に比較して大きいことから、一方の導電性材料層はセパレータの変形に合わせて容易に変形する。それにより、一方の導電性材料層とセパレータとの接触抵抗が不均一になることが抑制されるとともに、一方の導電性材料層と電解質層との接触抵抗が不均一になることが抑制される。その結果、本発明に係る燃料電池の発電分布にばらつきが発生することが抑制される。
【０００９】
他方の導電性材料層は、周縁部の層厚または導電性材料密度に比較して中心部の層厚または導電性材料密度が大きくてもよい。この場合、他方の導電性材料層の周縁部の層厚または導電性材料密度が中心部の層厚または導電性材料密度に比較して大きいことから、他方の導電性材料層はセパレータの変形に合わせて容易に変形する。それにより、他方の導電性材料層とセパレータとの接触抵抗が不均一になることが抑制されるとともに、他方の導電性材料層と電解質層との接触抵抗が不均一になることが抑制される。その結果、本発明に係る燃料電池の発電分布にばらつきが発生することが抑制される。
【００１０】
導電性材料層は電極および集電材を含み、一方の導電性材料層の電極および集電材のいずれか一方または両方は中心部の層厚または導電性材料密度に比較して周縁部の層厚または導電性材料密度が大きくてもよい。この場合、一方の導電性材料層はセパレータの変形に合わせて容易に変形する。それにより、一方の導電性材料層とセパレータとの接触抵抗が不均一になることが抑制されるとともに、一方の導電性材料層と電解質層との接触抵抗が不均一になることが抑制される。また、電極および集電材のいずれか一方の層厚または導電性材料密度を変更すればよいので、本発明に係る燃料電池の設計が容易になる。
【００１１】
他方の導電性材料層の電極および集電材のいずれか一方または両方は、周縁部の層厚または導電性材料密度に比較して中心部の層厚または導電性材料密度が大きくてもよい。この場合、他方の導電性材料層はセパレータの変形に合わせて容易に変形する。それにより、他方の導電性材料層とセパレータとの接触抵抗が不均一になることが抑制されるとともに、他方の導電性材料層と電解質層との接触抵抗が不均一になることが抑制される。また、電極および集電材のいずれか一方の層厚または導電性材料密度を変更すればよいので、本発明に係る燃料電池の設計が容易になる。
【００１２】
本発明に係る他の燃料電池は、電解質層の両面に導電性材料層およびセパレータが順に積層された単電池が複数積層された電池積層体と、電池積層体を積層方向に圧縮する一対のエンドプレートとを備え、電解質層、導電性材料層およびエンドプレートの少なくとも１つは中心部が周縁部から凸に湾曲していることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係る他の燃料電池においては、セパレータの一方の導電性材料層側に水素を含む燃料ガスが流入することによって、セパレータの中心部が燃料ガス側に凸に湾曲する。この場合、電解質層、導電性材料層およびエンドプレートの少なくとも１つは中心部が周縁部から凸に湾曲していることから、セパレータと導電性材料層との接触抵抗が不均一になることが抑制されるとともに、導電性材料層と電解質層との接触抵抗が不均一になることが抑制される。その結果、本発明に係る燃料電池の発電分布にばらつきが発生することが抑制される。
【００１４】
一対のエンドプレートは、中心部が周縁部から同一方向に凸に湾曲していてもよい。この場合、セパレータが変形してもエンドプレートと電池積層体との接触抵抗が不均一になることが抑制される。それにより、本発明に係る燃料電池の発電分布にばらつきが発生することが抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発電分布にばらつきが発生することを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、第１実施例に係る燃料電池１００について説明する図である。図１（ａ）は、燃料電池１００の一部省略模式的断面図である。図１（ａ）に示すように、燃料電池１００は、燃料電池セル１０がセパレータ１を介して積層された構造を有する。図１においては、燃料電池１００の構造を簡略化してある。燃料電池セル１０は、集電材２ａの上面に発電部３および集電材２ｂが順に積層された構造を有する。集電材２ａ，２ｂは、例えば、金属メッシュ材、多孔質状のカーボン、カーボンペーパー、カーボンクロス、金属不織布、金属ペーパー、多孔質金属焼結体、金属波板等の導電性材料からなる。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、発電部３は、アノード３ｃの上面に電解質層３ａおよびカソード３ｂが順に積層された構造を有する。電解質層３ａは、例えば、酸化物導電体、プロトン導電体等の導電体からなる。酸化物導電体としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア（Ｚｒ（１−ｘ）ＹｘＯ２）、ガドリウムドープセリア（Ｃｅ（１−ｘ）ＧｄｘＯ２）等があげられる。プロトン導電体としては、例えば、ペロブスカイト型プロトン導電体（ＢａＣｅＯ３，ＳｒＺｒＯ３等）、固体酸型プロトン導電体（ＣｓＨＳＯ４等）等のプロトン導電体等があげられる。
【００１９】
カソード３ｂは、例えば、Ｌａ（１−ｘ）ＳｒｘＯ３、Ｌａ（１−ｘ）ＳｒｘＭｎＯ３、銀、Ｓｍ（１−ｘ）ＳｒｘＣｏＯ３、白金、パラジウム等の導電性材料からなる。アノード３ｃは、例えば、ニッケル、ニッケルジルコニアサーメット、白金、コバルト、パラジウム等の導電性材料からなる。
【００２０】
図１（ｃ）に示すように、集電材２ａにおいては、周縁部の多孔度が中心部の多孔度に比較して小さくなっている。集電材２ａの周縁部の多孔度は例えば３０％程度であり、中心部の多孔度は例えば５０％程度である。この場合、集電材２ａの周縁部の多孔度が中心部の多孔度に比較して小さくなっていればよく、上記数値には限定されない。また、集電材２ａの周縁部から中心部にかけて多孔度が徐々に大きくなっていてもよい。ここで、多孔度が大きいと密度は小さく、多孔度が小さいと密度は大きくなる。
【００２１】
また、図１（ｄ）に示すように、集電材２ｂにおいては、周縁部の多孔度が中心部の多孔度に比較して大きくなっている。集電材２ｂの周縁部の多孔度は例えば５０％程度であり、中心部の多孔度は例えば３０％程度である。この場合、集電材２ｂの周縁部の多孔度が中心部の多孔度に比較して大きくなっていればよく、上記数値には限定されない。また、集電材２ｂの中心部から周縁部にかけて多孔度が徐々に大きくなっていてもよい。
【００２２】
セパレータ１は、ＬａＣｒＯ３系等の導電性材料からなる。ここで、セパレータ１の一面に水素等の還元性ガスを含む燃料ガスを接触させ、セパレータ１の他面に酸素等の酸化性ガスを含む酸化剤ガスを接触させると、図１（ｅ）に示すように、セパレータ１は、セパレータ１の中心部が燃料ガス側に凸に湾曲する。特に、セパレータ１の温度上昇に伴い、セパレータ１はさらに湾曲する。
【００２３】
次に、図１（ｆ）を用いて燃料電池１００の動作について説明する。まず、セパレータ１の集電材２ａ側に水素を含有する燃料ガスが流入するとともに、セパレータ１の集電材２ｂ側に酸素を含有する酸化剤ガスが流入する。それにより、セパレータ１は、セパレータ１の中心部が集電材２ａ側に凸に湾曲する。また、発電部３においては酸化剤ガス中の酸素と燃料ガス中の水素とにより発電が行われ、燃料電池１００の温度が８００℃〜１０００℃程度まで上昇する。それにより、セパレータ１は、さらに湾曲する。その結果、セパレータ１により集電材２ａの中心部および集電材２ｂの周縁部が圧縮される。
【００２４】
この場合、集電材２ａの中心部の多孔度が周縁部に比較して大きいことから、集電材２ａは、セパレータ１の変形に合わせて容易に変形する。また、集電材２ｂの周縁部の多孔度が中心部の多孔度に比較して大きいことから、集電材２ｂは、セパレータ１の変形に合わせて容易に変形する。それにより、集電材２ａ，２ｂとセパレータ１との接触抵抗が不均一になることが抑制されるとともに、集電材２ａ，２ｂと発電部３との接触抵抗が不均一になることが抑制される。その結果、燃料電池１００の発電分布にばらつきが発生することが抑制される。また、セパレータ１の湾曲後における集電材２ａ，２ｂの多孔度（密度）が略均一（所望の密度）になることにより、セパレータと集電材２ａ，２ｂとの間の略均一な荷重が確保され、接触抵抗が不均一になることが抑制される。
【００２５】
本実施例においては、カソード３ｂ、アノード３ｃ、集電材２ａ，２ｂが導電性材料層に相当し、カソード３ｂおよびアノード３ｃが電極に相当する。また、上述したような集電材２ａ，２ｂにおける多孔度の分布が、導電性材料層の導電性材料密度の分布に相当する。
【実施例２】
【００２６】
図２は、第２実施例に係る燃料電池１００ａについて説明する図である。燃料電池１００ａが図１の燃料電池１００と異なる点は、集電材２ａ，２ｂの代わりに集電材２ｃ，２ｄが設けられている点である。
【００２７】
図２（ａ）は締結前の集電材２ｃ、セパレータ１および集電材２ｄの模式的断面図である。図２（ａ）に示すように、集電材２ｃにおいては、中心部の膜厚が周縁部の膜厚に比較して小さくなっている。集電材２ｃの周縁部の厚さは、例えば、５００μｍ前後の厚さであり、集電材２ｃの中心部の厚さは、例えば、４００μｍ前後の厚さである。集電材２ｃの多孔度は、集電材２ｃの全体にわたって均一であり、例えば、３０％程度である。
【００２８】
また、集電材２ｄにおいては、中心部の膜厚が周縁部の膜厚に比較して大きくなっている。集電材２ｄの周縁部の膜厚は、例えば、４００μｍ前後の厚さであり、集電材２ｄの中心部の厚さは、例えば、５００μｍ前後の厚さである。集電材２ｄの多孔度は、集電材２ｄの全体にわたって均一であり、例えば、３０％程度である。
【００２９】
図２（ｂ）は、燃料電池１００ａの模式的断面図である。図２（ｂ）に示すように、集電材２ｃの中心部の膜厚が周縁部の膜厚に比較して小さくかつ集電材２ｄの中心部の膜厚が周縁部の膜厚に比較して大きくなっていることから、セパレータ１は、セパレータ１の中心部が集電材２ｃ側に凸に湾曲している。
【００３０】
以上のことから、セパレータ１の集電材２ｃ側に燃料ガスが流入するとともに、セパレータ１の集電材２ｄ側に酸化剤ガスが流入してセパレータ１が湾曲しようとしても、集電材２ｃ，２ｄとセパレータ１との接触抵抗が不均一になることが抑制されるとともに集電材２ｃ，２ｄと発電部３との接触抵抗が不均一になることが抑制される。その結果、燃料電池１００ａの発電分布にばらつきが発生することが抑制される。
【００３１】
なお、燃料電池１００ａに燃料ガスおよび酸化剤ガスが流入する前においては、セパレータ１は湾曲していなくてもよい。この場合、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流入によりセパレータ１が湾曲することによって、セパレータ１と集電材２ｃ，２ｄとの接触抵抗が不均一になることが抑制される。それにより、燃料電池１００ａの発電分布にばらつきが発生することが抑制される。
【実施例３】
【００３２】
ここで、セパレータの変形量は、燃料ガス中の水素分圧および酸化剤ガス中の酸素分圧に比例し、特に、燃料ガス中の水素分圧に大きく依存することが知られている。本実施例においては、燃料ガス中の水素分圧を考慮した燃料電池について説明する。
【００３３】
図３は、第３実施例に係る燃料電池１００ｂについて説明する図である。燃料電池１００ｂが図１の燃料電池１００と異なる点は、集電材２ａ，２ｂの代わりに集電材２ｅ，２ｆが設けられている点である。
【００３４】
図３（ａ）は集電材２ｅ、セパレータ１および集電材２ｆの模式的断面図である。図３（ａ）に示すように、集電材２ｅにおいては、中心部の膜厚が周縁部の膜厚に比較して小さくなっている。集電材２ｅの膜厚が最も小さくなる箇所は、集電材２ｅの中心よりも燃料ガスの流入口に近い方に存在する。
【００３５】
また、集電材２ｆにおいては、中心部の膜厚が周縁部の膜厚に比較して大きくなっている。集電材２ｆの膜厚が最も大きくなる箇所は、集電材２ｆの中心よりも燃料ガスの流入口に近い方に存在する。
【００３６】
図３（ｂ）は、燃料電池１００ｂの模式的断面図である。図３（ｂ）に示すように、集電材２ｅの中心部の膜厚が周縁部の膜厚に比較して小さくかつ集電材２ｆの中心部の膜厚が周縁部の膜厚に比較して大きくなっていることから、セパレータ１は、セパレータ１の中心部が集電材２ｅ側に凸に湾曲している。
【００３７】
本実施例においては、集電材２ｅの膜厚が最も小さくなる部分が集電材２ｅの中心よりも燃料ガスの流入口に近い方に存在しかつ集電材２ｆの膜厚が最も大きくなる部分が集電材２ｆの中心よりも燃料ガスの流入口に近い方に存在することから、湾曲したセパレータ１の頂点はセパレータ１の中心よりも燃料ガスの流入口に近い方に存在する。また、燃料ガス中の水素は発電部３における発電のために消費されることから、燃料ガスは流動するにつれて水素分圧が低下していく。それにより、セパレータ１は、燃料ガスの流入口に近い側において湾曲しやすい。
【００３８】
以上のことから、セパレータ１と集電材２ｅ，２ｆとの接触抵抗が不均一になることがより効果的に抑制されるとともに、集電材２ｅ，２ｆと発電部３との接触抵抗が不均一になることがより効果的に抑制される。その結果、燃料電池１００ｂの発電分布にばらつきが発生することがより効果的に抑制される。
【００３９】
なお、燃料電池１００ｂに燃料ガスおよび酸化剤ガスが流入する前においては、セパレータ１は湾曲していなくてもよい。この場合、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流入によりセパレータ１が湾曲することにより、発電部３と集電材２ｅ，２ｆとの接触抵抗が低減する。それにより、燃料電池１００ｂの発電分布にばらつきが発生することが抑制される。
【００４０】
また、上記第１〜第３実施例においては、集電材の膜厚および多孔度のいずれか一方を制御することにより接触抵抗の増大を抑制しているが、集電材の膜厚および多孔度の両方を制御することにより接触抵抗の増大を抑制してもよい。
【実施例４】
【００４１】
図４は、第４実施例に係る燃料電池１００ｃについて説明するための図である。燃料電池１００ｃが図１の燃料電池１００と異なる点は、燃料電池１００の動作が停止している場合において発電部３が湾曲している点である。
【００４２】
図４（ａ）は、発電部３の模式的断面図である。図４（ａ）に示すように、本実施例に係る発電部３は、中心部が上面側に凸に湾曲している。発電部３は、図４（ｂ）に示すように電解質層３ａ、カソード３ｂおよびアノード３ｃが湾曲するように形成することによって作製することができる。また、図４（ｃ）に示すように、平面基板状の電解質層３ａの上面側に中心部の膜厚が大きくなるようにカソード３ｂを形成し、電解質層３ａの下面側に中心部の膜厚が小さくなるようにアノード３ｃを形成することよって作製することができる。
【００４３】
本実施例に係る電解質層３ａとしては、イットリア安定化ジルコニア（Ｚｒ（１−ｘ）ＹｘＯ２）等の固体電解質を用いることができる。
【００４４】
図４（ｄ）は、燃料電池１００ｃの模式的断面図である。図４（ｄ）に示すように、発電部３の中心部が集電材２ｂに対して凸に湾曲していることから、セパレータ１および集電材２ａ，２ｂは、それぞれの中心部が上面側に凸に湾曲している。
【００４５】
以上のことから、セパレータ１の集電材２ａ側に燃料ガスが流入するとともに、セパレータ１の集電材２ｂ側に酸化剤ガスが流入してセパレータ１が湾曲しようとしても、集電材２ａ，２ｂと発電部３との接触抵抗が不均一になることが抑制される。その結果、燃料電池１００ｃの発電分布にばらつきが発生することが抑制される。
【００４６】
なお、燃料電池１００ｃに燃料ガスおよび酸化剤ガスが流入する前においては、セパレータ１は湾曲していなくてもよい。この場合、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流入によりセパレータ１が湾曲することにより、セパレータ１と集電材２ａ，２ｂとの接触抵抗が低減する。それにより、燃料電池１００ｃの発電分布にばらつきが発生することが抑制される。
【実施例５】
【００４７】
図５は、第５実施例に係る燃料電池１００ｄを説明するための図である。図５（ａ）は燃料電池１００ｄの模式的断面図である。図５（ａ）に示すように、燃料電池１００ｄは、図１の燃料電池セル１０がセパレータ１を介して積層された構造を有し、最上段の燃料電池セル１０の上面側および最下段の燃料電池セル１０の下面側に、セパレータ１と同様の材料からなるエンドプレート２０が設けられている。
【００４８】
燃料電池１００ｄにおいては、セパレータ１、燃料電池セル１０およびエンドプレート２０は、それぞれの中心部が上面側に凸に湾曲している。それにより、セパレータ１および最下段のエンドプレート２０の上面側に燃料ガスが流入するとともにセパレータ１および最上段のエンドプレート２０の下面側に酸化剤ガスが流入してセパレータ１が湾曲しようとしても、セパレータ１と図１の集電材２ａ，２ｂとの接触抵抗が不均一になることが抑制されるとともに、集電材２ａ，２ｂと発電部３との接触抵抗が不均一になることが抑制される。その結果、燃料電池１００ｄの発電分布にばらつきが発生することが抑制される。
【００４９】
図５（ｂ）は、燃料電池１００ｄの製造方法について説明する図である。図５（ｂ）に示すように、中心部が上面側に凸に湾曲するエンドプレート２０を形成する。次に、セパレータ１を介して燃料電池セル１０を積層する。次いで、複数のセパレータ１および燃料電池セルを２枚のエンドプレート２０により締結する。以上の工程により、図５（ａ）の燃料電池１００ｄが完成する。この場合、エンドプレート２０の中心部が上面側に凸に湾曲していることから、セパレータ１および燃料電池セル１０の中心部も上面側に凸に湾曲する。
【００５０】
なお、燃料電池１００ｄに燃料ガスおよび酸化剤ガスが流入する前においては、セパレータ１は湾曲していなくてもよい。この場合、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流入によりセパレータ１が湾曲することにより、エンドプレート２０と燃料電池セル１０との接触抵抗が低減する。それにより、燃料電池１００ｄの発電分布にばらつきが発生することが抑制される。
【００５１】
なお、本実施例においては、発電セル１０内の電界質層３ａは、ペロブスカイト型プロトン導電体（ＢａＣｅＯ３等）、固体酸型プロトン導電体（ＣｓＨＳＯ４）等の電解質を用いることができる。
【００５２】
本実施例においては、燃料電池セル１０の両面がセパレータ１に挟まれたものが単電池に相当し、燃料電池セル１０がセパレータ１を介して複数積層されたものが電池積層体に相当する。
【００５３】
なお、上記第１〜第５実施例においては固体酸化物型燃料電池に本発明を適用しているが、水素分離膜電池に本発明を適用することもできる。ここで、水素分離膜電池とは、水素分離膜層を備えた燃料電池である。水素分離膜層は水素透過性を有する金属によって形成される層であり、例えば、パラジウム、パラジウム合金等により形成することができる。上記水素分離膜電池は、水素分離膜層上にプロトン導電性を有する電解質、集電材およびカソードが積層された発電部をセパレータによって挟まれた構造をとっている。また、水素分離膜電池は、発電により温度が３００℃〜６００℃程度まで上昇する。
【実施例６】
【００５４】
図６は、第６実施例に係る燃料電池１００ｅの一部省略模式的断面図である。燃料電池１００ｅは水素分離膜電池からなる。図６に示すように、燃料電池１００ｅは、燃料電池セル２０がセパレータ２１を介して積層された構造を有する。図６においては、燃料電池１００ｅの構造を簡略化してある。燃料電池セル２０は、アノード２２上に水素透過性金属層２３、電解質層２４およびカソード２５が順に積層された構造を有する。
【００５５】
水素透過性金属層２３は、中心部が上面側に凸に湾曲するように形成されている。水素透過性金属層２３を構成する金属は、例えば、パラジウム、バナジウム、チタン、タンタル等の水素透過性金属である。アノード２２およびカソード２５は、金属、カーボン等の導電性材料からなる。電解質層２４は、ペロブスカイト型プロトン導電体（ＢａＣｅＯ３等）、固体酸型プロトン導電体（ＣｓＨＳＯ４）等の電解質を用いることができる。セパレータ２１は、ステンレス等の導電性材料からなる。
【００５６】
セパレータ２１の一面に水素等の還元性ガスを含む燃料ガスを接触させ、セパレータ２１の他面に酸素等の酸化性ガスを含む酸化剤ガスを接触させると、セパレータ２１は、セパレータ２１の中心部が燃料ガス側に凸に湾曲する。
【００５７】
本実施例においては、水素透過性金属層２３が湾曲していることから、アノード２２、電解質層２４、カソード２５およびセパレータ２５も湾曲している。それにより、燃料電池１００ｅに燃料ガスおよび酸化剤ガスが流入してセパレータ２１が湾曲しても、セパレータ２１とアノード２２およびカソード２５との接触抵抗が不均一になることが抑制される。その結果、燃料電池１００ｅの発電分布にばらつきが発生することが抑制される。
【００５８】
なお、燃料電池１００ｅに燃料ガスおよび酸化剤ガスが流入する前においては、セパレータ２１は湾曲していなくてもよい。この場合、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流入によりセパレータ２１が湾曲することにより、燃料電池セル２０内の接触抵抗および燃料電池セル２０とセパレータ２１との接触抵抗が低減する。それにより、燃料電池１００ｅの発電分布にばらつきが発生することが抑制される。
【００５９】
また、本実施例においては水素透過性金属層２３が湾曲しているが、必ずしも水素透過性金属層２３が湾曲している必要はない。例えば、水素透過性金属層２３は、下面が平面であってかつ中心部の膜厚が周縁部の膜厚に比較して大きくなるように形成されていてもよい。この場合、アノード２２の中心部の膜厚が周縁部の膜厚に比較して小さくなるように形成されていれば、セパレータ２１が湾曲しても、セパレータ２１とアノード２２およびカソード２５との接触抵抗が不均一になることが抑制される。
【００６０】
本実施例においては、アノード２２、水素透過性金属層２３およびカソード２５が導電性材料層に相当し、アノード２２およびカソード２５が電極に相当する。
【００６１】
なお、図１の燃料電池１００、図２の燃料電池１００ａ、図３の燃料電池１００ｂ、図４の燃料電池１００ｃおよび図６の燃料電池１００ｅのエンドプレートを、図５のエンドプレート２０のように湾曲させてもよい。また、アノード、カソードおよび集電材のいずかの膜厚等を変更すれば本発明の効果が得られることから、本発明に係る燃料電池の設計が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第１実施例に係る燃料電池について説明するための図である。
【図２】第２実施例に係る燃料電池について説明するための図である。
【図３】第３実施例に係る燃料電池について説明するための図である。
【図４】第４実施例に係る燃料電池について説明するための図である。
【図５】第５実施例に係る燃料電池について説明するための図である。
【図６】第６実施例に係る燃料電池の一部省略模式的断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１，２１  セパレータ
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ  集電材
３  発電部
３ａ，２４  電解質層
３ｂ，２５  カソード
３ｃ，２２  アノード
１０  単電池
２０  エンドプレート
２３  水素透過性金属層
１００  燃料電池
【図１】
2006260994.tif 000003
【図２】
2006260994.tif 000004
【図３】
2006260994.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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