(57)【要約】【課題】燃料電池スタックが傾斜した状況下における燃料電池セルの発電性能の維持を図る。【解決手段】枠状の樹脂シートで取り囲んだ膜電極接合体を樹脂シートごと膜電極接合体の外縁領域で挟持する両セパレータのセパレータ側マニホールド孔と、樹脂シートのシート側マニホールド孔とが燃料電池セルの積層を経て形成するガス用マニホールドの底辺の少なくとも一部領域において、樹脂シートの先端は、両セパレータの先端よりガス用マニホールドの内側に位置する。そして、両セパレータは、ガス用マニホールドの底辺の側で樹脂シートの少なくとも一方のシート面に、間隙凹所を形成し、樹脂シートは、間隙凹所から膜電極接合体へのガス給排用のガス給排路を有する。その上で、間隙凹所を取り囲む両セパレータと樹脂シートの少なくとも一方は、間隙凹所の取り囲み領域において親水性を有する。【選択図】図４
2019121431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠状の樹脂シートで取り囲んだ膜電極接合体を前記樹脂シートごと前記膜電極接合体の外縁領域でカソード側とアノード側の両セパレータで挟持した燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックであって、
前記両セパレータの前記外縁領域に設けられたセパレータ側マニホールド孔と、前記樹脂シートの前記外縁領域に設けられたシート側マニホールド孔とが、前記燃料電池セルの積層によりガス用マニホールドを形成し、
該ガス用マニホールドの底辺の少なくとも一部領域において、前記樹脂シートの先端が前記両セパレータの先端より前記ガス用マニホールドの内側に位置し、
前記両セパレータは、前記ガス用マニホールドの前記底辺の側で前記樹脂シートの少なくとも一方のシート面に、間隙凹所を形成し、
前記樹脂シートは、前記間隙凹所から前記膜電極接合体へのガス給排用のガス給排路を有し、
前記間隙凹所を取り囲む前記両セパレータと前記樹脂シートの少なくとも一方は、前記間隙凹所の取り囲み領域において親水性を有する、
燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを積層して構成され、それぞれの燃料電池セルは、膜電極接合体をカソードセパレータとアノードセパレータで挟持する。セパレータによる膜電極接合体の挟持に当たっては、膜電極接合体を枠状の樹脂シートで取り囲んだ上で、膜電極接合体を樹脂シートごとカソード・アノードの両セパレータで挟持する手法が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−８８２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池スタックは、燃料電池セルの積層方向が水平な水平姿勢となるよう設置されるが、常時、水平姿勢にあるとは限らない。例えば、車両等の移動体に搭載された燃料電池では、傾斜道路での車両の走行過程や、傾斜した駐車路面での駐車過程において、セル積層方向の一端側、例えば燃料電池スタック前端が下で、セル積層方向の他端側の燃料電池スタック後端が上となるように傾斜する場合がある。こうした傾斜姿勢では、膜電極接合体の外縁領域で燃料電池スタックをセル積層方向に貫く燃料ガス・酸化ガスの給排用のマニホールドも傾斜するため、マニホールドに達した水、具体的には生成水や電解質膜を透過した水（詳しくは、水蒸気）、或いはガス混入水がマニホールドを伝わって傾斜下方側に貯まってしまうことが有り得る。こうしてマニホールドにおいて水が貯まると、水が貯まった傾斜下方側の燃料電池セルにおけるマニホールドを介したガス給排が阻害され、燃料電池セルの発電性能が維持できなくなる事態が起き得る。燃料電池スタック後端が下で燃料電池前端が上となるように傾斜する場合も同様である。こうしたことから、燃料電池スタックが傾斜した状況下における燃料電池セルの発電性能の維持を図ることが要請されるに到った。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池スタックが提供される。この燃料電池スタックは、枠状の樹脂シートで取り囲んだ膜電極接合体を前記樹脂シートごと前記膜電極接合体の外縁領域でカソード側とアノード側の両セパレータで挟持した燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックであって、前記両セパレータの前記外縁領域に設けられたセパレータ側マニホールド孔と、前記樹脂シートの前記外縁領域に設けられたシート側マニホールド孔とが、前記燃料電池セルの積層によりガス用マニホールドを形成し、該ガス用マニホールドの底辺の少なくとも一部領域において、前記樹脂シートの先端が前記両セパレータの先端より前記ガス用マニホールドの内側に位置する。そして、前記両セパレータは、前記ガス用マニホールドの前記底辺の側で前記樹脂シートの少なくとも一方のシート面に、間隙凹所を形成し、前記樹脂シートは、前記間隙凹所から前記膜電極接合体へのガス給排用のガス給排路を有し、前記間隙凹所を取り囲む前記両セパレータと前記樹脂シートの少なくとも一方は、前記間隙凹所の取り囲み領域において親水性を有する。
【０００７】
この形態の燃料電池スタックでは、シート側マニホールド孔とセパレータ側マニホールド孔で形成されたガス用マニホールドに仮に水が到達しても、この水は、ガス用マニホールドの底辺の少なくとも一部領域で樹脂シートのシート面における間隙凹所に保水され、この保水状態は、ガス用マニホールドの内側に先端が位置する樹脂シートで保たれる。こうして保水された水は、樹脂シートのガス給排路を介して膜電極接合体に導かれる。そして、この形態の燃料電池スタックでは、積層したそれぞれの燃料電池セルにおいて上記した保水が行われるので、燃料電池セルの積層方向に対して垂直なセル高さ方向に対して燃料電池スタック前端が下で燃料電池スタック後端が上となるように傾斜しても、燃料電池スタック前端の側に水が過多に貯まってしまうような事態が起きることを抑制できる。燃料電池スタック後端が下で燃料電池スタック前端が上となるように傾斜する場合も同様である。よって、この形態の燃料電池スタックによれば、燃料電池スタックが傾斜した状況下においても燃料電池セルの発電性能の維持を図ることが可能となる。
【０００８】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池スタックの製造方法や燃料電池セル、或いはその製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池セルから構成される燃料電池の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態における燃料電池セルを分解して示す説明図である。
【図３】燃料電池セルにおけるエアーアウト側のマニホールドの要部を拡大して示す説明図である。
【図４】燃料電池セルを複数積層した状況においてマニホールドを図３の４−４線に沿って断面視して示す説明図である。
【図５】燃料電池セルを複数積層した状況においてマニホールドを図３の５−５線に沿って断面視して示す説明図である。
【図６】燃料電池セルを複数積層した状況においてマニホールドを図３の６−６線に沿って断面視して示す説明図である。
【図７】燃料電池の燃料電池前端が鉛直下方となるように燃料電池が傾斜した状況を模式的に示す説明図である。
【図８】第１変形例の燃料電池セルを複数積層した状況においてマニホールドを図４相当に断面視して示す説明図である。
【図９】第２変形例の燃料電池セルを複数積層した状況においてマニホールドを図４相当に断面視して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池セル１１０から構成される燃料電池１００の概略構成を示す説明図である。燃料電池１００は、燃料電池セル１１０を複数積層した燃料電池スタックを、一対のエンドプレート１７０Ｆ，１７０Ｅで挟持して構成される。燃料電池１００は、その一端側のエンドプレート１７０Ｆと燃料電池セル１１０との間に、絶縁板１６５Ｆを介在させてターミナルプレート１６０Ｆを有する。以下、エンドプレート１７０Ｆが配設された燃料電池１００の一端側を、便宜上、前端側と称し、図における紙面右側の他端側を後端側と称する。
【００１１】
燃料電池１００は、後端側のエンドプレート１７０Ｅと燃料電池セル１１０との間にも、同様に、後端側の絶縁板１６５Ｅを介在させて後端側のターミナルプレート１６０Ｅを有する。燃料電池セル１１０と、ターミナルプレート１６０Ｆ，１６０Ｅと、絶縁板１６５Ｆ，１６５Ｅおよびエンドプレート１７０Ｆ，１７０Ｅは、それぞれ、略矩形状の外形を有するプレート構造を有しており、長辺がｘ軸方向（水平方向）で短辺がｙ軸方向（垂直方向、鉛直方向）に沿うように配置されている。燃料電池セル１１０は、前端側と後端側のエンドプレート間にｚ軸方向に沿って積層され、燃料電池１００は、図示するように、燃料電池セル１１０の積層方向（ｚ軸方向）が水平方向に重なる水平姿勢となるよう、車両等に設置される。
【００１２】
燃料電池１００は、後端側のエンドプレート１７０Ｅの側に、酸素含有の酸化ガスであるエアーの供給用マニホールド１１６と排出用マニホールド１１７を備える。また、それぞれの燃料電池セル１１０は、供給用マニホールド１１６から送り込まれたエアーをセル内と隣接セルに導くと共に、セル内を通過した余剰のエアーを排出用マニホールド１１７に排出する。つまり、エアーは、エンドプレート１７０Ｅの側から送り込まれて各セルに供給された後、エンドプレート１７０Ｆの側の燃料電池セル１１０からリターンされて、余剰分がエンドプレート１７０Ｅの排出用マニホールド１１７から生成水と共に排出される。
【００１３】
燃料電池１００は、前端側のエンドプレート１７０Ｆの側に、燃料ガスである水素ガスの供給用マニホールド１１８と排出用マニホールド１１９とを備える。そして、それぞれの燃料電池セル１１０は、供給用マニホールド１１８から送り込まれた水素ガスをセル内と隣接セルに導くと共に、セル内を通過した余剰の水素ガスを排出用マニホールド１１９に排出する。よって、水素ガスは、エンドプレート１７０Ｆの側から送り込まれ、エンドプレート１７０Ｅの側の燃料電池１００からリターンされて、余剰分がエンドプレート１７０Ｆの排出用マニホールド１１９から排出される。エンドプレート１７０Ｆ或いはエンドプレート１７０Ｅの一方側にのみ給排用マニホールドを設け、反応ガス（水素ガス、エアー）および冷却水を例えばエンドプレート１７０Ｆからそれぞれの燃料電池セル１１０に対して供給しつつ、それぞれの燃料電池セル１１０からの排出ガスおよび排出水を、エンドプレート１７０Ｅ或いはエンドプレート１７０Ｆに排出させるマニホールド構成としてもよい。上記した供給用マニホールド１１６等は、セル外のマニホールドであり、後述のセル内のガス用マニホールド３０と連通する。なお、燃料電池１００は、冷却水の給排マニホールドも有するが、この冷却水給排マニホールドは本発明の要旨と直接関係しないので、図１においては、その図示は省略されている。
【００１４】
前端側のターミナルプレート１６０Ｆおよび後端側のターミナルプレート１６０Ｅは、各燃料電池セル１１０の発電電力の集電板であり、図示しない集電端子から集電した電力を外部へ出力する。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態における燃料電池セル１１０を分解して示す説明図である。燃料電池セル１１０は、水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子形の燃料電池セルである。燃料電池セル１１０は、発電体１０と、樹脂シート２０と、カソード側のセパレータ４０ａと、アノード側のセパレータ４０ｂとを備える。
【００１６】
発電体１０は、電解質膜（図示せず）と、電解質膜の両面にそれぞれ隣接して形成された触媒層（図示せず）と、ガス拡散層（図示せず）とを備える。電解質膜は湿潤状態において良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜である。電解質膜は、例えば、フッ素系樹脂のイオン交換膜によって構成される。触媒層は水素と酸素の化学反応を促進する触媒と、触媒を担持したカーボン粒子とを備える。そして、電解質膜の両膜面に触媒層を形成することで、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が得られる。
【００１７】
ガス拡散層は、それぞれ触媒層側の面に隣接して設けられている。ガス拡散層は、電極反応に用いられる反応ガスを電解質膜の面方向に沿って拡散させる層であり、多孔質の拡散層用基材により構成されている。拡散層用基材としては、炭素繊維基材や黒鉛繊維基材、発泡金属など、導電性及びガス拡散性を有する多孔質の基材が用いられる。この電解質膜、触媒層、ガス拡散層を合わせて、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｇａｓｓ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−ｌａｙｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）ともいう。
【００１８】
樹脂シート２０は、膜電極接合体を含む発電体１０の周囲全域を取り囲む枠状の樹脂部材である。樹脂部材として、本実施形態では、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が用いられる。ただし、樹脂部材として、ポリプロピレン、ポリエチレン等の他の種々の熱可塑性樹脂部材も利用可能である。樹脂シート２０は、中央域に発電体１０を取り囲んで収納する開口部２１を備え、この開口部２１の両側、詳しくはｘ軸方向に沿った開口部２１の両側にシート側マニホールド孔３０ａと冷却マニホールド孔３１とを有する。シート側マニホールド孔３０ａは、ｙ軸方向に上下に並んで形成され、それぞれのシート側マニホールド孔３０ａは、反応ガス（水素ガス、エアー）についての既述した供給用マニホールド１１６、排出用マニホールド１１７、供給用マニホールド１１８、排出用マニホールド１１９の１つと重なり、樹脂シート２０を貫く方向（ｚ軸方向）に反応ガスを流す。冷却マニホールド孔３１は、図１において図示を省略した冷却水の給排マニホールドと重なり、樹脂シート２０を貫く方向（ｚ軸方向）に冷却水を流す。
【００１９】
樹脂シート２０は、シート側マニホールド孔３０ａと開口部２１との間に複数のガス給排路５０を備えている。ガス給排路５０は、ｘ軸方向に沿った直線経路の長径のシート貫通孔として形成され、シート側マニホールド孔３０ａから発電体１０の膜電極接合体へのガス給排用のガス通過路である。このガス給排路５０を、凹溝状の長径のガス給排路としてもよい。この場合、ガス給排路５０をシート貫通孔として形成することで、凹溝状のガス給排路とするよりも、樹脂シート２０の厚み、延いては、燃料電池セル１１０の厚みを薄くすることができる。
【００２０】
また、樹脂シート２０は、シート側マニホールド孔３０ａが形成された領域、即ち発電体１０の外縁領域のシート表面に親水性を有する。つまり、樹脂シート２０は、発電体１０の外縁領域において、既述した樹脂部材の表面にプラズマ照射や化学蒸着、紫外線照射、或いはエッチングといった親水性付与処理を受け、少なくとも外縁領域のシート表面に親水性を有する。なお、樹脂シート２０の製造過程において、樹脂シート２０のシート表面全域に親水性付与処理を施してもよい。この他、樹脂シート２０自体を、親水性を有する樹脂部材を用いて型成形してもよい。
【００２１】
一対のセパレータ４０ａ、４０ｂは、膜電極接合体を含む発電体１０を樹脂シート２０ごと発電体１０の外縁領域で挟持するように樹脂シート２０に積層されている。セパレータ４０ａ、４０ｂの両セパレータは、例えば、ステンレス鋼やチタン、あるいはそれらの合金からなる金属板をプレス成型することによって形成されている。よって、セパレータ４０ａ、４０ｂは、その表面に親水性を備える。
【００２２】
本実施形態において、セパレータ４０ａは、カソード側のセパレータであり、セパレータ４０ｂは、アノード側のセパレータである。そして、セパレータ４０ａ、４０ｂの両セパレータは、発電体１０の外縁領域に、セパレータ側マニホールド孔３０ｂと冷却マニホールド孔３１とを有する。冷却マニホールド孔３１は、樹脂シート２０の冷却マニホールド孔３１と重なり、セパレータ４０ａ、４０ｂの両セパレータを貫く方向（ｚ軸方向）に冷却水を流す。なお、セパレータ４０ａ、４０ｂは、重なり合った燃料電池セル１１０の間においてセル間冷却流路を形成するが、セル間冷却流路は本発明の要旨と直接関係しないので、図２においては、その図示は省略されている。
【００２３】
セパレータ側マニホールド孔３０ｂは、発電体１０の膜電極接合体への反応ガス（水素ガス、エアー）の給排に用いられ、樹脂シート２０のシート側マニホールド孔３０ａにそれぞれ重なる。本実施形態では、シート側マニホールド孔３０ａの開口面積は、セパレータ側マニホールド孔３０ｂの開口面積よりも小さい。本実施形態では、以下、シート側マニホールド孔３０ａとセパレータ側マニホールド孔３０ｂとが重なった形成されたマニホールドをガス用マニホールド３０と称する。
【００２４】
セパレータ４０ａ、４０ｂの両セパレータは、反応ガス（水素ガス、エアー）のイン側のセパレータ側マニホールド孔３０ｂからアウト側のセパレータ側マニホールド孔３０ｂに掛けて流路４１を備える。この流路４１は、セパレータ４０ａ、４０ｂの凹凸により形成され、イン側のセパレータ側マニホールド孔３０ｂの近傍において分配流路４２から分岐した複数筋の流路構成を有する。そして、流路４１は、アウト側のセパレータ側マニホールド孔３０ｂの近傍において合流して合流流路４３をなす。分配流路４２は、イン側のセパレータ側マニホールド孔３０ｂの近傍において樹脂シート２０のガス給排路５０と重なって連通し、合流流路４３は、アウト側のセパレータ側マニホールド孔３０ｂの近傍において樹脂シート２０のガス給排路５０と重なって連通する。これにより、イン側のセパレータ側マニホールド孔３０ｂとこれに重なる樹脂シート２０のシート側マニホールド孔３０ａに流れ込んだ反応ガス（水素ガス、エアー）は、樹脂シート２０のガス給排路５０から分配流路４２を通過して複数筋の流路４１を流れ、発電体１０に供給される。流路４１を通過した反応ガス（水素ガス、エアー）は、合流流路４３からガス給排路５０を通過して、アウト側のセパレータ側マニホールド孔３０ｂとこれに重なる樹脂シート２０のシート側マニホールド孔３０ａから排出される。
【００２５】
図３は、燃料電池セル１１０におけるエアーアウト側のガス用マニホールド３０の要部を拡大して示す説明図である。この要部は、図２に示すセパレータ４０ａ、４０ｂのセパレータ側マニホールド孔３０ｂと樹脂シート２０のシート側マニホールド孔３０ａについて、図中に符合Ａを付して示した領域である。図４は、燃料電池セル１１０を複数積層した状況においてガス用マニホールド３０を図３の４−４線に沿って断面視して示す説明図である。図５は、燃料電池セル１１０を複数積層した状況においてガス用マニホールド３０を図３の５−５線に沿って断面視して示す説明図である。図６は、燃料電池セル１１０を複数積層した状況においてガス用マニホールド３０を図３の６−６線に沿って断面視して示す説明図である。
【００２６】
図３に示すように、樹脂シート２０のシート側マニホールド孔３０ａとセパレータ４０ａ、４０ｂのセパレータ側マニホールド孔３０ｂとは重なってガス用マニホールド３０を構成し、マニホールド周囲においては、紙面上面側から、カソード側のセパレータ４０ａと樹脂シート２０とアノード側のセパレータ４０ｂとが積層状態にある。そして、樹脂シート２０のシート側マニホールド孔３０ａは、既述したように、その開口面積がセパレータ側マニホールド孔３０ｂの開口面積よりも小さいことから、ガス用マニホールド３０の底辺において、樹脂シート２０の先端がアノード側・カソード側の両セパレータの先端よりガス用マニホールド３０の内側に位置する。つまり、シート側マニホールド孔３０ａの底辺壁面３０ａｔは、図４に示すように、セル積層方向に対して垂直なセル高さ方向（ｙ軸方向）にセパレータ側マニホールド孔３０ｂの底辺壁面３０ｂｔより突出して高くなる。また、シート側マニホールド孔３０ａの側方壁面３０ａｓは、図５と図６に示すように、水平方向（ｘ軸方向）に沿ってセパレータ側マニホールド孔３０ｂの側方壁面３０ｂｓより突出する。
【００２７】
セパレータ４０ａ、４０ｂは、セパレータ側マニホールド孔３０ｂの孔周壁回りにおいて樹脂シート２０から遠ざかるよう屈曲して、図４に示すように、シート側マニホールド孔３０ａの底辺壁面３０ａｔの側および側方壁面３０ａｓの側で樹脂シート２０の表裏シート面に間隙凹所２３を形成する。この間隙凹所２３は、凹所底部側が傾斜した凹所であって、単体の燃料電池セル１１０では、セパレータ４０ａ、４０ｂの底辺壁面３０ｂｔ或いは側方壁面３０ｂｓまでの凹所となる。その一方、燃料電池セル１１０が積層された状態においては、樹脂シート２０の底辺壁面３０ａｔ或いは側方壁面３０ａｓまでの凹所として形成される。本実施形態の燃料電池セル１１０は、間隙凹所２３での液水の保水を図るべく、間隙凹所２３を、約１．２ｍｍとし、樹脂シート２０の突出を約０．８ｍｍの深さとすることで、燃料電池セル１１０が積層された状態において、約２．０ｍｍの保水空間を間隙凹所２３として設けることができる。この間隙凹所２３を形成するセパレータ４０ａ、４０ｂが表面に親水性を有すること、およびシート面に間隙凹所２３を有する樹脂シート２０が親水性付与処理を経て親水性を備えることから、燃料電池セル１１０は、間隙凹所２３の取り囲み領域において、親水性を発揮することになる。なお、上記した間隙凹所２３の深さ寸法は、セル間ピッチやガス用マニホールド３０の大きさ、或いは反応ガスの最大ガス給排量に応じて適宜設定すればよく、上記の寸法数値に限るわけではない。
【００２８】
樹脂シート２０が有するガス給排路５０は、シート側マニホールド孔３０ａの近傍のガス導入部５１を残してセパレータ４０ａ、４０ｂと重なる。このセパレータ４０ａ、４０ｂのうち、カソード側のセパレータ４０ａは、図２に示すように、セパレータ側マニホールド孔３０ｂの近傍に合流流路４３を有し、この合流流路４３は、図６に示すように、ガス給排路５０と重なる。よって、ガス給排路５０は、カソード側のセパレータ４０ａと樹脂シート２０との間において、図３に示すエアーアウト側のガス用マニホールド３０では、燃料電池セル１１０におけるエアー排出に関与する。これに対して、アノード側のセパレータ４０ｂは、セパレータ側マニホールド孔３０ｂの近傍に合流流路４３を有しないので、ガス給排路５０は、ガス給排に関与しない。こうしたガス給排路５０のガス給排への関与は、エアーについてのイン側のガス用マニホールド３０、および水素ガスについてのイン・アウト側のガス用マニホールド３０でも同様である。そして、ガス給排路５０のガス給排の関与によって、イン側のガス用マニホールド３０に流れ込んだ水素ガスは、アノード側のセパレータ４０ｂが有する流路４１を通過して発電体１０の膜電極接合体に供給され、アウト側のガス用マニホールド３０から排出される。また、イン側のガス用マニホールド３０流れ込んだエアーは、カソード側のセパレータ４０ａが有する流路４１を通過して発電体１０の膜電極接合体に供給され、アウト側のガス用マニホールド３０から排出される。本実施形態の樹脂シート２０は、既述したようにガス給排に関与するガス給排路５０を、図３に示すように、セパレータ側マニホールド孔３０ｂの底辺壁面３０ｂｔよりもセル高さ方向（ｙ軸方向）において低い位置まで備えている。
【００２９】
隣り合う燃料電池セル１１０の間において、一方の燃料電池セル１１０のセパレータ４０ａと、他方の燃料電池セル１１０のセパレータ４０ｂとの間には、ガス用マニホールド３０を取り囲むガスケット６０が設けられている。このガスケット６０は、セパレータ４０ａに接着され、燃料電池１００の積層により、セル間においてガス用マニホールド３０をシールする。ガスケット６０は、例えばシリコーンゴムにより形成される。隣り合う燃料電池セル１１０の間には冷却マニホールド孔３１から冷却水が流通する冷却流路が形成されており、この冷却流路にあっても、ガスケット６０によってシールされている。
【００３０】
以上説明した本実施形態の燃料電池セル１１０は、ガス用マニホールド３０を構成するよう重なり合うシート側マニホールド孔３０ａとセパレータ側マニホールド孔３０ｂに仮に水Ｗが到達しても、この水Ｗを、ガス用マニホールド３０の底辺において、樹脂シート２０の表裏シート面の間隙凹所２３に保水する。そして、この保水状態を、ガス用マニホールド３０の底辺において内側に先端が位置する樹脂シート２０で保つ。これに加え、本実施形態の燃料電池セル１１０は、間隙凹所２３を取り囲む樹脂シート２０とセパレータ４０ａ、４０ｂとを親水性とするので、間隙凹所２３における水Ｗの保水状態をより確実に保持する。その上で、本実施形態の燃料電池セル１１０は、間隙凹所２３に保水した水Ｗを、図３に示す鉛直方向下方側（−ｙ軸方向）のガス給排路５０を経て、図６に示す合流流路４３および流路４１から発電体１０の膜電極接合体に導く。燃料電池セル１１０を積層した燃料電池１００は、それぞれの燃料電池セル１１０において水Ｗの個別的な保水と保水状態の保持を行うので、以下に説明する効果を奏する。
【００３１】
図７は、燃料電池１００の燃料電池前端が鉛直下方となるように燃料電池１００が傾斜した状況を模式的に示す説明図である。図示する燃料電池１００の傾斜姿勢は、燃料電池１００の搭載車両が傾斜道路を走行していたり、傾斜路面で駐車している過程に起きえ、燃料電池１００がこうした傾斜姿勢となると、ガス用マニホールド３０も傾斜する。こうした傾斜姿勢においても、本実施形態の燃料電池セル１１０で構成される燃料電池１００は、それぞれの燃料電池セル１１０での間隙凹所２３での水Ｗの保水と、間隙凹所２３を取り囲む樹脂シート２０とセパレータ４０ａ、４０ｂを親水性としたことによる間隙凹所２３における水Ｗの保水状態の保持とを図ることから、図７に示すように燃料電池１００が傾斜しても、燃料電池前端の側に水Ｗが傾斜に沿って流れ落ちて貯まってしまうような事態が起きることを抑制できる。この結果、本実施形態の燃料電池セル１１０によれば、燃料電池１００が図７に示すように傾斜した状況下においても傾斜下方側の燃料電池セル１１０におけるガス用マニホールド３０を介したガス給排を阻害しないので、燃料電池セル１１０の発電性能の維持を図ることができる。
【００３２】
本実施形態の燃料電池セル１１０は、ガス給排路５０を、図３に示すように、セル高さ方向（ｙ軸方向）においてセパレータ側マニホールド孔３０ｂの底辺壁面３０ｂｔよりも低い位置に備えるので、間隙凹所２３に保水された水Ｗを、確実にガス給排路５０を経て発電体１０に導くことができる。
【００３３】
本実施形態の燃料電池セル１１０は、図５と図６に示すように、間隙凹所２３を、ガス用マニホールド３０における側方壁面３０ａｓにも有する。よって、この側方壁面３０ａｓにおける間隙凹所２３でも、樹脂シート２０やセパレータ４０ａ、４０ｂの親水性により、および、狭小なセル間で働く毛管力により、水Ｗを保水できる。よって、この点からも、本実施形態の燃料電池セル１１０によれば、燃料電池１００が既述したように傾斜した際の傾斜下方側の燃料電池セル１１０におけるガス用マニホールド３０を介したガス給排を阻害しないので、燃料電池セル１１０の発電性能の維持に寄与できる。なお、底辺壁面３０ａｔに対向したシート側マニホールド孔３０ａの天井壁面においても同様である。
【００３４】
本実施形態の燃料電池セル１１０は、間隙凹所２３に保水した水Ｗをガス給排路５０を経て発電体１０の膜電極接合体に導くものの、その量は、間隙凹所２３に保水された少量の水量に限られる。よって、本実施形態の燃料電池セル１１０によれば、間隙凹所２３に保水した水Ｗによる発電体１０の加湿を過多とすることはなく、燃料電池セル１１０の発電性能の不用意な低下を来さない。
【００３５】
図８は、第１変形例の燃料電池セル１１０Ａを複数積層した状況においてガス用マニホールド３０を図４相当に断面視して示す説明図である。この第１変形例の燃料電池セル１１０Ａは、単一厚みの樹脂シート２０に代えて厚みに凹凸を持つ樹脂シート２０を用いて、燃料電池セル１１０Ａが積層された状態において間隙凹所２３を樹脂シート２０とセパレータ４０ａ、４０ｂで形成する点に特徴がある。この第１変形例の燃料電池セル１１０Ａによっても、それぞれの燃料電池セル１１０Ａでの間隙凹所２３での水Ｗの保水と、間隙凹所２３を取り囲む樹脂シート２０とセパレータ４０ａ、４０ｂを親水性としたことによる間隙凹所２３における水Ｗの保水状態の保持とにより、既述した効果を奏することができる。
【００３６】
図９は、第２変形例の燃料電池セル１１０Ｂを複数積層した状況においてガス用マニホールド３０を図４相当に断面視して示す説明図である。この第２変形例の燃料電池セル１１０Ｂは、間隙凹所２３を燃料電池セル１１０Ａが積層された状態で形成する点に特徴がある。この第２変形例の燃料電池セル１１０Ｂによっても、それぞれの燃料電池セル１１０Ｂでの間隙凹所２３での水Ｗの保水と、間隙凹所２３を取り囲む樹脂シート２０とセパレータ４０ａ、４０ｂを親水性としたことによる間隙凹所２３における水Ｗの保水状態の保持とにより、既述した効果を奏することができる。
【００３７】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【００３８】
既述した実施形態では、間隙凹所２３の取り囲み領域において、樹脂シート２０とセパレータ４０ａ、４０ｂのいずれにも親水性を有するようにしたが、これに限らない。例えば、間隙凹所２３の取り囲み領域における樹脂シート２０の側だけに親水性を付与したり、セパレータ４０ａ、４０ｂの側だけに親水性を付与してもよい。
【００３９】
既述した実施形態では、エアーアウト側のガス用マニホールド３０の底辺において間隙凹所２３を形成し、その取り囲み領域において樹脂シート２０とセパレータ４０ａ、４０ｂに親水性を有するようにしたが、これに限らない。例えば、エアーイン側のガス用マニホールド３０の他、水素ガスについてのアウト側・イン側のガス用マニホールド３０のいずれか一方に、或いはエアーについてのアウト側・イン側の両ガス用マニホールド３０に、水素ガスについてのアウト側・イン側のガス用マニホールド３０のいずれか一方、若しくは両ガス用マニホールド３０において間隙凹所２３を形成し、その取り囲み領域において樹脂シート２０とセパレータ４０ａ、４０ｂに親水性を付与してもよい。この他、エアーと水素ガスについてのアウト側・イン側の総てのガス用マニホールド３０において間隙凹所２３を形成し、その取り囲み領域において樹脂シート２０とセパレータ４０ａ、４０ｂに親水性を付与してもよい。
【００４０】
既述した実施形態では、ガス用マニホールド３０の底辺の全域において間隙凹所２３を形成したが、ガス用マニホールド３０の底辺の少なくとも一部領域、例えば、ガス用マニホールド３０の底辺の中央領域や、底辺の両端領域において間隙凹所２３を形成してもよい。このように底辺の一部領域に間隙凹所２３を形成する際には、間隙凹所２３の形成領域をガス用マニホールド３０の底辺全域の７０〜９０％としたりできる。
【００４１】
既述した実施形態では、ガス用マニホールド３０の側方壁や天井壁にも間隙凹所２３を形成したが、側方壁と天井壁の間隙凹所２３を省略してもよい。
【００４２】
既述した実施形態では、エンドプレート１７０Ｆとエンドプレート１７０Ｅとの間に積層された総ての燃料電池セル１１０を、間隙凹所２３を有するセルとしたがこれに限らない。例えば、エンドプレート側の所定範囲（セル積層範囲の５〜１０％）を除く燃料電池セル１１０を、間隙凹所２３を有する燃料電池セルとし、エンドプレート側の所定範囲の燃料電池セル１１０については、間隙凹所２３を有しない燃料電池セルとしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０…発電体
２０…樹脂シート
２１…開口部
２３…間隙凹所
３０…ガス用マニホールド
３０ａ…シート側マニホールド孔
３０ａｓ…側方壁面
３０ａｔ…底辺壁面
３０ｂ…セパレータ側マニホールド孔
３０ｂｓ…側方壁面
３０ｂｔ…底辺壁面
３１…冷却マニホールド孔
４０ａ…セパレータ
４０ｂ…セパレータ
４１…流路
４２…分配流路
４３…合流流路
５０…ガス給排路
５１…ガス導入部
６０…ガスケット
１００…燃料電池
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ…燃料電池セル
１１６…供給用マニホールド
１１７…排出用マニホールド
１１８…供給用マニホールド
１１９…排出用マニホールド
１６０Ｅ…ターミナルプレート
１６０Ｆ…ターミナルプレート
１６５Ｅ…絶縁板
１６５Ｆ…絶縁板
１７０Ｆ…エンドプレート
１７０Ｅ…エンドプレート
Ｄ…差分
Ｗ…水
【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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