(57)【要約】【課題】Ｔｉ製の基材の表面にＴｉＯｘ層が形成された構成のセパレータを用いる場合に、ＴｉＯｘ層の割れの発生を原因とした接触抵抗の増大を抑制する。【解決手段】燃料電池用のセパレータは、Ｔｉ（チタン）製の基材と、基材の表面に形成されたＴｉＯｘ層と、ＴｉＯｘ層の少なくとも一部の表面に配置され、ＴｉＯｘ層の割れの発生を抑制する導電性の保護層と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用のセパレータであって、
Ｔｉ（チタン）製の基材と、
前記基材の表面に形成されたＴｉＯｘ層と、
炭素を含む層であって、前記ＴｉＯｘ層の少なくとも一部の表面に配置され、前記ＴｉＯｘ層の割れの発生を抑制し、導電性を有する層と、を備える、セパレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のセパレータであって、
前記炭素を含む層は、少なくとも、前記セパレータにおける前記燃料電池のガス拡散層に接触するべき部分に配置されている、セパレータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のセパレータであって、
前記セパレータにおける前記燃料電池のガス拡散層に対向するべき領域以外の特定領域に、前記炭素を含む層が配置されず前記ＴｉＯｘ層が露出した部分を有する、セパレータ。
【請求項４】
請求項３に記載のセパレータであって、
前記特定領域は、前記セパレータにおける前記燃料電池のシール部材に接触するべき領域である、セパレータ。
【請求項５】
燃料電池であって、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の表面に配置されたガス拡散層と、
前記ガス拡散層の表面に配置されたセパレータと、を備え、
前記セパレータは、
Ｔｉ（チタン）製の基材と、
前記基材の表面に形成されたＴｉＯｘ層と、
炭素を含む層であって、前記ＴｉＯｘ層の少なくとも一部の表面に配置され、前記ＴｉＯｘ層の割れの発生を抑制し、導電性を有する層と、を含む、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用のセパレータおよび燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般に、複数の単セルが積層されて締結されたスタックの形態で使用される。各単セルは、膜電極接合体と、膜電極接合体の表面に配置されたガス拡散層と、ガス拡散層の表面に配置されたセパレータとを有する。燃料電池スタックの製造の際には、燃料電池スタックを構成する各部材が積層された後、外部から押圧力（締結荷重）が加えられた状態で、所定の固定部材により各部材が固定される。これにより、燃料電池スタックにおいて締結荷重が維持され、各層間の接触抵抗が低く保たれる。
【０００３】
近年、主として燃料電池の小型軽量化、低コスト化の観点から、セパレータの材料としてＴｉ（チタン）を用いることが提案されている。セパレータの材料としてＴｉを用いる場合には、Ｔｉ表面に不動態被膜（ＴｉＯ２）が形成されて接触抵抗が増大するおそれがあるという課題がある。このような課題を解決するために、Ｔｉ製の基材の表面にＴｉＯｘ層を形成することにより、Ｔｉ基材の表面に不動態被膜が形成されることを抑制する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。ここで、ＴｉＯｘは、酸素欠損した酸化チタンであり、ＴｉＯ２を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０３８５４４号
【特許文献２】特開２０１３−２００９７０号公報
【特許文献３】特開２０１２−１８６１７６号公報
【特許文献４】特開２０１２−２８０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には、以下に述べる課題があることが、本願発明者によって見出された。一般に、ガス拡散層は、カーボンクロス、カーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成されており、その表面は滑らかではない。そのため、燃料電池スタック中の各セパレータは、ガス拡散層側から局所的な荷重を受けることとなる。上記従来の技術では、セパレータが局所的な荷重を受けることにより、セパレータ表面のＴｉＯｘ層に割れが発生してＴｉ基材が露出し、Ｔｉ基材表面に不動態被膜が形成されて接触抵抗が増大する場合がある、という課題があった。さらに、各セパレータにかかる荷重は、燃料電池スタックを製造する際の積層・締結のやり直し、発電時の温度変化や電解質膜の膨潤・収縮、燃料電池を搭載する移動体（例えば燃料電池自動車）の移動に伴う振動や衝撃等を原因として、変動する場合がある。セパレータにかかる荷重が変動すると、セパレータ表面のＴｉＯｘ層に割れが発生する可能性がさらに高くなる。このように、Ｔｉ製の基材の表面にＴｉＯｘ層が形成された構成のセパレータを用いる場合には、ＴｉＯｘ層の割れを原因として接触抵抗が増大するおそれがある、という課題があった。そのほか、従来の燃料電池用セパレータにおいては、その小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池用のセパレータが提供される。このセパレータは、Ｔｉ（チタン）製の基材と、前記基材の表面に形成されたＴｉＯｘ層と、炭素を含む層であって、前記ＴｉＯｘ層の少なくとも一部の表面に配置され、前記ＴｉＯｘ層の割れの発生を抑制し、導電性を有する層と、を備える。この形態のセパレータによれば、炭素を含む層によってＴｉＯｘ層の割れの発生を抑制することができるため、ＴｉＯｘ層の割れを原因とする接触抵抗の増大を抑制することができる。
【０００８】
（２）上記形態のセパレータにおいて、前記炭素を含む層は、少なくとも、前記セパレータにおける前記燃料電池のガス拡散層に接触するべき部分に配置されているとしてもよい。この形態のセパレータによれば、ＴｉＯｘ層の割れが発生しやすい上記接触部分においてＴｉＯｘ層の割れの発生を抑制することができるため、ＴｉＯｘ層の割れを原因とする接触抵抗の増大を効果的に抑制することができる。
【０００９】
（３）上記形態のセパレータにおいて、前記セパレータにおける前記燃料電池のガス拡散層に対向するべき領域以外の特定領域に、前記炭素を含む層が配置されず前記ＴｉＯｘ層が露出した部分を有するとしてもよい。この形態のセパレータによれば、特定領域に炭素を含む層を配置することによって生じる不具合の発生を抑制することができる。
【００１０】
（４）上記形態のセパレータにおいて、前記特定領域は、前記セパレータにおける前記燃料電池のシール部材に接触するべき領域であるとしてもよい。この形態のセパレータによれば、セパレータにおけるシール部材に接触するべき領域に炭素を含む層を配置しないことにより、セパレータとシール部材との接着性が確保され、ガスシール性の低下を抑制することができる。
【００１１】
上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。
【００１２】
本発明は、燃料電池用セパレータ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、本発明は、セパレータを備える燃料電池、燃料電池を備える燃料電池システム、燃料電池システムを備える移動体、これら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】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】セパレータ４０，５０の詳細構成を示す説明図である。
【図３】単セル１４０中のセパレータ４０，５０にかかる荷重の変動とセパレータ４０，５０とガス拡散層３２，３４との間の接触抵抗との関係を調べる実験結果の一例を示す説明図である。
【図４】単セル１４０中のセパレータ４０，５０にかかる荷重の変動とセパレータ４０，５０とガス拡散層３２，３４との間の接触抵抗との関係を調べる実験結果の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
Ａ．実施形態：
図１は、本発明の実施形態における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、例えば、自動車等の移動体に搭載され、移動体からの出力要求に応じて移動体の駆動力として用いられる電力を出力する。
【００１５】
燃料電池システム１０は、固体高分子型の燃料電池スタック１００を備えている。燃料電池スタック１００は、エンドプレート１１０と、絶縁板１２０と、集電板１３０と、複数の単セル１４０と、集電板１３０と、絶縁板１２０と、エンドプレート１１０とが、この順に積層されたスタック構造を有している。燃料電池スタック１００の製造の際には、燃料電池スタック１００を構成する各部材が積層された後、外部から所定の押圧力（締結荷重）が加えられた状態で、テンションプレート（不図示）の両端がボルト（不図示）によって各エンドプレート１１０に固定される。これにより、燃料電池スタック１００において締結荷重が維持され、各層間の接触抵抗が低い状態が保たれる。
【００１６】
燃料電池スタック１００には、高圧水素を貯蔵した水素タンク１５０から、シャットバルブ１５１、レギュレータ１５２、配管１５３を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。燃料電池スタック１００に供給された燃料ガスは、図示しない燃料ガス供給用マニホールドを介して各単セル１４０に分配され、各単セル１４０における発電に利用される。各単セル１４０において利用されなかった燃料ガス（アノードオフガス）は、図示しない燃料ガス排出用マニホールドを介して集められ、排出配管１６３を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。なお、燃料電池システム１０は、アノードオフガスを配管１５３側に再循環させる再循環機構を有するとしてもよい。
【００１７】
燃料電池スタック１００には、また、エアポンプ１６０および配管１６１を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。燃料電池スタック１００に供給された酸化剤ガスは、図示しない酸化剤ガス供給用マニホールドを介して各単セル１４０に分配され、各単セル１４０における発電に利用される。各単セル１４０において利用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）は、図示しない酸化剤ガス排出用マニホールドを介して集められ、排出配管１５４を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。なお、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、反応ガスとも呼ばれる。
【００１８】
さらに、燃料電池スタック１００には、ウォーターポンプ１７１および配管１７２を介して、ラジエータ１７０により冷却された冷却媒体が供給される。燃料電池スタック１００に供給された冷却媒体は、図示しない冷却媒体供給用マニホールドを介して各単セル１４０に分配され、各単セル１４０を冷却する。各単セル１４０を冷却した後の冷却媒体は、図示しない冷却媒体排出用マニホールドを介して集められ、配管１７３を介してラジエータ１７０に循環する。冷却媒体としては、例えば、水、エチレングリコール等の不凍水、空気などが用いられる。本例では、冷却媒体として水（「冷却水」とも呼ぶ）が用いられる。
【００１９】
燃料電池スタック１００に含まれる各単セル１４０は、図１の下部に一部を拡大して示すように、電解質膜の一方の表面にカソード（カソード側触媒層）が配置され、他方の表面にアノード（アノード側触媒層）が配置された膜電極接合体（以下、ＭＥＡと呼ぶ）３０と、ＭＥＡ３０のカソード側表面に配置されたカソード側ガス拡散層３２と、ＭＥＡ３０のアノード側表面に配置されたアノード側ガス拡散層３４とから構成された積層体を、一対のセパレータ、すなわちカソード側セパレータ４０およびアノード側セパレータ５０によって挟持した構成を有している。
【００２０】
ＭＥＡ３０に含まれる電解質膜は、フッ素系樹脂材料や炭化水素系樹脂材料等で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン導電性を有する。また、ＭＥＡ３０に含まれるカソードおよびアノードは、例えば、カーボンに担持された触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。
【００２１】
カソード側ガス拡散層３２およびアノード側ガス拡散層３４（以下、まとめてガス拡散層３２，３４とも呼ぶ）は、例えばカーボンクロス、カーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成されており、反応ガスを拡散させつつＭＥＡ３０に供給すると共に、ＭＥＡ３０から排出された反応ガスを排出マニホールドに向かって移動させる。なお、ガス拡散層３２，３４は上述した材料により形成されているため、その表面は滑らかではない。本実施形態では、アノード側ガス拡散層３４の長さ（燃料電池スタック１００の積層方向に直交する方向に沿った長さ、以下同様）は、カソード側ガス拡散層３２の長さより長い。すなわち、各単セル１４０の周縁部には、ＭＥＡ３０がカソード側ガス拡散層３２には支持されず、アノード側ガス拡散層３４のみによって支持されている部分が存在する。
【００２２】
カソード側セパレータ４０およびアノード側セパレータ５０（以下、まとめてセパレータ４０，５０とも呼ぶ）は、例えばプレス成形された金属材料により形成されている。カソード側セパレータ４０は、断面波形の部分を有しており、カソード側セパレータ４０とカソード側ガス拡散層３２との間に酸化剤ガス流路溝４２が形成される。酸化剤ガス流路溝４２は、酸化剤ガスのカソード側ガス拡散層３２への供給、および、カソード側ガス拡散層３２からの酸化剤ガスの排出に利用される。同様に、アノード側セパレータ５０は、断面波形の部分を有しており、アノード側セパレータ５０とアノード側ガス拡散層３４との間に燃料ガス流路溝５２が形成される。燃料ガス流路溝５２は、燃料ガスのアノード側ガス拡散層３４への供給、および、アノード側ガス拡散層３４からの燃料ガスの排出に利用される。また、ある単セル１４０のカソード側セパレータ４０と、隣接する他の単セル１４０のアノード側セパレータ５０との間には、冷却媒体を通過させるための冷却媒体流路溝５４が形成される。セパレータ４０，５０の構成は、後に詳述する。
【００２３】
ＭＥＡ３０の周縁部には、樹脂製のシール部材３８が設けられている。シール部材３８は、ＭＥＡ３０の外周部に密着すると共に、ＭＥＡ３０を挟んで対向する一対のセパレータ４０，５０の表面に密着しており、燃料電池スタック１００の外部への反応ガスの漏洩や、各単セル１４０におけるカソード側とアノード側との間の反応ガスの漏洩（クロスリーク）を抑制する。シール部材３８の材料としては、例えば、接着性ＰＰ（例えば、三井化学製のアドマー（登録商標）や三菱化学製のモディック（登録商標））や、接着性オレフィン、接着性エステルなどの熱可塑性樹脂、水素結合をベースにして接着性を担保する熱硬化性樹脂などが用いられる。
【００２４】
図２は、セパレータ４０，５０の詳細構成を示す説明図である。図２には、カソード側セパレータ４０の内、カソード側ガス拡散層３２に対向する領域Ａ１の部分の断面構成と、カソード側ガス拡散層３２にもアノード側ガス拡散層３４にも対向しない領域Ａ３の部分の断面構成とを示している。なお、領域Ａ２は、アノード側ガス拡散層３４には対向するがカソード側ガス拡散層３２には対向しない領域である。図２は、各部の構成をわかりやすく示すための概略図であり、各部の寸法や構成を正確に示すものではない。
【００２５】
領域Ａ１においては、カソード側セパレータ４０は、Ｔｉ（チタン）製の基材層４４と、基材層４４の両表面に形成されたＴｉＯｘ層（酸素欠損した酸化チタンの層）４６と、ＴｉＯｘ層４６の基材層４４に対向する側とは反対側の表面に配置された保護層４８とから構成されている。ＴｉＯｘ層４６は、例えば、国際公開第２０１０／０３８５４４号に記載されているように、Ｔｉ製の基材層４４の表面に所定の酸処理を施すことによって形成される。ＴｉＯｘ層４６は、基材層４４の表面を覆うように形成されているため、基材層４４の表面に不動態被膜（ＴｉＯ２）が形成されてカソード側セパレータ４０の接触抵抗が増大することを抑制する。
【００２６】
また、保護層４８は、ＴｉＯｘ層４６の表面に、Ｃ（炭素）を含むゴム系の樹脂をスプレー等で塗布することによって形成される。保護層４８を形成するためのＣ（炭素）を含むゴム系の樹脂としては、たとえば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）やＰＩＢ（ポリイソブチレンゴム）と、グラファイトやアモルファスカーボンと、エポキシなどの接着剤とを、有機系溶媒などに混合した構成を採用することができる。また、保護層４８を構成する素材としては、銀、銅などの金属などを採用することもできる。保護層４８に含有させるためのＣ（炭素）としては、グラファイトカーボン、樹脂含有カーボンなどを採用することもできる。
【００２７】
保護層４８は、Ｃを含んでいるため、導電性を有する。また、保護層４８は、Ｃを含んでいるため、比較的硬い層となる。そのような保護層４８がＴｉＯｘ層４６の表面を覆うように形成されているため、カソード側セパレータ４０に、表面の滑らかでないカソード側ガス拡散層３２から局所的な荷重がかかったり、そのような荷重が変動したりしても、ＴｉＯｘ層４６にかかる荷重や荷重変動が保護層４８によって受け止められ、ＴｉＯｘ層４６に割れが発生することを抑制することができ、ひいては、カソード側セパレータ４０の接触抵抗の増大を抑制することができる。
【００２８】
なお、カソード側ガス拡散層３２側からの荷重は、カソード側セパレータ４０におけるカソード側ガス拡散層３２との接触部分にかかるため、領域Ａ１では、保護層４８は、少なくとも、カソード側セパレータ４０におけるカソード側ガス拡散層３２との接触部分に形成されていればよい。ただし、製造の容易化のために、図２に示すように、カソード側セパレータ４０のカソード側ガス拡散層３２に対向する側の表面におけるカソード側ガス拡散層３２との接触部分以外の部分（酸化剤ガス流路溝４２の表面を構成する部分）にも保護層４８が形成されてもよい。
【００２９】
また、アノード側セパレータ５０についても、同様に、領域Ａ１では、少なくともアノード側ガス拡散層３４との接触部分に保護層４８が形成されている。また、製造の容易化のために、アノード側セパレータ５０のアノード側ガス拡散層３４に対向する側の表面におけるアノード側ガス拡散層３４との接触部分以外の部分（燃料ガス流路溝５２の表面を構成する部分）にも保護層４８が形成されてもよい。
【００３０】
また、ある単セル１４０のカソード側セパレータ４０と、隣接する他の単セル１４０のアノード側セパレータ５０との接触部分についても、同様に、荷重変動によってＴｉＯｘ層４６に割れが発生するおそれがあるという問題がある。そのため、本実施形態では、領域Ａ１において、カソード側セパレータ４０におけるアノード側セパレータ５０との接触部分にも、保護層４８が形成されている。なお、製造の容易化のために、図２に示すように、カソード側セパレータ４０におけるカソード側ガス拡散層３２に対向する側とは反対側の表面全体に保護層４８が形成されてもよい。また、カソード側セパレータ４０ではなくアノード側セパレータ５０に保護層４８が形成されてもよい。あるいは、カソード側セパレータ４０およびアノード側セパレータ５０の両方に保護層４８が形成されてもよい。
【００３１】
一方、領域Ａ３においては、カソード側セパレータ４０は、Ｔｉ製の基材層４４と、基材層４４の両表面に形成されたＴｉＯｘ層４６とから構成されている。すなわち、領域Ａ３においては、カソード側セパレータ４０に保護層４８が形成されておらず、ＴｉＯｘ層４６が露出している。そのため、領域Ａ３においては、上述した局所的な荷重や変動する荷重を受けて、ＴｉＯｘ層４６に割れが発生し、Ｔｉ製の基材層４４の表面に不動態被膜が形成されるおそれがある。しかし、領域Ａ３は、カソード側ガス拡散層３２にもアノード側ガス拡散層３４にも対向しない領域であり、発電にほとんど寄与しない領域であるため、仮に基材層４４の表面に不動態被膜が形成されても、発電性能への影響はきわめて限定的である。また、領域Ａ３は、シール部材３８と接着して単セル１４０のガスシール性を確保する領域であるが、仮にこの領域に保護層４８を設けた場合には、高電位状態において保護層４８が剥離することにより、シール部材３８によるガスシール性が低下するおそれがある。本実施形態では、領域Ａ３には保護層４８が形成されず、シール部材３８との接着性が比較的高いＴｉＯｘ層４６が露出しているため、シール部材３８との良好な接着が確保され、ガスシール性の低下を抑制することができる。特に、上述した材料により形成されたシール部材３８は、Ｃを含む層（保護層４８）よりＴｉＯｘ層４６に対して良好な接着性を有する。そのため、領域Ａ３においては、積極的にＴｉＯｘ層４６を露出させることにより、良好なガスシール性を確保することができる。なお、領域Ａ３におけるアノード側セパレータ５０の構成は、カソード側セパレータ４０の構成と同様である。領域Ａ３は、特許請求の範囲における特定領域に相当する。
【００３２】
なお、領域Ａ１は、シール部材３８と接着する部分ではないため、仮に保護層４８の剥離が発生しても、ガスシール性が低下することはない。
【００３３】
また、アノード側ガス拡散層３４には対向するがカソード側ガス拡散層３２には対向しない領域Ａ２は、発電に大きく寄与する領域でもないし、ガスシール性の確保が必須である領域でもない。そのため、領域Ａ２においては、保護層４８の形成の有無を任意に決定することができる。例えば、領域Ａ２では、領域Ａ１と同様に、カソード側セパレータ４０およびアノード側セパレータ５０に保護層４８を形成するとしてもよいし、領域Ａ３と同様に、カソード側セパレータ４０にもアノード側セパレータ５０にも保護層４８を形成しないとしてもよい。あるいは、カソード側セパレータ４０については、領域Ａ３と同様に保護層４８を形成しないとし、アノード側セパレータ５０については、領域Ａ１と同様に保護層４８を形成するとしてもよい。
【００３４】
なお、保護層４８は、ゴム系の樹脂（Ｃ＋ゴム系接着剤）を用いて形成することにより、厚さの変化を吸収させることが好ましい。保護層４８の厚さは、ＴｉＯｘ層４６の保護に十分な厚さであればよく、５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３５】
図３および図４は、単セル１４０中のセパレータ４０，５０にかかる荷重の変動と、セパレータ４０，５０とガス拡散層３２，３４との間の接触抵抗との関係を調べる実験結果の一例を示す説明図である。実験では、単セル１４０の積層方向にかかる荷重を徐々に増加させ、その後、荷重を減少させるサイクルを４回（ｎ１からｎ４）繰り返し、各段階における接触抵抗を測定した。図３には、セパレータのＴｉＯｘ層４６が保護層４８に覆われず露出した構成の比較例における実験結果を示し、図４には、セパレータのＴｉＯｘ層４６が保護層４８に覆われた構成の実施形態における実験結果を示している。
【００３６】
図３に示すように、保護層４８の無い比較例では、荷重増加・減少のサイクルを経る毎に、接触抵抗が大きく増加した。これは、荷重変動によってセパレータ表面のＴｉＯｘ層４６に割れが発生し、基材層４４表面に不動態被膜が形成されたためと考えられる。一方、ＴｉＯｘ層４６が保護層４８に覆われた実施形態では、同様の荷重増加・減少のサイクルを経ても、接触抵抗の増加量はごく僅かであった。この実験結果から、上述した実施形態のように保護層４８を設けることによって、セパレータにかかる荷重が変動した場合にも、ＴｉＯｘ層４６の割れが抑制され、接触抵抗の増大が抑制されるという効果を奏することが明らかとなった。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の燃料電池用セパレータ４０，５０は、Ｔｉ製の基材層４４と、基材層４４の表面に形成されたＴｉＯｘ層４６と、ＴｉＯｘ層４６の表面に配置され、ＴｉＯｘ層４６の割れの発生を抑制する導電性の保護層４８とを備えるため、局所的な荷重や荷重変動を原因とするＴｉＯｘ層４６の割れの発生を抑制することができ、セパレータ４０，５０の接触抵抗の増大を抑制することができる。
【００３８】
また、本実施形態の燃料電池用セパレータ４０，５０では、保護層４８は、少なくとも、セパレータ４０，５０におけるガス拡散層３２，３４に接触するべき部分に配置されているため、ガス拡散層３２，３４から受ける局所的な荷重や荷重変動を原因とするＴｉＯｘ層４６の割れの発生を効果的に抑制することができ、セパレータ４０，５０の接触抵抗の増大を効果的に抑制することができる。
【００３９】
また、本実施形態の燃料電池用セパレータ４０，５０では、セパレータ４０，５０におけるガス拡散層３２，３４に対向するべき領域以外の領域（特定領域）に、保護層４８が配置されずＴｉＯｘ層４６が露出した部分を有するため、特定領域に保護層４８を配置することによって生じる不具合の発生を抑制することができる。例えば、本実施形態では、上記特定領域は、セパレータ４０，５０におけるシール部材３８に接触するべき領域である。セパレータ４０，５０におけるシール部材３８に接触するべき領域に保護層４８を配置しないことにより、セパレータ４０，５０とシール部材３８との接着性が確保され、ガスシール性の低下を抑制することができる。
【００４０】
Ｂ．変形例：
上記実施形態における燃料電池システム１０の構成はあくまで一例であり、燃料電池システム１０の構成は種々変更可能である。例えば、上記実施形態では、保護層４８はＣを含む層であるとしているが、保護層４８はＡｕ（金）を含む層であるとしてもよい。Ａｕを含む保護層４８は、比較的柔らかい層となる。そのような保護層４８によってＴｉＯｘ層４６の表面を覆うと、セパレータ４０，５０に局所的な荷重がかかったり、そのような荷重が変動したりしても、比較的柔らかい構成の保護層４８がクッションのように機能し、ＴｉＯｘ層４６にかかる荷重や荷重の変動が緩和される。そのため、保護層４８の構成をＡｕを含むような構成に変形しても、上記実施形態と同様に、ＴｉＯｘ層４６に割れが発生することを抑制することができ、ひいては、セパレータ４０，５０の接触抵抗の増大を抑制することができる。また、保護層４８の構成は、導電性を有し、ＴｉＯｘ層４６の割れの発生を抑制する機能を奏する限り、他の構成を採用することも可能である。
【００４１】
また、上記実施形態では、領域Ａ１では、保護層４８は、少なくとも、セパレータ４０，５０におけるガス拡散層３２，３４との接触部分に形成されているとしているが、セパレータ４０，５０における保護層４８の形成位置は、ＴｉＯｘ層４６の少なくとも一部の表面上であれば、任意に設定可能である。例えば、保護層４８は、セパレータ４０，５０におけるガス拡散層３２，３４との接触部分には形成されず、カソード側セパレータ４０（またはアノード側セパレータ５０）におけるアノード側セパレータ５０（またはカソード側セパレータ４０）との接触部分に形成されているとしてもよい。このようにしても、保護層４８を形成することによって、ＴｉＯｘ層４６に割れが発生することを抑制することができ、セパレータ４０，５０の接触抵抗の増大を抑制することができる。
【００４２】
また、上記実施形態では、セパレータ４０，５０における領域Ａ３に位置する部分には保護層４８が形成されないとしているが、領域Ａ３に位置する部分にも保護層４８が形成されるとしてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、アノード側ガス拡散層３４の長さがカソード側ガス拡散層３２の長さより長いとしているが、反対に、カソード側ガス拡散層３２の長さがアノード側ガス拡散層３４の長さより長いとしてもよい。あるいは、アノード側ガス拡散層３４の長さとカソード側ガス拡散層３２の長さは同じであるとしてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００は固体高分子型であるとしているが、本発明は固体高分子型以外のタイプの燃料電池スタック１００にも適用可能である。また、上記実施形態では、燃料ガスとして水素が用いられ酸化剤ガスとして空気が用いられているが、燃料ガスおよび酸化剤ガスとして他のガスが用いられてもよい。また、上記実施形態では、燃料電池システム１０は移動体に搭載されて使用されるとしているが、燃料電池システム１０は必ずしも移動体に搭載される必要はなく、地面や建物といった固定物上に設置されてもよい。また、上記実施形態において説明した各部材の材料や形状はあくまで一例であり、種々変更可能である。
【００４５】
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、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又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。
【符号の説明】
【００４６】
１０…燃料電池システム
３０…ＭＥＡ
３２…カソード側ガス拡散層
３４…アノード側ガス拡散層
３８…シール部材
４０…カソード側セパレータ
４２…酸化剤ガス流路溝
４４…基材層
４６…ＴｉＯｘ層
４８…保護層
５０…アノード側セパレータ
５２…燃料ガス流路溝
５４…冷却媒体流路溝
１００…燃料電池スタック
１１０…エンドプレート
１２０…絶縁板
１３０…集電板
１４０…単セル
１５０…水素タンク
１５１…シャットバルブ
１５２…レギュレータ
１５３…配管
１５４…排出配管
１６０…エアポンプ
１６１…配管
１６３…排出配管
１７０…ラジエータ
１７１…ウォーターポンプ
１７２…配管
１７３…配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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