(57)【要約】【課題】燃料電池においてドライアップの発生を有効に抑制することを可能とする。【解決手段】燃料電池は、反応ガスを用いて発電を行う発電部と、発電部の表面に配置された反応ガス流路層と、反応ガス流路層の発電部側とは反対側の表面に配置されたセパレータと、を備える。反応ガス流路層は、内部に空隙を有する多孔体材料により形成され、空隙により形成された流路を介して反応ガスを発電部に供給する。反応ガス流路層は、反応ガス流路層とセパレータとの接触面近傍に位置する空隙の水保持性能を向上させる水保持構造を有する。【選択図】図６
2008288029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
反応ガスを用いて発電を行う発電部と、
前記発電部の表面に配置された反応ガス流路層であって、内部に空隙を有する多孔体材料により形成され、前記空隙により形成された流路を介して前記反応ガスを前記発電部に供給する反応ガス流路層と、
前記反応ガス流路層の前記発電部側とは反対側の表面に配置されたセパレータと、を備え、
前記反応ガス流路層は、前記反応ガス流路層と前記セパレータとの接触面近傍に位置する前記空隙の水保持性能を向上させる水保持構造を有する、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記発電部は、電解質層と前記電解質層を挟むように配置されたアノードおよびカソードとを含み、
少なくとも前記発電部の前記アノード側の表面に配置された前記反応ガス流路層は、前記水保持構造を有する、燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池であって、
前記水保持構造は、前記空隙における単位体積あたりの表面積を増大させることにより前記空隙の水保持性能を向上させる構造である、燃料電池。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記水保持構造は、前記反応ガス流路層と前記セパレータとの接触面積を増大させるように構成されている、燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記水保持構造は、前記反応ガス流路層と前記セパレータとの接触面近傍に位置する前記空隙内に固体物が配置された構成を有する、燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記水保持構造は、前記反応ガス流路層と前記セパレータとの接触面近傍に、前記反応ガス流路層の他の部分と比較してより緻密な多孔体材料が配置された構成を有する、燃料電池。
【請求項７】
燃料電池の製造方法であって、
（ａ）反応ガスを用いて発電を行う発電部を製造する工程と、
（ｂ）内部に空隙を有する多孔体材料を用いて、前記空隙により形成された流路を介して前記反応ガスを前記発電部に供給するための反応ガス流路層を製造する工程と、
（ｃ）セパレータを製造する工程と、
（ｄ）前記発電部と前記反応ガス流路層と前記セパレータとを積層する工程と、を備え、
前記工程（ｂ）は、前記工程（ｄ）における積層時に前記セパレータと接する側の前記反応ガス流路層表面であるセパレータ側表面の近傍に位置する前記空隙の水保持性能を向上させる水保持構造を形成する工程を含む、燃料電池の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、
（ｅ）前記反応ガス流路層の前記セパレータ側表面の近傍以外の部分に、前記空隙内への固体物の侵入を抑制する侵入抑制材を形成する工程と、
（ｆ）前記反応ガス流路層の前記空隙内に固体物を挿入する工程と、
（ｇ）前記侵入抑制材を除去する工程と、を含む、燃料電池の製造方法。
【請求項９】
請求項７に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、
（ｈ）前記反応ガス流路層の前記セパレータ側表面を研磨することにより、研磨により生成された粉を前記空隙内に挿入する工程と、
（ｉ）前記粉を前記空隙内に固着するために熱を加える工程と、を含む、燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
燃料電池の製造方法であって、
（ｊ）反応ガスを用いて発電を行う発電部を製造する工程と、
（ｋ）内部に空隙を有する多孔体材料を用いて、前記空隙により形成された流路を介して前記反応ガスを前記発電部に供給するための反応ガス流路層を製造する工程と、
（ｌ）セパレータを製造する工程と、
（ｍ）前記発電部と前記反応ガス流路層と前記セパレータとを積層する工程と、を備え、
前記工程（ｌ）は、前記工程（ｍ）における積層により、前記反応ガス流路層と前記セパレータとの接触面近傍に位置する前記空隙の水保持性能を向上させる水保持構造が形成されるように、前記セパレータの前記反応ガス流路層側の表面を凹凸形状に加工する工程を含む、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、燃料電池および燃料電池の製造方法に関し、特に、燃料電池においてドライアップを有効に抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する燃料電池が注目されている。燃料電池は、例えば、酸化ガスとしての空気と水素リッチな燃料ガス（以下、まとめて「反応ガス」とも呼ぶ）を用いて発電を行う発電体と、反応ガスを拡散させつつ発電体に供給するための反応ガス流路を形成する反応ガス流路層と、セパレータとが積層された構成を有する。発電体は、例えば、電解質膜と電解質膜の両面に配置された電極（アノードおよびカソード）とにより構成される。反応ガス流路層は、例えば、反応ガス流路を形成するための空隙を内部に有する多孔体材料により形成される。
【０００３】
燃料電池による発電を行う際には、ドライアップが問題となりうる。ドライアップとは、燃料電池の内部、特にアノードにおいて水分が不足することにより、電解質膜を介したアノードからカソードへのプロトンの移動が滞り、発電効率が低下する現象である。ドライアップは高温において発生しやすいため、ドライアップの発生を抑制するためには、燃料電池の伝熱抵抗を低下させ、排熱を促進することが好ましい。
【０００４】
反応ガスを拡散させる拡散層とセパレータとの接触面に、炭化水素ガスから分解・析出して繊維状に成長させた炭素組織の層を形成した燃料電池が知られている（例えば特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３５５０４号公報
【特許文献２】特開２００５−２６１３７号公報
【特許文献３】特開２００５−４４７８９号公報
【特許文献４】特開２００５−１４１９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の燃料電池では、炭素組織の層の存在により、拡散層とセパレータとの間の伝熱抵抗を低下させることが可能である。しかし、炭素組織の層は外部からの衝撃や燃料電池の熱膨張に伴う歪みによって剥離しやすいため、上記従来の燃料電池では有効にドライアップの発生を抑制することができなくなる恐れがあった。
【０００７】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池においてドライアップの発生を有効に抑制することを可能とする技術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】
【０００８】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］燃料電池であって、
反応ガスを用いて発電を行う発電部と、
前記発電部の表面に配置された反応ガス流路層であって、内部に空隙を有する多孔体材料により形成され、前記空隙により形成された流路を介して前記反応ガスを前記発電部に供給する反応ガス流路層と、
前記反応ガス流路層の前記発電部側とは反対側の表面に配置されたセパレータと、を備え、
前記反応ガス流路層は、前記反応ガス流路層と前記セパレータとの接触面近傍に位置する前記空隙の水保持性能を向上させる水保持構造を有する、燃料電池。
【００１０】
この燃料電池では、反応ガス流路層が、反応ガス流路層とセパレータとの接触面近傍に位置する空隙の水保持性能を向上させる水保持構造を有する。そのため、反応ガス流路層とセパレータとの接触面近傍における伝熱抵抗が低下し、排熱が促進される。従って、この燃料電池では、ドライアップの発生を有効に抑制することができる。
【００１１】
［適用例２］適用例１記載の燃料電池であって、
前記発電部は、電解質層と前記電解質層を挟むように配置されたアノードおよびカソードとを含み、
少なくとも前記発電部の前記アノード側の表面に配置された前記反応ガス流路層は、前記水保持構造を有する、燃料電池。
【００１２】
この燃料電池では、少なくとも、アノード側におけるドライアップの発生を有効に抑制することができる。
【００１３】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の燃料電池であって、
前記水保持構造は、前記空隙における単位体積あたりの表面積を増大させることにより前記空隙の水保持性能を向上させる構造である、燃料電池。
【００１４】
この燃料電池では、水保持構造が空隙における単位体積あたりの表面積を増大させるため、水が空隙内の表面に付着して留まりやすい。そのため、この燃料電池では、反応ガス流路層とセパレータとの接触面近傍に位置する空隙の水保持性能が向上し、ドライアップの発生を有効に抑制することができる。
【００１５】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記水保持構造は、前記反応ガス流路層と前記セパレータとの接触面積を増大させるように構成されている、燃料電池。
【００１６】
この燃料電池では、水保持構造により、反応ガス流路層とセパレータとの接触面積が増大するため、反応ガス流路層とセパレータとの間の電熱抵抗が低下し、排熱が促進される。従って、この燃料電池では、ドライアップの発生を有効に抑制することができる。
【００１７】
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記水保持構造は、前記反応ガス流路層と前記セパレータとの接触面近傍に位置する前記空隙内に固体物が配置された構成を有する、燃料電池。
【００１８】
この燃料電池では、水保持構造が反応ガス流路層とセパレータとの接触面近傍に位置する空隙内に固体物が配置された構成を有しているため、水保持構造によって当該空隙における水保持性能が向上する。
【００１９】
［適用例６］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記水保持構造は、前記反応ガス流路層と前記セパレータとの接触面近傍に、前記反応ガス流路層の他の部分と比較してより緻密な多孔体材料が配置された構成を有する、燃料電池。
【００２０】
この燃料電池では、水保持構造が反応ガス流路層とセパレータとの接触面近傍に反応ガス流路層の他の部分と比較してより緻密な多孔体材料が配置された構成を有するため、水保持構造によって当該空隙における水保持性能が向上する。
【００２１】
［適用例７］燃料電池の製造方法であって、
（ａ）反応ガスを用いて発電を行う発電部を製造する工程と、
（ｂ）内部に空隙を有する多孔体材料を用いて、前記空隙により形成された流路を介して前記反応ガスを前記発電部に供給するための反応ガス流路層を製造する工程と、
（ｃ）セパレータを製造する工程と、
（ｄ）前記発電部と前記反応ガス流路層と前記セパレータとを積層する工程と、を備え、
前記工程（ｂ）は、前記工程（ｄ）における積層時に前記セパレータと接する側の前記反応ガス流路層表面であるセパレータ側表面の近傍に位置する前記空隙の水保持性能を向上させる水保持構造を形成する工程を含む、燃料電池の製造方法。
【００２２】
この燃料電池の製造方法によれば、反応ガス流路層のセパレータ側表面の近傍に位置する空隙の水保持性能を向上させる水保持構造が形成される。水保持構造は、空隙の水保持性能を向上させることにより、反応ガス流路層とセパレータとの接触面近傍における伝熱抵抗を低下させ、排熱を促進する。従って、この燃料電池の製造方法によれば、ドライアップの発生を有効に抑制可能な燃料電池を製造することができる。
【００２３】
［適用例８］適用例７に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、
（ｅ）前記反応ガス流路層の前記セパレータ側表面の近傍以外の部分に、前記空隙内への固体物の侵入を抑制する侵入抑制材を形成する工程と、
（ｆ）前記反応ガス流路層の前記空隙内に固体物を挿入する工程と、
（ｇ）前記侵入抑制材を除去する工程と、を含む、燃料電池の製造方法。
【００２４】
この燃料電池の製造方法によれば、反応ガス流路層とセパレータとの接触面近傍に位置する空隙内に固体物が挿入されることにより、反応ガス流路層のセパレータ側表面の近傍に位置する空隙の水保持性能を向上させる水保持構造が形成される。
【００２５】
［適用例９］適用例７に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、
（ｈ）前記反応ガス流路層の前記セパレータ側表面を研磨することにより、研磨により生成された粉を前記空隙内に挿入する工程と、
（ｉ）前記粉を前記空隙内に固着するために熱を加える工程と、を含む、燃料電池の製造方法。
【００２６】
この燃料電池の製造方法によれば、反応ガス流路層のセパレータ側表面の研磨により生成された粉が空隙内に挿入されることにより、反応ガス流路層のセパレータ側表面の近傍に位置する空隙の水保持性能を向上させる水保持構造が形成される。
【００２７】
［適用例１０］燃料電池の製造方法であって、
（ｊ）反応ガスを用いて発電を行う発電部を製造する工程と、
（ｋ）内部に空隙を有する多孔体材料を用いて、前記空隙により形成された流路を介して前記反応ガスを前記発電部に供給するための反応ガス流路層を製造する工程と、
（ｌ）セパレータを製造する工程と、
（ｍ）前記発電部と前記反応ガス流路層と前記セパレータとを積層する工程と、を備え、
前記工程（ｌ）は、前記工程（ｍ）における積層により、前記反応ガス流路層と前記セパレータとの接触面近傍に位置する前記空隙の水保持性能を向上させる水保持構造が形成されるように、前記セパレータの前記反応ガス流路層側の表面を凹凸形状に加工する工程を含む、燃料電池の製造方法。
【００２８】
この燃料電池の製造方法によれば、反応ガス流路層のセパレータ側表面の近傍に位置する空隙の水保持性能を向上させる水保持構造が形成される。水保持構造は、空隙の水保持性能を向上させることにより、反応ガス流路層とセパレータとの接触面近傍における伝熱抵抗を低下させ、排熱を促進する。従って、この燃料電池の製造方法によれば、ドライアップの発生を有効に抑制可能な燃料電池を製造することができる。
【００２９】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池の製造方法、燃料電池用単セル、燃料電池を備えた移動体等の態様で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池の構成：
Ａ−２．反応ガス流路層の詳細構成：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．第５実施例：
Ｆ．第６実施例：
Ｇ．第７実施例：
Ｈ．変形例：
【００３１】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池の構成：
図１および図２は、本発明の第１実施例としての燃料電池１００の断面構成を概略的に示す説明図である。また、図３および図４は、本発明の第１実施例としての燃料電池１００の平面構成を概略的に示す説明図である。図１（ａ）は、図３および図４における１−１切断面に沿った燃料電池１００の断面構成を示しており、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＸ１部を拡大して示している。図２（ａ）は、図３および図４における２−２切断面に沿った燃料電池１００の断面構成を示しており、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＸ２部を拡大して示している。図３は、図１および図２における上側から見たセパレータ３００の平面構成を示している。図４は、図１および図２における上側から見た単セル２００の平面構成を示している。
【００３２】
燃料電池１００は、例えば酸化ガスとしての空気と水素リッチな燃料ガスとを用いて発電を行う装置である。以下の説明では、空気と燃料ガスとをまとめて「反応ガス」とも呼ぶ。燃料電池１００は、図１および図２に示すように、単セル２００とセパレータ３００とが交互に積層された構成を有している。なお、図１および図２では、燃料電池１００が１つの単セル２００と２つのセパレータ３００とにより構成されているように示されているが、燃料電池１００がさらに他の単セル２００やセパレータ３００を含んでいてもよい。本明細書では、燃料電池１００の各部材を積層する方向、すなわち、図１および図２における上下方向を、「燃料電池１００の積層方向」または単に「積層方向」と呼ぶものとする。
【００３３】
単セル２００は、図１および図２に示すように、反応ガスを用いて発電を行う発電体２１０と、発電体２１０を両側から挟むように配置されたアノード側反応ガス流路層２２０およびカソード側反応ガス流路層２３０と、を有している。以下の説明では、アノード側反応ガス流路層２２０およびカソード側反応ガス流路層２３０を、まとめて「反応ガス流路層２２０および２３０」とも呼ぶものとする。
【００３４】
発電体２１０は、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示すように、電解質層２１２と、電解質層２１２を両側から挟むように配置されたアノード側触媒電極層２１４およびカソード側触媒電極層２１５と、を有している。本実施例の燃料電池１００は固体高分子型の燃料電池であり、電解質層２１２はイオン伝導性を有する高分子膜によって形成されている。アノード側触媒電極層２１４およびカソード側触媒電極層２１５は、触媒担持カーボンを含んでいる。電解質層２１２とアノード側触媒電極層２１４およびカソード側触媒電極層２１５との積層体は、「ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）」または「膜・電極接合体」とも呼ばれる。
【００３５】
発電体２１０は、さらに、アノード側触媒電極層２１４の電解質層２１２に対向する面とは反対側の面に配置されたアノード側拡散層２１６と、カソード側触媒電極層２１５の電解質層２１２に対向する面とは反対側の面に配置されたカソード側拡散層２１７と、を有している。以下の説明では、アノード側拡散層２１６およびカソード側拡散層２１７を、まとめて「拡散層２１６および２１７」とも呼ぶものとする。拡散層２１６および２１７は、内部空隙率が高く気体が内部を流通する際の圧力損失が小さい金属製（例えばチタン製）多孔体やカーボン製多孔体を用いて形成されている。
【００３６】
反応ガス流路層２２０および２３０は、内部空隙率が高く気体が内部を流通する際の圧力損失が小さい金属製（例えばチタン製）多孔体やカーボン製多孔体といった多孔体材料を用いて形成されている。反応ガス流路層２２０および２３０内部の空隙は、反応ガスを発電体２１０の面方向に沿って拡散させつつ発電体２１０に供給するための反応ガス流路を形成する。
【００３７】
セパレータ３００は、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示すように、カソード側反応ガス流路層２３０に対向するカソード対向プレート３１０と、アノード側反応ガス流路層２２０に対向するアノード対向プレート３３０と、カソード対向プレート３１０およびアノード対向プレート３３０に狭持された中間プレート３２０と、が積層された３層構造を有している。セパレータ３００を構成する３枚のプレート（カソード対向プレート３１０、アノード対向プレート３３０、中間プレート３２０）は、金属製の略四角形平面の薄板である。
【００３８】
燃料電池１００は、図１（ａ）に示すように、発電体２１０における発電に用いられる空気を供給する空気供給路６４０を有している。セパレータ３００には、図１および図３に示すように、空気供給路６４０から供給された空気を単セル２００に導くための流路が形成されている。すなわち、セパレータ３００は、空気供給路６４０が貫通する貫通口３４２と、空気を空気供給路６４０から単セル２００側へと導くための空気流路３４４と、空気流路３４４とカソード側反応ガス流路層２３０の表面とを連通するためにカソード対向プレート３１０に形成された空気供給口３４６と、を有している。なお、図３において、二点鎖線で囲んだ領域ＰＡは、セパレータ３００の表面における単セル２００（より詳細にはカソード側反応ガス流路層２３０）と接する領域である。
【００３９】
また、燃料電池１００は、図１（ａ）に示すように、発電体２１０における発電に利用されなかった空気を排出する空気排出路６５０を有している。セパレータ３００には、図１および図３に示すように、単セル２００から排出された空気を空気排出路６５０へと導くための流路が形成されている。すなわち、セパレータ３００は、空気排出路６５０が貫通する貫通口３５２と、単セル２００から排出された空気を空気排出路６５０へと導くための空気流路３５４と、空気流路３５４とカソード側反応ガス流路層２３０の表面とを連通するためにカソード対向プレート３１０に形成された空気排出口３５６と、を有している。
【００４０】
図１において矢印で示したように、空気供給路６４０に供給された空気は、貫通口３４２、空気流路３４４、空気供給口３４６を経てカソード側反応ガス流路層２３０内部に流入する。その後、空気は、カソード側反応ガス流路層２３０内の反応ガス流路において発電体２１０の面方向に沿って拡散しつつ、発電体２１０のカソード側拡散層２１７に供給される。カソード側拡散層２１７に供給された空気は、カソード側拡散層２１７内において拡散しつつカソード側触媒電極層２１５に供給され、電解質層２１２を介してアノード側触媒電極層２１４から移動してきたプロトンと共にカソード電極反応に供される。カソード電極反応に利用されなかった空気は、空気排出口３５６、空気流路３５４、貫通口３５２を経て空気排出路６５０に排出される。
【００４１】
同様に、燃料電池１００は、図２（ａ）に示すように、発電体２１０における発電に用いられる燃料ガスを供給する燃料供給路６６０を有している。セパレータ３００には、図２および図３に示すように、燃料供給路６６０から供給された燃料ガスを単セル２００に導くための流路が形成されている。すなわち、セパレータ３００は、燃料供給路６６０が貫通する貫通口３６２と、燃料ガスを燃料供給路６６０から単セル２００側へと導くための燃料流路３６４と、燃料流路３６４とアノード側反応ガス流路層２２０の表面とを連通するためにアノード対向プレート３３０に形成された燃料供給口３６６と、を有している。
【００４２】
また、燃料電池１００は、発電体２１０における発電に利用されなかった燃料ガスを排出する燃料排出路６７０を有している。セパレータ３００には、図２および図３に示すように、単セル２００から排出された燃料ガスを燃料排出路６７０へと導くための流路が形成されている。すなわち、セパレータ３００は、燃料排出路６７０が貫通する貫通口３７２と、単セル２００から排出された燃料ガスを燃料排出路６７０へと導くための燃料流路３７４と、燃料流路３７４とアノード側反応ガス流路層２２０の表面とを連通するためにアノード対向プレート３３０に形成された燃料排出口３７６と、を有している。
【００４３】
図２において矢印で示したように、燃料供給路６６０に供給された燃料ガスは、貫通口３６２、燃料流路３６４、燃料供給口３６６を経てアノード側反応ガス流路層２２０内部に流入する。その後、燃料ガスは、アノード側反応ガス流路層２２０内の反応ガス流路において発電体２１０の面方向に沿って拡散しつつ発電体２１０のアノード側拡散層２１６に供給される。アノード側拡散層２１６に供給された燃料ガスは、アノード側拡散層２１６内において拡散しつつアノード側触媒電極層２１４に供給され、アノード電極反応に供される。アノード電極反応により生成されたプロトンは、水分子を伴い電解質層２１２を通過してカソード側触媒電極層２１５へと移動する。アノード電極反応に利用されなかった燃料ガスは、燃料排出口３７６、燃料流路３７４、貫通口３７２を経て燃料排出路６７０に排出される。
【００４４】
さらに、セパレータ３００には、燃料電池１００を冷却する冷却媒体が流通する流路が形成されている。すなわち、セパレータ３００は、冷却媒体を供給する図示しない冷却媒体供給路が貫通する貫通口３８２（図３）と、冷却媒体を排出する図示しない冷却媒体排出路が貫通する貫通口３９２（図３）と、２つの貫通口３８２および３９２を連通する冷却媒体流路３８４（図３および図１（ａ））と、を有している。冷却媒体供給路に供給された冷却媒体は、貫通口３８２、冷却媒体流路３８４、貫通口３９２を経て、冷却媒体排出路に排出される。
【００４５】
このように、セパレータ３００は、単セル２００に対向する表面が平坦形状に形成されており、表面に反応ガスの流路としての溝を有していない。セパレータ３００における上述した空気、燃料ガス、冷却媒体が流通する流路の形成は、セパレータ３００を構成する３枚のプレート（カソード対向プレート３１０、アノード対向プレート３３０、中間プレート３２０）に、所定の打ち抜き加工を施すことによって行われる。そのため、本実施例の燃料電池１００では、セパレータ３００の製造の容易化・低コスト化を図ることができる。
【００４６】
発電体２１０の周囲には、図１および図２に示すように、発電体２１０の端面に沿って配置された第１シール部５１０が設けられている。第１シール部５１０は、例えばゴム系のシール材料を用いた射出成形により形成されている。また、第１シール部５１０は、図４に示すように、発電体２１０の周囲を取り囲むように配置されている。なお、図４には、第１シール部５１０として、第１シール部５１０のリップ部５１２とセパレータ３００との当接部（シールラインＳＬ）を示している。図４にはアノード側の第１シール部５１０のみが示されているが、カソード側も同様に、第１シール部５１０が発電体２１０の周囲を取り囲むように配置されている。第１シール部５１０により、燃料電池１００内部から外部への反応ガスの漏洩が抑制されると共に、発電体２１０の端面を介したアノード側とカソード側との間における反応ガスの流通（いわゆるクロスリーク）が抑制される。
【００４７】
反応ガス流路層２２０および２３０の周囲には、図１および図２に示すように、反応ガス流路層２２０および２３０の端面に沿って配置された第２シール部５２０が設けられている。第２シール部５２０は、例えば、エラストマー系樹脂やゴム系のシール材を用いた射出成形により形成されている。第２シール部５２０は、図４に示すように、アノード側反応ガス流路層２２０の周囲を取り囲むように配置されている。図４にはアノード側の第２シール部５２０のみが示されているが、カソード側も同様に、第２シール部５２０がカソード側反応ガス流路層２３０の周囲を取り囲むように配置されている。第２シール部５２０により、反応ガス流路層２２０および２３０の内部や拡散層２１６および２１７の内部からの反応ガスの漏洩が抑制される。
【００４８】
Ａ−２．反応ガス流路層の詳細構成：
図５は、第１実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０の詳細な断面構成を示す説明図である。図５は、図１（ｂ）におけるＹ１部の断面構成を示している。図５に示すように、アノード側反応ガス流路層２２０は、多数の空隙２２１を内部に有する多孔体材料を用いて形成されている。上述したように、空隙２２１は、燃料ガスの流通のための反応ガス流路を形成している。
【００４９】
ここで、本実施例のアノード側反応ガス流路層２２０では、アノード側反応ガス流路層２２０とセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に、粉体２２２が配置されている。より詳細には、粉体２２２は、空隙２２１内のセパレータ３００に近接する部分に配置されている。粉体２２２は、カーボン粉体または金属粉体である。
【００５０】
なお、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０とは、互いに固着されない状態で積層されている。すなわち、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０とは、粉体２２２が配置された接触面（界面）において、積層方向に交差する方向に互いに摺動可能なように積層されている。
【００５１】
図６は、第１実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０の製造方法を示すフローチャートである。アノード側反応ガス流路層２２０の製造に際しては、最初にアノード側反応ガス流路層２２０の製造に用いる多孔体材料（金属製多孔体またはカーボン製多孔体）を準備し（ステップＳ１１０）、多孔体材料の内部にＰＶＡ等の樹脂Ｒを含浸させる（ステップＳ１２０）。このとき、図６に示すように、多孔体材料の内、積層時にセパレータ３００（図５参照）と接する側の表面から所定の厚さＴの部分には、樹脂Ｒを含浸させない。
【００５２】
次に、多孔体材料のセパレータ３００に接する側の表面に、粉体（金属粉体またはカーボン粉体）をスクレーパを用いて塗布する（ステップＳ１３０）。これにより、多孔体材料の空隙２２１内に粉体２２２が充填される。ただし、多孔体材料の樹脂Ｒが含浸された部分に位置する空隙２２１内には粉体は侵入しない。そのため、多孔体材料内部の空隙２２１の内、積層時にセパレータ３００と接する側の表面近傍に位置する空隙２２１内に粉体２２２が配置されることとなる。なお、積層方向に関し、空隙２２１の積層方向の高さに応じて、粉体２２２が空隙２２１の全体にわたって充填される場合もあれば、粉体２２２が空隙２２１のセパレータ３００に近接する部分のみに充填される場合もある。多孔体材料に含浸させた樹脂Ｒは、空隙２２１内への粉体の侵入を抑制する点で、本発明における侵入抑制材に相当する。
【００５３】
その後、加熱真空乾燥により、多孔体材料内部から樹脂Ｒを除去し（ステップＳ１４０）、アノード側反応ガス流路層２２０の製造が完了する。
【００５４】
以上説明したように、第１実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０では、アノード側反応ガス流路層２２０とセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に、粉体２２２が配置されている。粉体２２２は、微少な金属またはカーボン粒子によって構成されており、単位体積あたりの表面積が大きい。そのため、粉体２２２が配置された空隙２２１においては、単位体積あたりの表面積が増大する。従って、粉体２２２が配置された空隙２２１内に侵入した水は、粉体２２２の表面に付着して空隙２２１内に留まりやすい。
【００５５】
また、粉体２２２内部には微少な空間が多数存在するため、アノード側反応ガス流路層２２０内に存在する水は、毛細管現象によって粉体２２２内部に誘引されやすい。さらに、粉体２２２は、アノード側反応ガス流路層２２０の表面に位置する空隙２２１の開口を塞ぐように配置されるため、粉体２２２の存在により、空隙２２１内に侵入した水のセパレータ３００側への流出が抑制される。
【００５６】
以上のことから、粉体２２２が配置された空隙２２１は、粉体２２２が配置されていない空隙２２１と比較して、良好な水保持性能を有すると言える。すなわち、アノード側反応ガス流路層２２０とセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に粉体２２２が配置された構造は、本発明における空隙の水保持性能を向上させる水保持構造に相当する。
【００５７】
一般に、空隙２２１の水保持性能が高く空隙２２１内に多くの水が保持されていると、空隙２２１内に多くの水が保持されていない場合と比較して、伝熱抵抗が低下し排熱が促進される。本実施例では、粉体２２２の存在によってアノード側反応ガス流路層２２０とセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１の水保持性能が向上されているため、当該接触面近傍における排熱が促進される。従って、本実施例の燃料電池１００では、ドライアップの発生を有効に抑制することができる。
【００５８】
また、本実施例のアノード側反応ガス流路層２２０では、粉体２２２が、空隙２２１内のセパレータ３００に近接する部分に配置されている。そのため、アノード側反応ガス流路層２２０とセパレータ３００との実接触面積が、粉体２２２が配置されていない場合と比較して大きくなっている。アノード側反応ガス流路層２２０とセパレータ３００との実接触面積が大きいと、両者の接触面における排熱が促進される。従って、本実施例の燃料電池１００では、ドライアップの発生をさらに有効に抑制することができる。
【００５９】
なお、第１実施例の燃料電池１００におけるアノード側反応ガス流路層２２０では、アノード側反応ガス流路層２２０とセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内のセパレータ３００に近い部分にのみ粉体２２２が配置されており、他の部分の空隙２２１内には粉体２２２は配置されていない。そのため、粉体２２２の存在によるアノード側反応ガス流路層２２０内の反応ガス流路の圧力損失増大を最小限に抑制することができる。
【００６０】
Ｂ．第２実施例：
図７は、第２実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ａの詳細な断面構成を示す説明図である。図７は、図１（ｂ）におけるＹ１部の断面構成を示している。第２実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ａと図５に示した第１実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０との違いは、水保持構造の構成である。すなわち、第２実施例のアノード側反応ガス流路層２２０ａでは、アノード側反応ガス流路層２２０ａとセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に、研磨粉２２３が配置されている。より詳細には、研磨粉２２３は、空隙２２１内のセパレータ３００に近接する部分に配置されている。
【００６１】
なお、第１実施例と同様に、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０ａとは、互いに固着されない状態で積層されている。すなわち、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０ａとは、研磨粉２２３が配置された接触面（界面）において、積層方向に交差する方向に互いに摺動可能なように積層されている。
【００６２】
図８は、第２実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ａの製造方法を示すフローチャートである。最初にアノード側反応ガス流路層２２０ａの製造に用いる多孔体材料（金属製多孔体またはカーボン製多孔体）を準備し（ステップＳ２１０）、多孔体材料のセパレータ３００と接する側の表面を微細な金属粉（例えばチタン粉）で研磨する（ステップＳ２２０）。これにより、アノード側反応ガス流路層２２０ａのセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に、金属粉や多孔体材料の削りかすにより構成される研磨粉２２３が配置されることとなる。なお、多孔体材料の研磨により、アノード側反応ガス流路層２２０ａの表面に要求される平滑度を得ることができる。
【００６３】
その後、多孔体材料に熱を加えて焼結させ（ステップＳ２３０）、アノード側反応ガス流路層２２０ａの製造が完了する。多孔体材料に熱を加えることにより、空隙２２１内に配置された研磨粉２２３は、空隙２２１内に固着される。なお、この後に腐食対策として金メッキを施してもよい。
【００６４】
以上説明したように、第２実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ａでは、アノード側反応ガス流路層２２０ａとセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に、研磨粉２２３が配置されている。空隙２２１内に配置された研磨粉２２３は、第１実施例における粉体２２２と同様に、単位体積あたりの表面積が大きく、かつ、内部に多数の微少な空間を有している。さらに、研磨粉２２３は、アノード側反応ガス流路層２２０ａの表面に位置する空隙２２１の開口を塞ぐように配置される。そのため、研磨粉２２３が配置された空隙２２１は、研磨粉２２３が配置されていない空隙２２１と比較して、良好な水保持性能を有する。すなわち、アノード側反応ガス流路層２２０ａとセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に研磨粉２２３が配置された構造は、本発明における空隙の水保持性能を向上させる水保持構造に相当する。従って、第２実施例の燃料電池１００においても、アノード側反応ガス流路層２２０ａとセパレータ３００との接触面近傍における排熱が促進され、ドライアップの発生が有効に抑制される。
【００６５】
また、第２実施例のアノード側反応ガス流路層２２０ａでは、研磨粉２２３が、空隙２２１内のセパレータ３００に近接する部分に配置されているため、アノード側反応ガス流路層２２０ａとセパレータ３００との実接触面積が増大される。従って、第２実施例の燃料電池１００においても、アノード側反応ガス流路層２２０ａとセパレータ３００との接触面における排熱が促進され、ドライアップの発生がさらに有効に抑制される。
【００６６】
なお、第２実施例においても、研磨粉２２３は空隙２２１内のセパレータ３００に近い部分にのみ配置されているため、研磨粉２２３の存在によるアノード側反応ガス流路層２２０ａ内の反応ガス流路の圧力損失増大を最小限に抑制することができる。
【００６７】
Ｃ．第３実施例：
図９は、第３実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｂの詳細な断面構成を示す説明図である。図９は、図１（ｂ）におけるＹ１部の断面構成を示している。第３実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｂと図５に示した第１実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０との違いは、水保持構造の構成である。すなわち、第３実施例のアノード側反応ガス流路層２２０ｂでは、アノード側反応ガス流路層２２０ｂとセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に、微細粒子２２４が配置されている。微細粒子２２４は、任意の物質の粒子であってよいが、熱伝導率の高い金属粒子であることが好ましい。
【００６８】
なお、第１実施例と同様に、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０ｂとは、互いに固着されない状態で積層されている。すなわち、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０ｂとは、微細粒子２２４が配置された接触面（界面）において、積層方向に交差する方向に互いに摺動可能なように積層されている。
【００６９】
図１０は、第３実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｂの製造方法を示すフローチャートである。アノード側反応ガス流路層２２０ｂの製造に用いる多孔体材料（金属製多孔体またはカーボン製多孔体）を準備した後（ステップＳ３１０）、多孔体材料のセパレータ３００と接する側の表面の近傍に位置する空隙２２１内に微細粒子２２４を挿入し（ステップＳ２２０）、アノード側反応ガス流路層２２０ｂの製造が完了する。本実施例では、多孔体材料の表面に第１実施例において使用した粉体２２２よりも粒径の大きい微細粒子をのせ、ふるいにかける要領で、多孔体材料の表面の開口が大きい空隙２２１内に微細粒子２２４を挿入する。なお、アノード側反応ガス流路層２２０ｂの製造後、アノード側反応ガス流路層２２０ｂとセパレータ３００とが積層されることにより、空隙２２１内に挿入された微細粒子２２４は当該空隙２２１内に閉じ込められることとなる。
【００７０】
以上説明したように、第３実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｂでは、アノード側反応ガス流路層２２０ｂとセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に、微細粒子２２４が配置されている。空隙２２１内に配置された微細粒子２２４は、空隙２２１における単位体積あたりの表面積を増大させるように機能すると共に、空隙２２１内に微少な空間を生成するよう機能する。さらに、微細粒子２２４は、アノード側反応ガス流路層２２０ｂの表面に位置する空隙２２１の開口を塞ぐように機能する。そのため、微細粒子２２４が配置された空隙２２１は、微細粒子２２４が配置されていない空隙２２１と比較して、良好な水保持性能を有する。すなわち、アノード側反応ガス流路層２２０ｂとセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に微細粒子２２４が配置された構造は、本発明における空隙の水保持性能を向上させる水保持構造に相当する。従って、第３実施例の燃料電池１００においても、アノード側反応ガス流路層２２０ｂとセパレータ３００との接触面近傍における排熱が促進され、ドライアップの発生が有効に抑制される。
【００７１】
なお、第３実施例においても、微細粒子２２４は空隙２２１内のセパレータ３００に近い部分にのみ配置されているため、微細粒子２２４の存在によるアノード側反応ガス流路層２２０ｂ内の反応ガス流路の圧力損失増大を最小限に抑制することができる。
【００７２】
Ｄ．第４実施例：
図１１は、第４実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｃの詳細な断面構成を示す説明図である。図１１は、図１（ｂ）におけるＹ１部の断面構成を示している。第４実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｃと図５に示した第１実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０との違いは、水保持構造の構成である。すなわち、第４実施例のアノード側反応ガス流路層２２０ｃでは、アノード側反応ガス流路層２２０ｃとセパレータ３００との接触面近傍において、めっき２２５により多孔体材料の骨が太らされている。より詳細には、めっき２２５が、アノード側反応ガス流路層２２０ｃを形成する多孔体材料のセパレータ３００側の表面、および当該表面近傍の空隙２２１内に施されている。
【００７３】
なお、第１実施例と同様に、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０ｃとは、互いに固着されない状態で積層されている。すなわち、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０ｃとは、めっき２２５が施された接触面（界面）において、積層方向に交差する方向に互いに摺動可能なように積層されている。
【００７４】
図１２は、第４実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｃの製造方法を示すフローチャートである。最初にアノード側反応ガス流路層２２０ｃの製造に用いる多孔体材料（金属製多孔体またはカーボン製多孔体）を準備し（ステップＳ４１０）、多孔体材料の内部にＰＶＡ等の樹脂Ｒを含浸させる（ステップＳ４２０）。このとき、図１２に示すように、多孔体材料の内、積層時にセパレータ３００（図１１参照）と接する側の表面から所定の厚さＴの部分には、樹脂Ｒを含浸させない。
【００７５】
次に、多孔体材料のセパレータ３００に接する側の表面近傍に、めっき２２５を施す。具体的には、ニッケルめっきを行った後、金めっきを行う。このとき、多孔体材料の樹脂Ｒが含浸された部分にはめっきは施されないため、めっき２２５はアノード側反応ガス流路層２２０ｃとセパレータ３００との接触面近傍のみに施されることとなる。多孔体材料に含浸させた樹脂Ｒは、空隙２２１内へのめっきの侵入を抑制する点で、本発明における侵入抑制材に相当する。
【００７６】
その後、加熱真空乾燥により、多孔体材料内部から樹脂Ｒを除去し（ステップＳ４４０）、アノード側反応ガス流路層２２０ｃの製造が完了する。
【００７７】
以上説明したように、第４実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｃでは、アノード側反応ガス流路層２２０ｃを形成する多孔体材料のセパレータ３００側の表面、および当該表面近傍の空隙２２１内に、めっき２２５が施されている。空隙２２１内に施されためっき２２５は、空隙２２１における単位体積あたりの表面積を増大させる。さらに、めっき２２５は、アノード側反応ガス流路層２２０ｃの表面に位置する空隙２２１の開口を塞ぐように機能する。そのため、めっき２２５が施された空隙２２１は、めっき２２５が施されていない空隙２２１と比較して、良好な水保持性能を有する。すなわち、アノード側反応ガス流路層２２０ｃとセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内にめっき２２５が施された構造は、本発明における空隙の水保持性能を向上させる水保持構造に相当する。従って、第４実施例の燃料電池１００においても、アノード側反応ガス流路層２２０ｃとセパレータ３００との接触面近傍における排熱が促進され、ドライアップの発生が有効に抑制される。
【００７８】
また、第４実施例では、めっき２２５によって、アノード側反応ガス流路層２２０ｃとセパレータ３００との実接触面積が増大される。従って、第４実施例の燃料電池１００においても、アノード側反応ガス流路層２２０ｃとセパレータ３００との接触面における排熱が促進され、ドライアップの発生がさらに有効に抑制される。
【００７９】
なお、第４実施例においても、めっき２２５はアノード側反応ガス流路層２２０ｃのセパレータ３００に接する側の表面に近い部分にのみ配置されているため、めっき２２５の存在によるアノード側反応ガス流路層２２０ｃ内の反応ガス流路の圧力損失増大を最小限に抑制することができる。
【００８０】
Ｅ．第５実施例：
図１３は、第５実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｄの詳細な断面構成を示す説明図である。図１３は、図１（ｂ）におけるＹ１部の断面構成を示している。第５実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｄと図５に示した第１実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０との違いは、水保持構造の構成である。すなわち、第５実施例のアノード側反応ガス流路層２２０ｄでは、アノード側反応ガス流路層２２０ｄとセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１の内部に樹脂２２６が配置されている。
【００８１】
なお、第１実施例と同様に、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０ｄとは、互いに固着されない状態で積層されている。すなわち、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０ｄとは、樹脂２２６が配置された接触面（界面）において、積層方向に交差する方向に互いに摺動可能なように積層されている。
【００８２】
図１４は、第５実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｄの製造方法を示すフローチャートである。アノード側反応ガス流路層２２０ｄの製造に用いる多孔体材料（金属製多孔体またはカーボン製多孔体）を準備し（ステップＳ５１０）、多孔体材料のセパレータ３００と接する側の表面に樹脂２２６をスクレーパＳを用いて塗布して（ステップＳ５２０）、アノード側反応ガス流路層２２０ｄの製造が完了する。多孔体材料のセパレータ３００と接する側の表面に樹脂２２６をスクレーパＳを用いて塗布することにより、多孔体材料のセパレータ３００と接する側の表面に位置する空隙２２１の開口の内側に樹脂２２６が付着し、樹脂２２６が空隙２２１の開口を塞ぐような形状に形成される。
【００８３】
以上説明したように、第５実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｄでは、アノード側反応ガス流路層２２０ｄとセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に、樹脂２２６が配置されている。樹脂２２６は、空隙２２１における単位体積あたりの表面積を増大させると共に、アノード側反応ガス流路層２２０ｄの表面に位置する空隙２２１の開口を塞ぐような形状に形成される。そのため、樹脂２２６が配置された空隙２２１は、樹脂２２６が配置されていない空隙２２１と比較して、良好な水保持性能を有する。すなわち、アノード側反応ガス流路層２２０ｄとセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に樹脂２２６が配置された構造は、本発明における空隙の水保持性能を向上させる水保持構造に相当する。従って、第５実施例の燃料電池１００においても、アノード側反応ガス流路層２２０ｄとセパレータ３００との接触面近傍における排熱が促進され、ドライアップの発生が有効に抑制される。
【００８４】
また、第５実施例のアノード側反応ガス流路層２２０ｄでは、樹脂２２６の存在により、アノード側反応ガス流路層２２０ｄとセパレータ３００との実接触面積が増大される。従って、第５実施例の燃料電池１００においても、アノード側反応ガス流路層２２０ｄとセパレータ３００との接触面における排熱が促進され、ドライアップの発生がさらに有効に抑制される。
【００８５】
なお、第５実施例においても、樹脂２２６は空隙２２１内のセパレータ３００に近い部分にのみ配置されているため、樹脂２２６の存在によるアノード側反応ガス流路層２２０ｄ内の反応ガス流路の圧力損失増大を最小限に抑制することができる。また、アノード側反応ガス流路層２２０ｄとセパレータ３００との間の電気抵抗の増大を抑制するため、樹脂２２６は導電性を有する材料（例えば銅粒子）を含んでいることが好ましい。
【００８６】
Ｆ．第６実施例：
図１５は、第６実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｅの詳細な断面構成を示す説明図である。図１５は、図１（ｂ）におけるＹ１部の断面構成を示している。第６実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｅと図５に示した第１実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０との違いは、水保持構造の構成である。すなわち、第６実施例のアノード側反応ガス流路層２２０ｅは、２つの多孔体材料２２８および２２９の積層体として形成されている。すなわち、アノード側反応ガス流路層２２０ｅは、空隙２２１の径が比較的大きい第１の多孔体材料２２８と、第１の多孔体材料２２８のセパレータ３００側に配置され、空隙２２１の径が比較的小さい第２の多孔体材料２２９と、により構成される。なお、本明細書では、空隙２２１の径がより小さい多孔体材料を、より緻密な多孔体材料と表すものとする。この表現に従えば、本実施例のアノード側反応ガス流路層２２０ｅは、アノード側反応ガス流路層２２０ｅとセパレータ３００との接触面近傍に、他の部分と比較してより緻密な多孔体材料が配置された構成であると言える。
【００８７】
なお、第１実施例と同様に、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０ｅとは、互いに固着されない状態で積層されている。すなわち、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０ｅとは、より緻密な第２の多孔体材料２２９が配置された接触面（界面）において、積層方向に交差する方向に互いに摺動可能なように積層されている。
【００８８】
図１６は、第６実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｅの製造方法を示すフローチャートである。最初にアノード側反応ガス流路層２２０ｅの製造に用いる２つの多孔体材料（金属製多孔体またはカーボン製多孔体）を準備し、積層する（ステップＳ６１０）。２つの多孔体材料２２８および２２９の内、第１の多孔体材料２２８内部の空隙２２１の径は、第２の多孔体材料２２９内部の空隙２２１の径よりも大きい。また、第１の多孔体材料２２８の積層方向に沿った厚さは、第２の多孔体材料２２９の厚さよりも厚い。
【００８９】
その後、２つの多孔体材料２２８および２２９を拡散接合によって接合し（ステップＳ６２０）、アノード側反応ガス流路層２２０ｅの製造が完了する。なお、焼結前の第２の多孔体材料２２９を第１の多孔体材料２２８の表面に塗布した後、熱を加えて、２つの多孔体材料２２８および２２９を一緒に焼結させることにより、２つの多孔体材料の接合を実現してもよい。
【００９０】
以上説明したように、第６実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｅでは、アノード側反応ガス流路層２２０ｅとセパレータ３００との接触面近傍に、空隙２２１の径が比較的小さい第２の多孔体材料２２９が配置され、その他の部分に、空隙２２１の径が比較的大きい第１の多孔体材料２２８が配置されている。空隙２２１の径が小さい第２の多孔体材料２２９は、空隙２２１の径が大きい第１の多孔体材料２２８と比較して、単位体積あたりの表面積が大きく、かつ、内部に多数の微少な空間を有している。そのため、空隙２２１の径が小さい第２の多孔体材料２２９は、空隙２２１の径が大きい第１の多孔体材料２２８と比較して、良好な水保持性能を有する。すなわち、アノード側反応ガス流路層２２０ｅとセパレータ３００との接触面近傍に空隙２２１の径が小さい第２の多孔体材料２２９が配置された構造は、本発明における空隙の水保持性能を向上させる水保持構造に相当する。従って、第６実施例の燃料電池１００においても、アノード側反応ガス流路層２２０ｅとセパレータ３００との接触面近傍における排熱が促進され、ドライアップの発生が有効に抑制される。
【００９１】
また、第６実施例のアノード側反応ガス流路層２２０ｅでは、セパレータ３００に近接する部分に空隙２２１の径が小さい第２の多孔体材料２２９が配置されているため、アノード側反応ガス流路層２２０ｅとセパレータ３００との実接触面積が増大される。従って、第６実施例の燃料電池１００においても、アノード側反応ガス流路層２２０ｅとセパレータ３００との接触面における排熱が促進され、ドライアップの発生がさらに有効に抑制される。
【００９２】
なお、第６実施例においても、空隙２２１の径が小さい第２の多孔体材料２２９はセパレータ３００に近い部分にのみ配置されているため、アノード側反応ガス流路層２２０ｅ内の反応ガス流路の圧力損失増大を最小限に抑制することができる。
【００９３】
Ｇ．第７実施例：
図１７は、第７実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｆの詳細な断面構成を示す説明図である。図１７は、図１（ｂ）におけるＹ１部の断面構成を示している。第７実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｆと図５に示した第１実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０との違いは、水保持構造の構成である。すなわち、第７実施例のアノード側反応ガス流路層２２０ｆでは、アノード側反応ガス流路層２２０ｆとセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に、カーボンナノチューブ３０２（以下、「ＣＮＴ３０２」とも呼ぶ）が配置されている。
【００９４】
なお、第１実施例と同様に、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０ｆとは、互いに固着されない状態で積層されている。すなわち、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０ｆとは、ＣＮＴ３０２が配置された接触面（界面）において、積層方向に交差する方向に互いに摺動可能なように積層されている。
【００９５】
図１８は、第７実施例における燃料電池１００の製造方法を示すフローチャートである。図１８には、燃料電池１００の製造工程の内、アノード側反応ガス流路層２２０ｆの形成に関連する工程のみを取り出して示している。最初にセパレータ３００のアノード側反応ガス流路層２２０ｆに接する側の表面にＣＮＴ３０２を形成する（ステップＳ７１０）。これにより、セパレータ３００のアノード側反応ガス流路層２２０ｆに接する側の表面が凹凸形状となる。
【００９６】
その後、セパレータ３００とアノード側反応ガス流路層２２０ｆとを積層する（ステップＳ７２０）。これにより、アノード側反応ガス流路層２２０ｆのセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に、セパレータ３００の表面に形成されたＣＮＴ３０２が配置されることとなる。
【００９７】
以上説明したように、第７実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｆでは、アノード側反応ガス流路層２２０ｆとセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内に、ＣＮＴ３０２が配置されている。空隙２２１内に配置されたＣＮＴ３０２は、空隙２２１における単位体積あたりの表面積を増大させると共に、アノード側反応ガス流路層２２０ｆの表面に位置する空隙２２１の開口を塞ぐように配置される。そのため、ＣＮＴ３０２が配置された空隙２２１は、ＣＮＴ３０２が配置されていない空隙２２１と比較して、良好な水保持性能を有する。すなわち、アノード側反応ガス流路層２２０ｆとセパレータ３００との接触面近傍に位置する空隙２２１内にＣＮＴ３０２が配置された構造は、本発明における空隙の水保持性能を向上させる水保持構造に相当する。従って、第７実施例の燃料電池１００においても、アノード側反応ガス流路層２２０ｆとセパレータ３００との接触面近傍における排熱が促進され、ドライアップの発生が有効に抑制される。
【００９８】
また、第７実施例のアノード側反応ガス流路層２２０ｆでは、ＣＮＴ３０２の存在により、アノード側反応ガス流路層２２０ｆとセパレータ３００との実接触面積が増大される。従って、第７実施例の燃料電池１００においても、アノード側反応ガス流路層２２０ｆとセパレータ３００との接触面における排熱が促進され、ドライアップの発生がさらに有効に抑制される。
【００９９】
なお、第７実施例においても、ＣＮＴ３０２は空隙２２１内のセパレータ３００に近い部分にのみ配置されているため、ＣＮＴ３０２の存在によるアノード側反応ガス流路層２２０ｆ内の反応ガス流路の圧力損失増大を最小限に抑制することができる。
【０１００】
また、セパレータ３００のアノード側反応ガス流路層２２０ｆに接する側の表面に、ＣＮＴ３０２の代わりに、溶射による凹凸形状の金コートを形成することにより、当該表面を凹凸形状とするとしてもよい。
【０１０１】
Ｈ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１０２】
Ｈ−１．変形例１：
上記各実施例における燃料電池１００の構成はあくまで一例であり、燃料電池１００を他の構成とすることも可能である。例えば、上記各実施例では、燃料電池１００の発電体２１０が拡散層２１６および２１７を含んでいるが、発電体２１０が拡散層２１６および２１７を含まないとしてもよい。この場合には、反応ガス流路層２２０および２３０が、拡散層２１６および２１７としても機能する。
【０１０３】
また上記各実施例では、セパレータ３００は３層の金属板を積層した構成であり、その形状は表面が平坦な形状であるとしているが、セパレータ３００の構成は他の任意の構成とすることが可能であり、またセパレータ３００の形状は他の任意の形状とすることが可能である。また、上記各実施例では、セパレータ３００を金属を用いて形成するとしているが、例えばカーボンといった他の材料を用いることも可能である。
【０１０４】
Ｈ−２．変形例２：
上記各実施例では、水保持構造が、アノード側反応ガス流路層２２０とセパレータ３００との接触面近傍に形成されているが、水保持構造をアノード側反応ガス流路層２２０とアノード側拡散層２１６との接触面近傍にも形成してもよい。また、水保持構造をカソード側反応ガス流路層２３０にも形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池１００の断面構成を概略的に示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施例としての燃料電池１００の断面構成を概略的に示す説明図である。
【図３】本発明の第１実施例としての燃料電池１００の平面構成を概略的に示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施例としての燃料電池１００の平面構成を概略的に示す説明図である。
【図５】第１実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０の詳細な断面構成を示す説明図である。
【図６】第１実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】第２実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ａの詳細な断面構成を示す説明図である。
【図８】第２実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ａの製造方法を示すフローチャートである。
【図９】第３実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｂの詳細な断面構成を示す説明図である。
【図１０】第３実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｂの製造方法を示すフローチャートである。
【図１１】第４実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｃの詳細な断面構成を示す説明図である。
【図１２】第４実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｃの製造方法を示すフローチャートである。
【図１３】第５実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｄの詳細な断面構成を示す説明図である。
【図１４】第５実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｄの製造方法を示すフローチャートである。
【図１５】第６実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｅの詳細な断面構成を示す説明図である。
【図１６】第６実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｅの製造方法を示すフローチャートである。
【図１７】第７実施例におけるアノード側反応ガス流路層２２０ｆの詳細な断面構成を示す説明図である。
【図１８】第７実施例における燃料電池１００の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０６】
１００…燃料電池
２００…単セル
２１０…発電体
２１２…電解質層
２１４…アノード側触媒電極層
２１５…カソード側触媒電極層
２１６…アノード側拡散層
２１７…カソード側拡散層
２２０…アノード側反応ガス流路層
２２１…空隙
２２２…粉体
２２３…研磨粉
２２４…微細粒子
２２５…めっき
２２６…樹脂
２２８…第１の多孔体材料
２２９…第２の多孔体材料
２３０…カソード側反応ガス流路層
３００…セパレータ
３０２…カーボンナノチューブ
３１０…カソード対向プレート
３２０…中間プレート
３３０…アノード対向プレート
３４２…貫通口
３４４…空気流路
３４６…空気供給口
３５２…貫通口
３５４…空気流路
３５６…空気排出口
３６２…貫通口
３６４…燃料流路
３６６…燃料供給口
３７２…貫通口
３７４…燃料流路
３７６…燃料排出口
３８２…貫通口
３８４…冷却媒体流路
３９２…貫通口
５１０…第１シール部
５１２…リップ部
５２０…第２シール部
６４０…空気供給路
６５０…空気排出路
６６０…燃料供給路
６７０…燃料排出路
【図１】
2008288029.tif 000003
【図２】
2008288029.tif 000004
【図３】
2008288029.tif 000005
【図４】
2008288029.tif 000006
【図５】
2008288029.tif 000007
【図６】
2008288029.tif 000008
【図７】
2008288029.tif 000009
【図８】
2008288029.tif 000010
【図９】
2008288029.tif 000011
【図１０】
2008288029.tif 000012
【図１１】
2008288029.tif 000013
【図１２】
2008288029.tif 000014
【図１３】
2008288029.tif 000015
【図１４】
2008288029.tif 000016
【図１５】
2008288029.tif 000017
【図１６】
2008288029.tif 000018
【図１７】
2008288029.tif 000019
【図１８】
2008288029.tif 000020