(57)【要約】【課題】  ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水を確実に排出することができる燃料電池用セパレータおよびその燃料電池用セパレータを備えた燃料電池を提供する。【解決手段】  水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜３を一対のガス拡散電極６Ａ，６Ｂで挟んでなる電解質膜−電極接合体９に当接して設けられ、ガスを流通させるためのガス流路溝２１，３１がガス拡散電極６Ａ，６Ｂと対向する側の面に形成されており、その前記ガス流路溝２１，３１の底壁には、ガス拡散電極６Ａ，６Ｂ側に向かって延びる凸部２０Ａ，２０Ｂが設けられており、この凸部２０Ａ，２０Ｂは、ガス拡散電極６Ａ，６Ｂよりも高い親水性を有している。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜を一対のガス拡散電極で挟んでなる電解質膜−電極接合体に当接して設けられ、ガスを流通させるためのガス流路溝が前記ガス拡散電極と対向する側の面に形成された燃料電池用セパレータにおいて、
前記ガス流路溝の底壁には、前記ガス拡散電極側に向かって延びる凸部が設けられており、
前記凸部は、前記ガス拡散電極よりも高い親水性を有していることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記凸部は、吸水性を有している、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記凸部は、前記ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水を含む水分を、毛管現象により吸い上げ可能なように構成されている、請求項２に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記凸部は、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、電解質膜、または多孔質カーボンで構成されている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記凸部は、前記ガス流路溝のガスの通流方向の下流側に設けられている、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の燃料電池用セパレータを備えた燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質を用いた燃料電池に用いられる燃料電池用セパレータおよびその燃料電池用セパレータを備えた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質を用いた燃料電池は、水素を含む燃料ガスと、空気などの酸素を含む酸化剤ガスとを、電気化学的に反応させることによって、電力と熱とを同時に発生させるものである。このような燃料電池は、一般的に、水素イオンを選択的に輸送する水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜と、その高分子電解質膜を挟持するようにその両面に配置された一対のガス拡散電極とを備えている。このガス拡散電極は、白金族金属触媒を担持した導電性カーボン粉末を主成分とする触媒層と、この触媒層の外側に形成され、通気性および電子導電性を併せ持った、例えば撥水処理が施されたカーボンペーパーなどからなるガス拡散層とから構成される。
【０００３】
上記のように、高分子電解質膜と、ガス拡散電極との接合体は、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：電解質膜−電極接合体）と呼ばれる。
【０００４】
ガス拡散電極の周縁には、高分子電解質膜を挟んでガスシール材およびガスケットが配設される。これにより、燃料電池内へ供給されるガスの外部へのリーク、および燃料ガスと酸化剤ガスとの混合が防止される。
【０００５】
ＭＥＡの外側には、これを機械的に固定するとともに、隣り合うＭＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性のセパレータが配設される。ＭＥＡと対向する側のセパレータの面には、ガス拡散電極に対して反応ガスを供給し、生成水、凝縮水、および余剰ガスを運び去るためのガス流路溝が形成される。また、セパレータの反対側の面には、ＭＥＡを適温にするための熱媒体流路溝が形成される。さらに、セパレータに形成されたガス流路溝へガスを供給し、且つ当該ガス流路溝からガスを排出するためのガス供給排出機構（マニホールド）と、同じく熱媒体流路溝へ熱媒体を供給し、且つ当該熱媒体流路溝から熱媒体を排出するための熱媒体供給排出溝（マニホールド）とが、ＭＥＡと対向する側のセパレータの面の外周側に形成される。
【０００６】
上記のように構成されたＭＥＡとセパレータとを交互に重ね、１０〜２００セル積層したＭＥＡ群を形成し、集電板および絶縁板を介してそのＭＥＡ群を端板で挟み、締結ボルトで両端から固定することにより、一般的な構造の積層電池が得られる。これはセルスタックと呼ばれる。
【０００７】
高分子電解質膜は、飽和状態で含水させることによって膜の比抵抗が小さくなり、水素イオン伝導性電解質として機能する。よって、燃料電池の稼働中は、高分子電解質膜からの水分の蒸発を防ぐために、燃料ガスおよび酸化剤ガスが加湿して供給される。また、電池発電が行われている間は、次の電気化学反応式にしたがって、反応生成物としての水がカソード側で生成される。
【０００８】
（アノード側）  Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−
（カソード側）  ２Ｈ＋  ＋  （１／２）Ｏ２  ＋  ２ｅ−  →  Ｈ２Ｏ
これらの加湿された燃料ガスおよび酸化剤ガス中の水、および反応生成水は、電解質膜を飽和状態に保つために使用される。そして、電解質膜に吸収されなかった余剰の水は、凝縮水および水蒸気として、余剰の燃料ガスおよび酸化剤ガスとともに、燃料電池の外部へ排出される。
【０００９】
ところで、燃料電池システムは、エネルギー効率を高めるために、負荷により出力を変動させる運転モードで使用するのが一般的である。そのため、低出力での運転の場合、供給されるガスの量が減少し、それに伴って凝縮水の排出力が低下することになる。この場合、凝縮水がガス拡散電極を閉塞し、ガスの供給不足により出力が不安定になる現象（フラッディング）が生じる。このフラッディングを如何に抑制するかということが問題となる。
【００１０】
フラッディングを抑制すべく、ガス拡散電極上の凝縮水を効率良く排出するために、セパレータに形成されたガス流路溝の側壁面に、ガスの流れ方向に対して交差する方向に、且つ、その一端がガス拡散面に望むように複数の排水溝部を形成し、その排水溝部に流路内で発生した凝縮水を吸収させる燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３４３３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記の従来の燃料電池の場合、セパレータのガス流路溝の側壁面（リブ部）に形成された排水溝部によって排水するため、ガス拡散電極におけるセパレータのリブ部に接している領域の排水は可能であるものの、このリブ部に接しておらず、ガス流路溝に曝されている領域の排水は不十分であった。特に、低出力運転のためにガス流速が遅くなった場合に、そのガス流路溝に曝されている領域における凝縮水の排出が困難となり、その結果、ガス拡散電極へのガスの供給不足を招き、出力が不安定になるという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、低出力運転のために、供給ガス量が減少し、その結果、ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水の排出力が低下する場合であっても、その凝縮水を効率良く排出することができる燃料電池用セパレータおよびその燃料電池用セパレータを備えた燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、本発明の燃料電池用セパレータは、水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜を一対のガス拡散電極で挟んでなる電解質膜−電極接合体に当接して設けられ、ガスを流通させるためのガス流路溝が前記ガス拡散電極と対向する側の面に形成された燃料電池用セパレータにおいて、前記ガス流路溝の底壁には、前記ガス拡散電極側に向かって延びる凸部が設けられており、前記凸部は、前記ガス拡散電極よりも高い親水性を有している。
【００１４】
このように構成することにより、低出力運転のようにガス流速が低下する場合であっても、ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水を容易に排出することができるため、フラッディングを回避することができる。
【００１５】
上記発明に係る燃料電池用セパレータにおいて、前記凸部は、吸水性を有していることが好ましい。例えば、当該凸部が、前記ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水を含む水分を、毛管現象により吸い上げ可能なように構成されていることが好ましい。これにより、ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水を確実に排出することが可能となる。
【００１６】
また、上記発明に係る燃料電池用セパレータにおいて、前記凸部は、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、電解質膜、または多孔質カーボンで構成されていることが好ましい。
【００１７】
また、上記発明に係る燃料電池用セパレータにおいて、前記凸部は、前記ガス流路溝のガスの通流方向の下流側に設けられていることが好ましい。これにより、ガスの通流方向の下流側で溜まりやすいガス拡散電極上の凝縮水を確実に排出することが可能となる。
【００１８】
本発明の燃料電池は、上記のように構成された本発明の燃料電池用セパレータを備える。このように構成することにより、フラッディングを十分に抑制することができる燃料電池を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、低出力運転のために、供給ガス量が減少し、その結果、ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水の排出力が低下する場合であっても、その凝縮水を効率良く排出することができるため、ガス拡散電極へのガス拡散が良好で安定した出力を実現することができる。
【００２０】
また、ガス拡散電極の撥水性が耐久劣化し、その表面の排水性が低下した場合においても、ガス拡散電極のガス流路溝に曝されている部分の凝縮水を効率良く除去することができ、耐久末期における安定出力を期待することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
［セルスタックの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るセパレータを備える燃料電池からなるセルスタックの構成を示す斜視図である。
【００２３】
図１に示すように、セルスタック１は、板状の全体構造を有する燃料電池（単セル）２がその厚み方向に積層されてなるセル積層体２０１と、このセル積層体２０１の両端に配置された端板（図示せず）と、セル積層体２０１およびそれらの端板を単セル２の積層方向において締結する締結用軸（図示せず）とを有している。この締結用軸は、セル積層体２０１の四隅に当該セル積層体２０１を積層方向に貫通するように形成された締結用軸孔１７に挿通される。なお、両端板には集電板および絶縁板がそれぞれ配設されているが、図示を省略している。板状の単セル２は、鉛直面に平行に延在しており、したがって、単セル２の積層方向は水平方向となっている。
【００２４】
セル積層体２０１の一方の側部（以下、第１の側部という）の上部には、セル積層体２０１を積層方向に貫通するように酸化剤ガス供給マニホールド１３が形成されている。また、セル積層体２０１の他方の側部（以下、第２の側部という）の下部には、該セル積層体１０５を積層方向に貫通するように酸化剤ガス排出マニホールド１６が形成されている。
【００２５】
セル積層体２０１の第２の側部の上部には、セル積層体２０１を積層方向に貫通するように燃料ガス供給マニホールド１２が形成されている。また、セル積層体２０１の第１の側部の下部には、セル積層体１０５を積層方向に貫通するように燃料ガス排出マニホールド１５が形成されている。
【００２６】
酸化剤ガス供給マニホールド１３の上方かつ内側には、セル積層体２０１を積層方向に貫通するように冷却流体供給マニホールド１１が形成されている。また、酸化剤ガス排出マニホールド１６の下方かつ内側には、セル積層体２０１を積層方向に貫通するように冷却流体排出マニホールド１４が形成されている。
【００２７】
［単セルの構成］
図２は、図１のII-II線矢視の方向から見た場合の本発明の実施の形態１に係るセパレータを備えた燃料電池（単セル）２の構成を示す断面図である。
【００２８】
図２に示すように、単セル２は、ＭＥＡ９と、そのＭＥＡ９に当接して設けられる一対の導電性のセパレータ１０Ａ，１０Ｂとを有している。
【００２９】
ＭＥＡ９は、高分子電解質膜３とその両面に積層して構成された一対のガス拡散電極６Ａ，６Ｂとを備えている。具体的には、ＭＥＡ９は、水素イオンを選択的に透過するイオン交換膜からなる高分子電解質膜３と、高分子電解質膜３の周縁部より内側の部分の両面に形成された一対のガス拡散電極６Ａ，６Ｂとを備えている。
【００３０】
ガス拡散電極６Ａ，６Ｂは、白金（Ｐｔ）系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする一対のアノード側触媒層４Ａ及びカソード側触媒層４Ｂと、この一対の触媒層４Ａ，４Ｂの外面に配設された一対のアノード側ガス拡散層５Ａ及びカソード側ガス拡散層５Ｂとを備えている。ここで、ガス拡散層５Ａ，５Ｂは、通気性と電子伝導性を併せ持つように多孔質構造を有している。これにより、アノード側触媒層４Ａおよびアノード側ガス拡散層５Ａで構成されるガス拡散電極６Ａがアノード電極として機能し、カソード側触媒層４Ｂおよびカソード側ガス拡散層５Ｂで構成されるガス拡散電極６Ｂがカソード電極として機能する。よって、以下では、ガス拡散電極６Ａをアノード電極６Ａと、ガス拡散電極６Ｂをカソード電極６Ｂとそれぞれ呼ぶことにする。
【００３１】
高分子電解質膜３には、パーフルオロスルホン酸からなる膜が好適である。例えば、ＤｕＰｏｎｔ社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜が用いられる。そして、ＭＥＡ５は、一般的には、高分子電解質膜３上に触媒層４Ａ，４Ｂ及びガス拡散層５Ａ，５Ｂを順次塗布、転写、ホットプレス等の方法により形成して製造される。または、このようにして製造されたＭＥＡ９の市販品を利用することもできる。
【００３２】
アノード電極６Ａおよびカソード電極６Ｂの周縁には、高分子電解質膜１を挟んでガスケット７が配設されている。
【００３３】
セパレータ１０Ａのアノード電極６Ａと対向する側の面には、アノード電極６Ａに対して燃料ガスを供給するための燃料ガス流路溝２１が形成されており、他方の面には、冷却流体の流路を構成する冷却流体流路溝２６が形成されている。
【００３４】
また、セパレータ１０Ｂのカソード電極６Ｂと対向する側の面には、カソード電極６Ｂに対して酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路溝３１が形成されており、他方の面には、冷却流体の流路を構成する冷却流体流路溝３６が形成されている。
【００３５】
単セル２を積層してなるセルスタック１においては、１つの単セル２のカソード側のセパレータ１０Ｂと、その単セル２と隣り合う単セル２のアノード側のセパレータ１０Ａとの間に、冷却流体流路溝２６および３６で構成される冷却部が形成されることになる。
【００３６】
アノード側のセパレータ１０Ａに形成された燃料ガス流路溝２１の底壁には、アノード電極６Ａ側に向かって延びる凸部２０Ａが設けられている。同様にして、カソード側のセパレータ１０Ｂに形成された燃料ガス流路溝３１の底壁には、カソード電極６Ｂ側に向かって延びる凸部２０Ｂが設けられている。
【００３７】
ここで、凸部２０Ａおよび２０Ｂは、アノード電極６Ａおよびカソード電極６Ｂの表面に発生する液滴の大きさに応じて、その高さが設定される。具体的には、ガス拡散電極の表面に発生する液滴の大きさは、燃料電池のスペックおよび使用状況などによって異なるが、それらに基づいて推定される大きさの液滴がガス拡散電極の表面に発生した場合に、その液滴に触れる程度の高さを凸部２０Ａおよび２０Ｂが有している。このように構成することによって、後述するように、ガス拡散電極の表面に発生した液滴が、凸部２０Ａおよび２０Ｂを伝って流れるようになる。
【００３８】
これらの凸部２０Ａおよび２０Ｂは、親水性を有している。ここで、凸部２０Ａおよび２０Ｂが親水性を有しているということは、凸部２０Ａおよび２０Ｂと水との接触角が９０度以下であることを意味している。
【００３９】
凸部２０Ａおよび２０Ｂは、具体的には、コロナ放電表面処理が施されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムで構成されている。なお、表面処理としては、コロナ放電によるもの以外にも、例えばプラズマ放電またはＵＶ光によるものであってもよい。
【００４０】
凸部２０Ａおよび２０Ｂは、アノード電極６Ａおよびカソード電極６Ｂと比べて、高い親水性を有している。アノード電極６Ａおよびカソード電極６Ｂの親水性は、発電に伴って変わりうるものであるが、凸部２０Ａおよび２０Ｂの親水性が、アノード電極６Ａおよびカソード電極６Ｂの親水性よりも高いという状態は、常に保たれる。
【００４１】
［セパレータの詳細な構成］
図３は、本発明の実施の形態１に係るセパレータの構成を示す平面図であり、（ａ）はアノード側のセパレータ１０Ａの構成を示す平面図、（ｂ）はカソード側のセパレータ１０Ｂの構成を示す平面図である。また、図４は、図３（ｂ）における領域５０を拡大して示す斜視図である。
【００４２】
図３（ａ）および（ｂ）に示すように、セパレータ１０Ａおよび１０Ｂには、上述した冷却流体供給マニホールド１１、燃料ガス供給マニホールド１２、酸化剤ガス供給マニホールド１３、冷却流体排出マニホールド１４、燃料ガス排出マニホールド１５、酸化剤ガス排出マニホールド１６、および締結用軸孔１７をそれぞれ構成する、冷却流体供給マニホールド孔４１、燃料ガス供給マニホールド孔４２、酸化剤ガス供給マニホールド孔４３、冷却流体排出マニホールド孔４４、燃料ガス排出マニホールド孔４５、酸化剤ガス排出マニホールド孔４６、および軸孔４７が形成されている。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、セパレータ１０Ａは、アノード電極と対向する側の主面に、燃料ガス流路溝２１が形成されている。この燃料ガス流路溝２１は、燃料ガス供給マニホールド孔４２から燃料ガス排出マニホールド孔４５に至るように、サーペンタイン状に形成されている。
【００４４】
また、図３（ｂ）に示すように、セパレータ１０Ｂは、カソード電極と対向する側の主面に、酸化剤ガス流路溝３１が形成されている。この酸化剤ガス流路溝３１は、酸化剤ガス供給マニホールド孔４３から酸化剤ガス排出マニホールド孔４６に至るように、サーペンタイン状に形成されている。
【００４５】
上述したとおり、燃料ガス流路溝２１には凸部２０Ａが、酸化剤ガス流路溝３１には凸部２０Ｂがそれぞれ形成されている。そして、図４にも示すように、これらの凸部２０Ａおよび２０Ｂは、燃料ガス流路溝２１および酸化剤ガス流路溝３１の底壁の幅方向の略中央位置から、ガス拡散電極側に向かう方向へ延びるように設けられている。
【００４６】
［凝縮水の排出］
以上のように構成された本発明の燃料電池の場合、ガス拡散電極上の凝縮水を効率良く排出することが可能となる。この点について、ガス流路溝に凸部が設けられていない従来の燃料電池と比較しながら説明する。
【００４７】
図５は、ガス拡散電極上の凝縮水の挙動を示す説明図であって、（ａ）は従来の燃料電池の場合における凝縮水の挙動を示す概念図、（ｂ）は本発明の燃料電池の場合における凝縮水の挙動を示す概念図である。なお、この図５（ａ）では、ガス拡散電極を構成するガス拡散層、およびそのガス拡散電極に当接して設けられるセパレータのみを示している。また、図５（ｂ）では、上述したアノード電極を構成するガス拡散層５Ａ、およびそのアノード電極に当接して設けられるアノード側のセパレータ１０Ａのみを示している。
【００４８】
図５（ａ）に示すように、従来の燃料電池の場合、セパレータ７１には、一方の主面にガス流路溝７２が、他方の主面に冷却流体流路溝７３がそれぞれ形成されている。このガス流路溝７２には、本発明の場合と異なり、凸部は設けられていない。
【００４９】
このように構成された従来の燃料電池において、ガス流速が低下する低出力運転を行う場合、ガス拡散電極を構成するガス拡散層７０の表面に発生した凝縮水の液滴６０の除去が十分ではなく、凝縮水がガス拡散電極を閉塞し易くなる。その結果、低出力運転においては安定した出力を得ることができない。
【００５０】
他方、図５（ｂ）に示すように、本発明の燃料電池の場合、セパレータ１０Ａに形成された燃料ガス流路溝２１には、アノード電極に向けて延びる凸部２０Ａが設けられており、このことにより、アノード電極上の凝縮水を容易に排出することができる。すなわち、アノード電極を構成するガス拡散層５Ａの表面に発生した凝縮水の液滴６０は、ガス拡散層５Ａよりも親水性の高い凸部２０Ａを伝って、燃料ガス流路２１の底壁側へ移動し、排出されることになる。したがって、低出力運転のためにガス流速が低下する場合であっても、ガス拡散電極上の凝縮水を十分に排出することができるため、フラッディングを起こすことなく、安定した出力を得ることができる。
【００５１】
また、カソード側のセパレータ１０Ｂにおいても、同様にして、酸化剤ガス流路溝３１の底壁に設けられた凸部２０Ｂによって、ガス拡散電極上の凝縮水を排出することができることは言うまでもない。
【００５２】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係るセパレータを備えた燃料電池の構成を示す断面図である。なお、セパレータに形成されたガス流路溝の底壁に設けられる凸部以外の構成については、実施の形態１の場合と同様であるので、同一符号を付して、説明を省略する。
【００５３】
図６に示すように、アノード側のセパレータ１０Ａに形成された燃料ガス流路溝２１の底壁には、アノード電極６Ａ側に向かって延びる凸部２０Ｃが設けられている。この凸部２０Ｃは、実施の形態１における凸部２０Ａと異なり、燃料ガス流路溝２１の一方の側壁に接するように配設されている。
【００５４】
また、同様にして、カソード側のセパレータ１０Ｂに形成された酸化剤ガス流路溝３１の底壁には、カソード電極６Ｂ側に向かって延びる凸部２０Ｄが設けられており、この凸部２０Ｄは、酸化剤ガス流路溝３１の一方の側壁に接するように配設されている。
【００５５】
このように、セパレータに形成されたガス流路溝の底壁に設けられる凸部が、実施の形態１の場合のように当該ガス流路溝の幅方向の略中央位置ではなく、それ以外の位置からガス拡散電極側に向かって延びるように設けられたとしても、実施の形態１の場合と同様にしてガス拡散電極上の凝縮水の排出力を向上させることができる。
【００５６】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係るセパレータを備えた燃料電池の構成を示す断面図である。なお、セパレータに形成されたガス流路溝の底壁に設けられた凸部以外の構成については、実施の形態１の場合と同様であるので、同一符号を付して、説明を省略する。
【００５７】
図７に示すように、アノード側のセパレータ１０Ａに形成された燃料ガス流路溝２１には、アノード電極６Ａ側に向かって延びる凸部２０Ｅが設けられており、また、カソード側のセパレータ１０Ｂに形成された酸化剤ガス流路溝３１には、カソード電極６Ｂ側に向かって延びる凸部２０Ｆが設けられている。
【００５８】
ここで、これらの凸部２０Ｅおよび２０Ｆのそれぞれは、積層された複数の単セル２が締結用軸によって固定されるまでは、燃料ガス流路溝２１および酸化剤ガス流路溝３１には固定されていない。そして、積層された複数の単セル２が締結用軸によって固定されるときに、アノード電極６Ａを構成するガス拡散層５Ａおよびカソード電極６Ｂを構成するガス拡散層５Ｂのそれぞれが、燃料ガス流路溝２１および酸化剤ガス流路溝３１内に垂れ込み、その結果、図７に示すように、凸部２０Ｅおよび２０Ｆのそれぞれが、燃料ガス流路溝２１および酸化剤ガス流路溝３１に固定されることになる。
【００５９】
このように、セパレータに形成されたガス流路溝の底壁に設けられる凸部は、必ずしもセパレータと一体化しておく必要はなく、積層された複数の単セル２が固定されるときに、ガス流路溝に固定されるように構成されていてもよい。
【００６０】
（実施の形態４）
図８は、本発明の実施の形態４に係るセパレータの構成を示す平面図であり、（ａ）はアノード側のセパレータ１０Ａの構成を示す平面図、（ｂ）はカソード側のセパレータ１０Ｂの構成を示す平面図である。なお、セパレータに形成されたガス流路溝の底壁に設けられた凸部以外の構成については、実施の形態１の場合と同様であるので、同一符号を付して、説明を省略する。
【００６１】
実施の形態１の場合、図３（ａ）および（ｂ）などに示すように、凸部２０Ａおよび２０Ｂが、ガスの通流方向の上流から下流まで略全域にわたって、燃料ガス流路溝２１および酸化剤ガス流路溝３１の底壁に設けられている。
【００６２】
これに対し、実施の形態４においては、図８（ａ）および（ｂ）などに示すように、凸部２０Ａおよび２０Ｂが、ガスの通流方向の下流側にのみ設けられている。ここで、ガスの通流方向の下流側とは、サーペンタイン状に形成されたガス流路溝の略中間地点から下流側の領域を意味する。
【００６３】
ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水の排水が十分ではない場合、ガスの通流方向の下流側で凝縮水が溜まり易くなる。そのため、凝縮水の排出を促す凸部２０Ａおよび２０Ｂは、本実施の形態のように、ガス流路溝のガスの通流方向の下流側に設けられていることが望ましい。
【００６４】
なお、このようにガス流路溝のガスの通流方向の下流側に凸部を設ける構成以外にも、例えば、凸部の大きさおよび／または材質などを上流側と下流側とで異ならせるような構成であってもよい。
【００６５】
（その他の実施の形態）
上述したように、実施の形態１では、セパレータに形成されたガス流路溝の底壁に設けられる凸部は、コロナ放電表面処理が施されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムで構成されている。しかし、本発明はこれに限定されるわけではなく、その他の材質から当該凸部を構成することが可能である。
【００６６】
例えば、同様にして表面処理がなされたナイロン、電解質膜、または多孔質カーボンなどで凸部を構成するようにしてもよい。
【００６７】
ここで、他の材質と比べて含水率が高い電解質膜を用いて凸部を構成した場合、当該電解質膜に水分が含まれ、その水分が、セパレータのガス流路溝内に放出されることによって、当該ガス流路溝が高湿状態となり、その結果、ＭＥＡの乾燥が防止される。なお、上述したように、ガスの通流方向の下流側は上流側と比べて凝縮水が溜まり易い、換言すれば、ガスの通流方向の上流側は下流側と比べて乾燥し易い傾向にある。したがって、電解質膜を用いて凸部を構成する場合は、その凸部を、ガスの通流方向の上流側に設けることが好ましい。
【００６８】
また、この凸部が吸水性を有している場合、ガス拡散電極の表面で発生した凝縮水を確実に排出することができるようになる。そのため、凸部は、吸水性を有していることが好ましい。具体的な構成としては、凸部が、部材自体が水を吸うようなもので構成されていたり、毛管現象により水を吸い上げ可能なように構成されていたりすることが挙げられる。
【００６９】
なお、凸部を構成する部材が膨潤するものである場合、ガス流路溝における流路抵抗を大きくする原因となり得る。そのため、できる限り膨潤しないものであることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の燃料電池用セパレータおよび燃料電池は、ガス拡散電極上の凝縮水を効率良く排出することにより、特に低出力運転の際の出力安定性に優れており、家庭用コージェネレーションシステム、自動二輪車、電気自動車、およびハイブリッド電気自動車などに用いられる燃料電池用セパレータおよび燃料電池として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るセパレータを備える燃料電池からなるセルスタックの構成を示す斜視図である。
【図２】図１のII-II線矢視の方向から見た場合の本発明の実施の形態１に係るセパレータを備えた燃料電池（単セル）の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るセパレータの構成を示す平面図であり、（ａ）はアノード側のセパレータの構成を示す平面図、（ｂ）はカソード側のセパレータの構成を示す平面図である。
【図４】図３（ｂ）において特定した領域を拡大して示す斜視図である。
【図５】ガス拡散電極上の凝縮水の挙動を示す説明図であって、（ａ）は従来の燃料電池の場合における凝縮水の挙動を示す概念図、（ｂ）は本発明の燃料電池の場合における凝縮水の挙動を示す概念図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るセパレータを備えた燃料電池の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るセパレータを備えた燃料電池の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係るセパレータの構成を示す平面図であり、（ａ）はアノード側のセパレータの構成を示す平面図、（ｂ）はカソード側のセパレータの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１    セルスタック
２    燃料電池（単セル）
３    高分子電解質膜
４Ａ，４Ｂ  触媒層
５Ａ，５Ｂ  ガス拡散層
６Ａ，６Ｂ  ガス拡散電極
７    ガスケット
９    ＭＥＡ
１０Ａ，１０Ｂ  セパレータ
２０Ａ〜２０Ｆ  凸部
２１    燃料ガス流路溝
３１    酸化剤ガス流路溝
４１    冷却流体供給マニホールド孔
４２    燃料ガス供給マニホールド孔
４３    酸化剤ガス供給マニホールド孔
４４    冷却流体排出マニホールド孔
４５    燃料ガス排出マニホールド孔
４６    酸化剤ガス排出マニホールド孔
４７    軸孔
２０１  セル積層体
【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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