(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体連通可能な流路が両面に形成され、
前記両面のうち、一面は疎水性処理され、他面は親水性処理され、
前記両面のうち疎水性処理された一面において液体表面と固体表面との間に形成される接触角は、６０゜〜１３５゜に維持され、
前記両面のうち親水性処理された他面に形成された液体表面と固体表面との間に形成される接触角は、６０゜未満に維持され、
前記疎水性処理された一面には、水素含有燃料を供給するための燃料供給流路が形成され、
前記親水性処理された他面には、酸素を供給するための酸素供給流路が形成され、
前記両面のうち前記一面には、疎水性特性を有する物質が塗布され、
前記他面には、親水性特性を有する物質が塗布され、
前記疎水性特性を有する物質は、フェノール系またはエポキシ系化合物であり、
前記親水性特性を有する物質は、アクリル系化合物であることを特徴とする、バイポーラプレート。
【請求項２】
高分子膜と、前記高分子膜の両側にそれぞれ配置されたアノード電極とカソード電極と、からなる膜電極アセンブリと；
前記アノード電極に対向する一面は、疎水性処理され、前記カソード電極に対向する他面は、親水性処理されたバイポーラプレートと；
を備え、
前記バイポーラプレートは、
前記両面のうち疎水性処理された一面において液体表面と固体表面との間に形成される接触角は、６０゜〜１３５゜に維持され、
前記両面のうち親水性処理された他面に形成された液体表面と固体表面との間に形成される接触角は、６０゜未満に維持され、
前記疎水性処理された一面には、水素含有燃料を供給するための燃料供給流路が形成され、
前記親水性処理された他面には、酸素を供給するための酸素供給流路が形成され、
前記バイポーラプレートの前記一面には、疎水性特性を有する物質が塗布され、
前記バイポーラプレートの前記他面には、親水性特性を有する物質が塗布され、
前記疎水性特性を有する物質は、フェノール系またはエポキシ系化合物であり、
前記親水性特性を有する物質は、アクリル系化合物であることを特徴とする、単位電池。
【請求項３】
水素と酸素との化学反応によって電気を生成する電気発電部を有するスタックと；
前記スタックに水素含有燃料を供給する燃料供給部と；
前記スタックに酸素を供給する酸素供給部と；
を含み、
前記電気発電部は、流体連通可能な流路が形成された両面のうち一面を疎水性処理され、他面を親水性処理されたバイポーラプレートを含み、
前記バイポーラプレートは、
前記両面のうち疎水性処理された一面において液体表面と固体表面との間に形成される接触角は、６０゜〜１３５゜に維持され、
前記両面のうち親水性処理された他面に形成された液体表面と固体表面との間に形成される接触角は、６０゜未満に維持され、
前記疎水性処理された一面には、水素含有燃料を供給するための燃料供給流路が形成され、
前記親水性処理された他面には、酸素を供給するための酸素供給流路が形成され、
前記一面には、疎水性特性を有する物質が塗布され、
前記他面には、親水性特性を有する物質が塗布され、
前記疎水性特性を有する物質は、フェノール系またはエポキシ系化合物であり、
前記親水性特性を有する物質は、アクリル系化合物であることを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項４】
前記電気発電部は、高分子膜と、前記高分子膜の両側にそれぞれ配置されたアノード電極とカソード電極と、からなる膜電極アセンブリをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記アノード電極は、前記バイポーラプレートの前記一面に対向し、
前記カソード電極は、前記バイポーラプレートの前記他面に対向したことを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイポーラプレート、これを備えた単位電池及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、燃料電池システムは、水素と酸素との化学反応を電気エネルギーに変換する発電装置である。この燃料電池システムは、電力需要の増加に伴い電源確保が困難であるという問題と日増しに増加する地球環境問題とを解決することができる、従来の発電システムの代案として研究開発されている。一般的に、水素は、メタノール、エタノールなどのアルコール系燃料や、メタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素系燃料または液化天然ガスなどの天然ガス系燃料や、水素のような水素含有燃料などから得られる。
【０００３】
燃料電池システムは、使用される電解質の種類に応じて、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ：ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ  ａｃｉｄ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ：ｍｏｌｔｅｎ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：ｓｏｌｉｄ  ｏｘｉｄｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）、高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ：ｐｏｌｙｍｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）、アルカリ型燃料電池（ＡＦＣ：ａｌｋａｌｉｎｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）及び直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）などに分類される。また、燃料電池システムは、その種類に応じ、使用する燃料の種類とともに、作動温度、出力範囲などに応じて、移動電源用、輸送用、分散発電用などの多様な応用分野に適用できる。
【０００４】
高分子電解質型燃料電池と直接メタノール型燃料電池は、移動電源用として広く研究されている。このような燃料電池は、基本的に電気を生成するための単位電池が複数個積層されているスタックを有する。スタックの基本構造は、エンドプレート間に積層されている複数個の単位電池がボルトとナットとによって締結された構造からなる。単位電池は、膜電極アセンブリ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）と、セパレータとからなる。また、ＭＥＡは、電解質膜と、電解質膜の一面に配置されたアノード電極と、電解質膜の他面に配置されたカソード電極とを含む。また、セパレータは、ＭＥＡの両側にそれぞれ位置し、流体流動用チャネル（流路）が形成されている。また、セパレータは、例えば、バイポーラプレートで形成される。
【０００５】
バイポーラプレートは、アノード電極に水素含有燃料を供給し、カソード電極に酸素を供給しながら、アノード電極とカソード電極でそれぞれ生成される二酸化炭素と水を外部に排出させる。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１４４３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の燃料電池システムに備えられたバイポーラプレートによれば、水と二酸化炭素とを円滑に排出できない場合、燃料電池システムの発電効率が低下するという問題点がある。しかし、バイポーラプレートの排出機能を向上させるための研究は、活発に行なわれていなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、アノード電極とカソード電極でそれぞれ生成される二酸化炭素と水の効果的な排出が可能な、新規かつ改良されたバイポーラプレート、これを備えた単位電池及び燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、流体連通可能な流路が両面に形成され、両面のうち、一面は疎水性処理され、他面は親水性処理されたことを特徴とする、バイポーラプレートが提供される。
【００１０】
かかる構成によれば、バイポーラプレートの一面を疎水性処理することにより、水素含有燃料をアノード電極の気体拡散層に容易に移動させることができ、副生成物として生成される二酸化炭素を容易に排出することができる。また、バイポーラプレートの他面を親水性処理することにより、カソード電極で副生成物として生成される水をカソード電極からバイポーラプレートの他面に容易に移動することができ、容易に外部に排出することができる。
【００１１】
また、両面のうち一面には、疎水性特性を有する物質が塗布され、他面には、親水性特性を有する物質が塗布されてもよい。かかる構成によれば、バイポーラプレートの一面を適切に疎水性処理することができ、他面を適切に親水性処理することができる。
【００１２】
また、疎水性特性を有する物質は、フェノール系またはエポキシ系化合物であり、親水性特性を有する物質は、アクリル系化合物であってもよい。かかる構成によれば、バイポーラプレートの各面は、効果的な疎水性特性及び親水性特性を有することができる。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、高分子膜と、高分子膜の両側にそれぞれ配置されたアノード電極とカソード電極と、からなる膜電極アセンブリと、アノード電極に対向する一面は、疎水性処理され、カソード電極に対向する他面は、親水性処理されたバイポーラプレートと、を含むことを特徴とする、単位電池が提供される。
【００１４】
かかる構成によれば、バイポーラプレートの一面を疎水性処理することにより、水素含有燃料をアノード電極の気体拡散層に容易に移動させることができ、副生成物として生成される二酸化炭素を容易に排出することができる。また、バイポーラプレートの他面を親水性処理することにより、カソード電極で副生成物として生成される水をカソード電極からバイポーラプレートの他面に容易に移動することができ、容易に外部に排出することができる。
【００１５】
また、バイポーラプレートの一面には、疎水性特性を有する物質が塗布され、バイポーラプレートの他面には、親水性特性を有する物質が塗布されてもよい。かかる構成によれば、バイポーラプレートの一面を適切に疎水性処理することができ、他面を適切に親水性処理することができる。
【００１６】
また、疎水性特性を有する物質は、フェノール系またはエポキシ系化合物であり、親水性特性を有する物質は、アクリル系化合物であってもよい。かかる構成によれば、バイポーラプレートの各面は、効果的な疎水性特性及び親水性特性を有することができる。
【００１７】
また、バイポーラプレートの一面には、アノード電極に水素含有燃料を供給する燃料供給流路が形成され、バイポーラプレートの他面には、カソード電極に酸素を供給する酸素供給流路が形成されてもよい。かかる構成により、アノード電極に水素含有燃料を適切に供給することができ、副生成物の二酸化炭素を適切に排出することができる。また、カソード電極に酸素を適切に供給することができ、副生成物の水を適切に排出することができる。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、水素と酸素との化学反応によって電気を生成する電気発電部を有するスタックと、スタックに水素含有燃料を供給する燃料供給部と、スタックに酸素を供給する酸素供給部と、を含み、電気発電部は、流体連通可能な流路が形成された両面のうち一面を疎水性処理され、他面を親水性処理されたバイポーラプレートを含むことを特徴とする、燃料電池システムが提供される。
【００１９】
かかる構成によれば、バイポーラプレートの一面を疎水性処理することにより、水素含有燃料をアノード電極の気体拡散層に容易に移動させることができ、副生成物として生成される二酸化炭素を容易に排出することができる。また、バイポーラプレートの他面を親水性処理することにより、カソード電極で副生成物として生成される水をカソード電極からバイポーラプレートの他面に容易に移動することができ、容易に外部に排出することができる。
【００２０】
また、流路は、水素含有燃料が供給可能に流動する燃料供給流路と、酸素が供給可能に流動する酸素供給流路と、を含んでもよい。かかる構成により、アノード電極に水素含有燃料を適切に供給することができ、副生成物の二酸化炭素を適切に排出することができる。また、カソード電極に酸素を適切に供給することができ、副生成物の水を適切に排出することができる。
【００２１】
また、燃料供給流路が形成された一面は、疎水性処理され、酸素供給流路が形成された他面は、親水性処理されてもよい。かかる構成によれば、バイポーラプレートの一面を疎水性処理することにより、水素含有燃料をアノード電極の気体拡散層に容易に移動させることができ、副生成物として生成される二酸化炭素を容易に排出することができる。また、バイポーラプレートの他面を親水性処理することにより、カソード電極で副生成物として生成される水をカソード電極からバイポーラプレートの他面に容易に移動することができ、容易に外部に排出することができる。
【００２２】
また、一面には、疎水性特性を有する物質が塗布され、他面には、親水性特性を有する物質が塗布されてもよい。かる構成によれば、バイポーラプレートの一面を適切に疎水性処理することができ、他面を適切に親水性処理することができる。
【００２３】
また、疎水性特性を有する物質は、フェノール系またはエポキシ系化合物であり、親水性特性を有する物質は、アクリル系化合物であってもよい。かかる構成によれば、バイポーラプレートの各面は、効果的な疎水性特性及び親水性特性を有することができる。
【００２４】
また、電気発電部は、高分子膜と、高分子膜の両側にそれぞれ配置されたアノード電極とカソード電極と、からなる膜電極アセンブリをさらに含んでもよい。かかる構成により、化学反応により電気を生成することができる。
【００２５】
また、アノード電極は、バイポーラプレートの一面に対向し、カソード電極は、バイポーラプレートの他面に対向してもよい。
【００２６】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、流体連通可能な流路が両面に形成され、両面それぞれが有する、液体表面と個体表面との間に形成される接触角は、相異なることを特徴とする、バイポーラプレートが提供される。
【００２７】
また、両面のうち１つの表面に形成された接触角は、６０゜〜１３５゜程度に維持され、他の１つの表面に形成された接触角は、６０゜未満に維持されてもよい。
【００２８】
また、１つの表面には、水素含有燃料を供給するための燃料供給流路が形成され、他の１つの表面には、酸素を供給するための酸素供給流路が形成されてもよい。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、アノード電極とカソード電極でそれぞれ生成される二酸化炭素と水を効果的に排出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３１】
以下において、本発明の実施形態にかかるバイポーラプレート、これを備えた単位電池及び燃料電池システムについて、詳しく説明する。また、本発明の実施形態にかかるバイポーラプレートは、アノード電極に対向する一面を疎水性処理され、カソード電極に対向する他面を親水性処理されていることを１つの特徴とする。この特徴を有するバイポーラプレートについても、以下で詳しく説明する。
【００３２】
まず、図１を参照して、本発明の実施形態にかかる燃料電池システムの概要を説明する。図１は、本実施形態にかかるバイポーラプレートを含むスタックを有する燃料電池システムの構成を示す図面である。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態にかかる燃料電池システムは、１つ以上の単位電池が積層されているスタック１０と、スタック１０に水素含有燃料を供給する燃料供給部２０と、スタック１０に酸素を供給する酸素供給部３０とを有する。
【００３４】
ここにおいて、水素含有燃料は、例えば、メタノール、エタノールなどのアルコール系燃料や、メタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素系燃料や、液化天然ガスなどの天然ガス系燃料のような原燃料や、または水素のような燃料などを意味する。このような水素は、原燃料を改質することにより生成されてもよい。したがって、燃料供給部２０は、メタノール、エタノールなどのアルコール系燃料や、メタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素系燃料や、液化天然ガスなどの天然ガス系燃料のような原燃料などを貯蔵する燃料貯蔵部（図示せず）のみで構成されてもよい。また、燃料供給部２０は、燃料貯蔵部以外にも、原燃料を水素に改質するための改質器（図示せず）を含んでもよい。
【００３５】
次に、図２を参照して、本実施形態にかかるバイポーラプレートを含むスタックの構成について説明する。図２は、本実施形態にかかるバイポーラプレートを含むスタックの構成を示す図面である。
【００３６】
図２に示すように、スタック１０は、高分子膜１２ａと、高分子膜１２ａの一側に配置されたアノード電極１２ｂと、高分子膜１２ａの他側に配置されたカソード電極１２ｃとからなる膜電極アセンブリ１２（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を有する。膜電極アセンブリ１２において、各電極は、カーボン紙のような多孔性支持体上に触媒物質を塗布することにより製造される。また、各電極のうち、アノード電極１２ｂは、水素含有燃料に含有された水素ガスを酸化させて、水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とを発生させ、このような酸化過程の副生成物として生成される二酸化炭素を外部に排出させる。また、カソード電極１２ｃは、アノード電極１２ｂから高分子膜１２ａを介して移動することで供給される水素イオンと酸素供給部３０から供給された酸素との化学反応を行い、このような化学反応の結果生成される水を外部に排出させる。また、スタック１０は、一般に複数の膜電極アセンブリ１２を有する。
【００３７】
また、スタック１０は、バイポーラプレート１４を含む。バイポーラプレート１４は、隣接する膜電極アセンブリ１２の間のそれぞれに、膜電極アセンブリ１２に対して対向する状態で配置される。また、バイポーラプレート１４は、水素を膜電極アセンブリ１２のアノード電極１２ｂに供給し、酸素を膜電極アセンブリ１２のカソード電極１２ｃに供給する。この時、スタック１０は、膜電極アセンブリ１２とその両側に位置するバイポーラプレート１４とで構成された単位電池１１ａ〜１１ｎを複数個備える。また、単位電池１１ａ〜１１ｎを、電気発生部１１と呼ぶ。
【００３８】
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態にかかるバイポーラプレートの構成について、詳細に説明する。図３は、本実施形態にかかるバイポーラプレートの一部を示す断面図である。図４は、本実施形態にかかるバイポーラプレートと膜電極アセンブリとからなる単位電池の一部を示す断面図である。
【００３９】
図３及び図４に示すように、隣接する膜電極アセンブリ１２の間に介在されたバイポーラプレート１４において、プレート本体１４ａの一面（下面）には、水素含有燃料を供給する燃料供給流路Ａが形成され、プレート本体１４ａの他面（上面）には、酸素を供給する酸素供給流路Ｂが形成される。
【００４０】
本実施形態によると、バイポーラプレート１４の一面は、疎水性特性を有するように表面処理された疎水性表面２４を有する。また、本実施形態によると、バイポーラプレート１４の他面は、親水性特性を有するように表面処理された親水性表面２２を有する。この時、疎水性表面２４は、例えば、フェノール系またはエポキシ系化合物のような疎水性特性を有する物質を被覆させることにより、形成されてもよい。一方、バイポーラプレート１４の他面は、親水性特性を有するように表面処理された親水性表面２２を有する。この時、親水性表面２２は、例えば、アクリル系化合物のような親水性特性を有する物質を被覆することにより、形成されてもよい。しかし、これらの表面処理は、被覆処理に限るものではない。
【００４１】
また、疎水性表面２４は、プレート本体１４ａの一面に形成されている燃料供給流路Ａの内部にも形成され、親水性表面２２は、プレート本体１４ａの他面に形成されている酸素供給流路Ｂの内部にも形成せられる。
【００４２】
一般的に、疎水性特性は、液体、特に水との親和性がない特性を意味し、親水性特性は、液体、特に水との親和性がある特性を意味する。また、一般的に、液体が固体表面上で熱力学的な平衡状態であるとき、液体表面と固体表面との間には、図５に示すように、所定の角度、すなわち、接触角（θ：ａｎｇｌｅ  ｏｆ  ｃｏｎｔａｃｔ）が形成される。このとき、本実施形態において、疎水性特性は、接触角θを約６０°〜１３５°程度に維持できることを意味し、親水性特性は、接触角θを約６０°未満程度に維持できることを意味する。ただし、図５は、親水性と疎水性の概念を示す概念図である（図５は、疎水性を概念的に表す）。また、図５において、液体表面を略楕円で表し、固体表面を水平方向の略線分で表した。ここで、固体表面とは、プレート本体１４ａの一面と、プレート本体１４ａの他面と、燃料供給流路Ａの表面と、酸素供給流路Ｂの表面とのうちいずれか１つを表す。この固体表面を、図５においては、水平方向の略線分として表した。また、ここで、液体とは、水を意味し、液体表面とは、当該固体表面に水が付着し水滴を成したとき、水滴と固体表面との接点における水滴表面の接線（接面）のことを表す。そして、接触角θとは、この接線と、水滴と固体表面との間の接触面（固体表面）との、間の角度を意味する。なお、図５においては、当該接触角θを判りやすくするために、水滴表面の接線は、概略的に示している。
【００４３】
すなわち、アノード電極１２ｂに対向するバイポーラプレート１４の一面と、この一面に形成された燃料供給流路Ａの内面とは、疎水性表面２４を有するので、疎水性特性を有し、これらの面における接触角θは、約６０°〜１３５°程度に維持される。また、カソード電極１２ｃに対向するバイポーラプレート１４の他面と、この他面に形成された酸素供給流路Ｂの内面とは、親水性表面２２を有し、これらの面における接触角θは、６０°未満に維持される。
【００４４】
結果として、下記に述べるように、水素含有燃料、特にメタノールは、疎水性表面２４が形成された燃料供給流路Ａでバイポーラプレート１４の一面からアノード電極１２ｂ側に容易に移動できる。また、水は、親水性表面２２が形成されている酸素供給流路Ｂでカソード電極１２ｃからバイポーラプレート１４の他面側に容易に移動できる。
【００４５】
図４に詳しく示すように、アノード電極１２ｂとカソード電極１２ｃとそれぞれの外部面には、水素含有燃料と酸素をそれぞれ供給するためのバイポーラプレート１４が対向する状態で配置される。アノード電極１２ｂに対向するプレート本体１４ａの一面には、水素含有燃料を流動させる燃料供給流路Ａが、形成される。また、カソード電極１２ｃに対向するプレート本体１４ａの他面には、空気中の酸素が流入する酸素供給流路Ｂが形成される。
【００４６】
プレート本体１４ａの一面に対向する状態で配置されたアノード電極１２ｂには、一面に形成された燃料供給流路Ａを介して水素含有燃料が供給される。また、アノード電極１２ｂは、触媒層と気体拡散層（ＧＤＬ；ｇａｓ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）とを有する。この触媒層は、供給された水素含有燃料を酸化反応によって水素イオンと電子とに変換させる。また、この気体拡散層は、水素含有燃料を触媒層に均一に分散するように作用しながら、二酸化炭素を外部に排出させる。同様に、プレート本体１４ａの他面に対向する状態で提供されるカソード電極１２ｃには、他面に形成された酸素供給流路Ｂを介して酸素が供給される。また、カソード電極１２ｃは、触媒層と気体拡散層とを有する。この触媒層は、酸素と水素イオンとを化学的に反応させる。また、この気体拡散層は、酸素を触媒層に均一に分散するように作用しながら、化学反応によって生成される水を外部に排出させる。
【００４７】
この時、プレート本体１４ａの一面には疎水性表面２４が形成されているため、燃料供給流路Ａに位置する水素含有燃料は、アノード電極１２ｂの気体拡散層に容易に移動することができる。よって、アノード電極１２ｂで副生成物として生成される二酸化炭素は、燃料供給流路Ａを介して容易に排出されうる。また、プレート本体１４ａの他面には親水性表面２２が形成されているため、カソード電極１２ｃで副生成物として生成される水は、カソード電極１２ｃからプレート本体１４ａの他面側に容易に移動することができ、容易に外部に排出される。
【００４８】
そして、電解質膜としての高分子膜１２ａは、アノード電極１２ｂの触媒層で発生した水素イオンをカソード電極１２ｃの触媒層に伝達するイオン交換の機能を有する。また、同時に、高分子膜１２ａは、伝導性高分子電解質膜であり、水素含有燃料の透過を防止する機能を有する。また、高分子膜１２ａは、約５０〜２００μｍ程度の厚さを有する。このような高分子膜１２ａとしては、例えば、ペルフルオロスルホネート樹脂（Ｎａｆｉｏｎ）で製造された過フッ化フッ素酸樹脂膜、多孔性ポリテトラフルオロエチレン薄膜支持体に過フッ化スルホン酸（ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ）などの樹脂溶液がコーティングされている膜、多孔性の非伝導性高分子支持体に陽イオン交換樹脂及び無機シリケートが被覆されている膜などが使用されてもよい。
【００４９】
また、スタック１０は、電気発生部１１の両端に提供されたエンドプレート１８を有する。スタック１０の一側に配置されたエンドプレート１８には、これに限るものではないが、水素含有燃料を流入する燃料流入部と、スタック１０内部の単位電池１１ａ〜１１ｎで生成されるＤＣ電気を外部に給電するための出力端子とが配置されてもよい。スタック１０の他側に提供されたエンドプレート１８には、空気が流入する空気流入部と、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）をそれぞれ外部に排出するための排出部とが配置されてもよい。
【００５０】
一方、スタック１０において、複数個の単位電池１１ａ〜１１ｎが積層されている部分は、説明の便宜上、電気発生部１１という。この時、電気発生部１１の最外郭に位置するバイポーラプレート１４は、エンドプレート１８に電気通電可能なように、対向配置される。そして、エンドプレート１８に対向するバイポーラプレート１４の対向面の反対側の面は、供給経路を有する。この供給流路は、対向する電極に応じて燃料供給流路または酸素供給流路として作用する。例えば、アノード電極１２ｂに隣接する供給流路は、水素含有燃料を供給する燃料供給流路Ａとして作用するのに対し、カソード電極１２ｃに隣接する供給流路は、酸素を供給する酸素供給流路Ｂとして作用する。
【００５１】
上述のような構成要素からなるスタック１０は、締結部材（図示せず）を有する。この締結部材は、電気発生部１１に供給する水素含有燃料と空気との漏れを防止し、かつ電池としての構造を形成するために、電気発生部１１を構成する単位電池を所定の圧力で加圧して一体に締結させる
【００５２】
締結部材は、例えば、エンドプレート１８の縁部分に形成された多数の貫通孔（図示せず）にそれぞれ貫通する複数個の貫通棒（図示せず）と、貫通棒の両端部に形成されたねじ部にねじ締結されるナット（図示せず）とを含んでもよい。したがって、貫通棒が上記貫通孔を貫通した状態で上記貫通棒の端部に形成されたねじ部にナットをねじ締結することにより、電気発生部１１は、エンドプレート１８によって圧着された状態で維持される。
【００５３】
以下、本実施形態にかかる燃料電池システムの作動について説明する。
【００５４】
燃料供給部２０から供給される水素含有燃料は、スタック１０でバイポーラプレート１４の燃料供給流路Ａを介して電気発生部１１、特に膜電極アセンブリ１２のアノード電極１２ｂに容易に供給される。酸素供給部３０から供給される酸素は、スタック１０でバイポーラプレート１４の酸素供給流路Ｂを介して電気発生部１１、特に膜電極アセンブリ１２のカソード電極１２ｃに供給される。
【００５５】
アノード電極１２ｂにおける水素酸化反応によって水素イオンと二酸化炭素とが生成される。このとき、水素イオンは、電解質膜（高分子膜）１２ａを介してカソード電極１２ｃに移動し、二酸化炭素は、バイポーラプレート１４の燃料供給流路Ａを介して外部に排出される。カソード電極１２ｃにおける酸素還元反応によって生成される水は、カソード電極１２ｃからバイポーラプレート１４側に容易に移動した後、酸素供給流路Ｂを介して外部に排出される。また、アノード電極１２ｂで生成された電子がカソード電極１２ｃに移動することにより、電気が生成する。この時、個別的な単位電池１１ａ〜１１ｎで生成される電気は、電気通電可能に互いに連結されているバイポーラプレート１４を経由してエンドプレート１８に提供され、出力端子を介して外部負荷に給電される。
【００５６】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、バイポーラプレートの一面を疎水性処理し、すなわち、当該一面に、疎水性特性を有する物質（例えば、フェノール系またはエポキシ系化合物等）を塗布し、疎水性表面２４を形成する。よって、燃料供給流路Ａに位置する水素含有燃料は、アノード電極１２ｂ気体拡散層に容易に移動することができる。そして、アノード電極１２ｂで副生成物として生成される二酸化炭素は、燃料供給流路Ａを介して容易に排出されうる。また、本発明の実施形態によれば、バイポーラプレートの他面を親水性処理し、すなわち、当該他面に、親水性特性を有する物質（例えば、アクリル系化合物等）を塗布し、親水性表面２２を形成する。よって、カソード電極１２ｃで副生成物として生成される水は、カソード電極１２ｃからプレート本体１４ａの他面側に容易に移動することができ、容易に外部に排出されうる。
【００５７】
したがって、本発明の実施形態によれば、単位電池における化学反応の結果生成される二酸化炭素と水とを容易に外部に排出することができるので、単位電池における発電効率を向上させることができる。よって、結果、燃料電池システムの発電効率を向上させることができる。
【００５８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、バイポーラプレート、これを備えた単位電池、燃料電池システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態にかかるバイポーラプレートを含むスタックを有する燃料電池システムの構成を示す図面である。
【図２】同実施形態にかかるバイポーラプレートを含むスタックの構成を示す図面である。
【図３】同実施形態にかかるバイポーラプレートの一部を示す断面図である。
【図４】同実施形態にかかるバイポーラプレートと膜電極アセンブリとからなる単位電池の一部を示す断面図である。
【図５】親水性と疎水性の概念を示す概念図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０      スタック
１１      電気発生部
１１ａ〜１１ｎ    単位電池
１２      膜電極アセンブリ
１２ａ    高分子膜
１２ｂ    アノード電極
１２ｃ    カソード電極
１４      バイポーラプレート
１４ａ    プレート本体
１８      エンドプレート
２０      燃料供給部
２２      親水性表面
２４      疎水性表面
３０      酸素供給部
Ａ        燃料供給流路
Ｂ        酸素供給流路
【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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