(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の両側に燃料極と酸化剤極が配置された膜電極接合体と、  前記酸化剤極側に配置され、酸化剤を供給する開口部を備えた酸化剤流路形成部材と、
前記酸化剤流路形成部材の前記酸化剤極に接する面と対向する面に接して配置されたセパレーターと、
を有する燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池スタックであって、  前記燃料電池スタックを構成する複数の燃料電池セルにおける少なくとも一部の燃料電池セルが、前記酸化剤流路形成部材と前記セパレーターとが接する部分に、大気に露出した面を備えた吸水性部材を有し、
前記積層された燃料電池セルにおける相対的に低温となる燃料電池セルの前記吸水性部材の大気に露出した面の面積が、相対的に高温となる燃料電池セルよりも大きい面積に構成されていることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記燃料電池スタックを構成する両端の燃料電池セルが、該燃料電池スタックを構成する内側の燃料電池セルよりも大きい、前記吸水性部材における大気に露出した面の面積を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記両端と内側の燃料電池セルにおける前記大気に露出した面の面積の大きさの違いは、
前記吸水性部材の両端部が、前記酸化剤流路形成部材における前記開口部よりも外側に突出した部分の面積の違いであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記両端と内側の燃料電池セルにおける前記大気に露出した面の面積の大きさの違いは、
前記吸水性部材の両端部が、前記セパレーターと接する部分での前記酸化剤流路形成部材から前記大気に露出した部分の面積の違いであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記燃料電池スタックを構成する最も内側の燃料電池セルは、
前記吸水性部材が前記酸化剤流路形成部材における前記開口部側の両端部よりも内側に設けられた燃料電池セルによって構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記燃料電池スタックを構成する最も内側の燃料電池セルは、前記吸水性部材が設けられていない燃料電池セルによって構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記酸化剤流路形成部材が、発泡金属で構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記吸水性部材は、２５℃  ５０％雰囲気における該吸水性部材に吸水された水のうち、１時間に蒸散される水の比率である乾燥率が８０％以上であり、
端部を水に漬けた際の１０秒間における水の吸い上げ高さが４０ｍｍ以上の繊維で構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記燃料電池スタックにおいて、重力方向最上部のセルに配置された前記吸水性部材がセルの外部に露出され、外気よりも高温になったスタック構成部材と接触していることを特徴とする請求項１〜５に記載の燃料電池スタック。
【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し、特にスタック中のセルの酸化剤流路の排水性及び保水性を発電時の温度分布に応じて設計した燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、基本的にはプロトン伝導性を有する高分子電解質膜、及びその両面に配置された一対の触媒層、及び電極からなる。
触媒層は、一般に白金あるいは白金族金属触媒からなる。触媒層の外面には、ガス供給と集電を担うガス拡散層が設けられる。
高分子電解質膜と触媒層を一体化させたものを膜電極接合体（ＭＥＡ）と言い、一方の電極に燃料（水素）を、他方に酸化剤（酸素）を供給し、水を生成する過程で発電が行われる。
燃料を供給された電極を燃料極、酸化剤を供給された電極を酸化剤極と呼び、両側の電極から電力が取り出される。
【０００３】
一組の膜電極接合体の理論電圧は約１．２３Ｖであるが、通常の運転状態においては０．７Ｖ程度で使用されることが多く、反応エネルギーの一部は熱にかわる。
そのため、より高い起電圧を必要とする場合には、複数のセルを積層し、各セルを電気的に直列化して用いられる。
このような積層構造は燃料電池スタックと呼ばれる。通常、スタック内では、酸化剤流路と燃料流路をセパレーターと呼ばれる部材で隔離する。板状のセパレーターのそれぞれに凹凸の溝を形成し、膜電極接合体に面した凹部をガス流路、凸部を集電部として構成される。
【０００４】
このような燃料電池スタックでは、複数のセルが同時に発電を行うが、積層されていることから、放熱の割合がスタック各部で異なってくる。
発電に伴って生成した熱は、積層方向の中央に位置したセルほど篭りやすく、両端に位置したセルほど放出しやすい傾向にある。
そのため、燃料電池スタックの積層方向に対して、中央で最も温度が高く、相対的に両端で温度が低いという、温度の分布が生じてしまう。
これら温度の分布に対して、燃料電池スタックの各セルは異なる温度条件下で発電が行われることになる。
【０００５】
このため、以下のような不具合が生じやすい。
まず、積層方向の両端に位置するセルほどフラッディング現象が生じやすくなる。
フラッディング現象は酸化剤極で生成した水が凝集し、酸化剤極内のガス拡散性を悪化させ、特性低下を引き起こす現象である。スタック内で温度に分布が生じると、温度の低いセルほど水が凝集しやすいため、両端部に位置するセルほどフラッディングが起こりやすい。
また、積層方向中央部に位置するセルほどドライアウト現象が生じやすくなる。ドライアウト現象は固体高分子電解質中の水分量が温度の上昇とともに減少し、セルの内部抵抗を高くし、特性の低下を引き起こす現象である。
酸化剤極で生成した水が凝集せずに蒸散してしまうような温度の高い部位で起こりやすい。
【０００６】
このような温度分布に対する特性の不安定さを是正するために、特許文献１では、燃料電池スタックの各セルへの空気供給量に分布を持たせている。
即ち、各セルのセパレーターに形成された酸化剤流路に対して、その断面積を温度の低い両端部で最も大きくする構成としている。
このため、供給された空気の取り込み量が両端部で大きくなり、温度が低くても水の凝集が起こりにくくなり、積層方向に対するフラッディングの発生度合いのばらつきが緩和される。
また、特許文献２では、つぎのような燃料電池が提案されている。
この燃料電池では、燃料電池スタック端部セルのガスの圧損を他のセルに比べて小さくすることにより、セル温度が低くなるスタック端部セルの生成水の排水性低下やこれに伴うガス流路の閉塞などの不都合を抑制することができるように構成されている。
【特許文献１】特開２００５−３４０１７３号公報
【特許文献２】特開２００４−３１１２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２で開示された上記従来例では、次のような課題を有している。
特許文献１及び特許文献２に示される構成の燃料電池スタックにおいては、生成水の排水や温度ばらつきの低減にはブロワー等による酸化剤のフローが必要である。
すなわち、空気の循環機構やブロワー等の補器の設置及びそれを駆動するための電力が必要であった。
従って、燃料電池のシステムをできるだけ小型化しなければならない、例えばモバイル用途等においては、サイズや重量の観点から問題となる場合があった。
また、システム全体の発電効率を上げるためにも、補器の電力消費を低減することが望ましい。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、空気の循環機構等を必要とせず、自然拡散あるいは最小限の酸化剤のフローのもとで、積層方向の温度分布によって生じるフラッディング及びドライアウトに対処することが可能な構造を備えた燃料電池スタックの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、次のように構成した燃料電池スタックを提供するものである。
本発明の燃料電池スタックは、固体高分子電解質膜の両側に燃料極と酸化剤極が配置された膜電極接合体と、
前記酸化剤極側に配置され、酸化剤を供給する開口部を備えた酸化剤流路形成部材と、
前記酸化剤流路形成部材の前記酸化剤極に接する面と対向する面に接して配置されたセパレーターと、
を有する燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池スタックであって、
前記燃料電池スタックを構成する複数の燃料電池セルにおける少なくとも一部の燃料電池セルが、前記酸化剤流路形成部材と前記セパレーターとが接する部分に、大気に露出した面を備えた吸水性部材を有し、
前記積層された燃料電池セルにおける相対的に低温となる燃料電池セルの前記吸水性部材の大気に露出した面の面積が、相対的に高温となる燃料電池セルよりも大きい面積に構成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池スタックは、前記燃料電池スタックを構成する両端の燃料電池セルが、該燃料電池スタックを構成する内側の燃料電池セルよりも大きい、前記吸水性部材における大気に露出した面の面積を有することを特徴とする。また、本発明の燃料電池スタックは、前記両端と内側の燃料電池セルにおける前記大気に露出した面の面積の大きさの違いが、
前記吸水性部材の両端部が、前記酸化剤流路形成部材における前記開口部よりも外側に突出した部分の面積の違いであることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池スタックは、前記両端と内側の燃料電池セルにおける前記大気に露出した面の面積の大きさの違いが、
前記吸水性部材の両端部が、前記セパレーターと接する部分での前記酸化剤流路形成部材から前記大気に露出した部分の面積の違いであることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池スタックは、前記燃料電池スタックを構成する最も内側の燃料電池セルが、前記吸水性部材が前記酸化剤流路形成部材における前記開口部側の両端部よりも内側に設けられた燃料電池セルによって構成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池スタックは、前記燃料電池スタックを構成する最も内側の燃料電池セルが、前記吸水性部材が設けられていない燃料電池セルによって構成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池スタックは、前記酸化剤流路形成部材が、発泡金属で構成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池スタックは、前記吸水性部材が、２５℃  ５０％雰囲気における該吸水性部材に吸水された水のうち、１時間に蒸散される水の比率である乾燥率が８０％以上であり、
端部を水に漬けた際の１０秒間における水の吸い上げ高さが４０ｍｍ以上の繊維で構成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池スタックは、前記燃料電池スタックにおいて、重力方向最上部のセルに配置された前記吸水性部材がセルの外部に露出され、外気よりも高温になったスタック構成部材と接触していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、空気の循環機構等を必要とせず、自然拡散あるいは最小限の酸化剤のフローのもとで、積層方向の温度分布によって生じるフラッディング及びドライアウトに対処することが可能な構造を備えた燃料電池スタックを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】
【００１１】
本発明の実施の形態における燃料電池スタックについて説明する。
まず、本実施形態における燃料電池スタックを構成している単セルの構成について説明しておく。
図１に、本実施形態における燃料電池スタックを構成する単セルの構成を説明する分解斜視図を示す。
図１において、１はセパレーター、２は吸水性部材、３は酸化剤流路形成部材、４は構造保持部材、５は酸化剤極側ガス拡散層、６は支持部材、７は膜電極接合体、８はシール材、９は燃料極側ガス拡散層、１０は燃料極室である。
【００１２】
本実施形態における燃料電池スタックを構成している単セルは、膜電極接合体７の両側に該膜電極接合体を間に挟む形で、燃料極側にはセパレーター１、燃料極側ガス拡散層９、シール材８を備えている。
また、酸化剤極側には酸化剤極側ガス拡散層５、酸化剤流路形成部材３、吸水性部材２、支持部材６、構造保持部材４、セパレーター１を備えている。
セパレーター１は、導電性のステンレス等の金属に金メッキが施されて形成されており、酸化剤流路形成部材３の酸化剤極に接する面と対向する面に接して配置される。
また、燃料極に対応する位置には燃料極室１０が設けられている。
燃料極側ガス拡散層９はカーボンペーパーやカーボンクロス等の通気性のある導電性部材であり、前記燃料極室に収められている。
シール材８はシール機能を有する材料であって、電極板の外周縁を囲むように配置されており、締結時に膜電極接合体７とセパレーター１との間に密閉空間を形成し、燃料極室からの水素の漏れを防いでいる。
これらシール材には、ガスケットやＯ−リングなどが用いられる。
また、膜電極接合体と電極板とを接着させる接着剤などでも良く、ホットメルトタイプの接着性シートなどを用いてもよい。酸化剤極側には、酸化剤極側ガス拡散層５と酸化剤流路形成部材３が積層される。
酸化剤極側ガス拡散層５には燃料極側の燃料極側ガス拡散層９と同様にカーボンペーパーやカーボンクロス等が用いられる。
【００１３】
酸化剤流路形成部材３は電気伝導性を有する多孔質基材であり、ステンレスやニッケル、クロム等の金属を多孔質化させた発泡金属が均一性の高い流路形成と締結圧力の伝達において優れているため、好ましく用いられ得る。
酸化剤流路形成部材３のセパレーター１と接する面に、図２に示すように溝を形成し、この溝の内側に、酸化剤流路形成部材３とセパレーター１の接部に吸水性部材２が設置される。
ここで、酸化剤流路形成部材３は図中ｘ軸に垂直な面に開口側面を有する。この開口側面より大気中の空気が供給される。
発電により、酸化剤極から蒸気として水が生成し、セパレーター１で凝集して液体となる。
酸化剤流路形成部材３とセパレーター１の接部に配置された吸水性部材２が凝集水を吸収することにより、酸化剤流路形成部材３の水の滞留、フラッディングを抑制する。
このとき、吸水性部材２は大気に露出した面を有しているため、吸収した生成水は大気に露出した面から大気へと蒸散、排水される。
【００１４】
このため、吸水性部材２には高い蒸散性が要求され、２５℃、５０％雰囲気における１時間後の乾燥率が８０％以上であることが排水性の観点から好ましい。ここで、１時間後の乾燥率とは、吸水性部材に吸水された水のうち、１時間に蒸散される水の比率で示される。
すなわち、吸水性部材が吸収した水のうち、何％が１時間後に蒸散されているかで示される。
例えば、吸水性部材の重量が１ｇであり、吸収した水の重量が２ｇ、総重量３ｇであり、１時間後の総重量が１．５ｇであった場合、１時間後に蒸散により放出された水の重量は１．５ｇであるから、乾燥率は
１．５÷２×１００＝７５％となる。
また、大気へ露出した面へと水を導水するドライビングフォースは毛管現象である。
そのため、吸水性部材２は毛管現象を発揮する部材である必要があり、例えば、端部を水に漬けた際の１０秒間における吸い上げ高さが４０ｍｍ以上であることが生成水を導水させる繊維等で構成するようにするのが好ましい。
そのような特性を有し、吸水性部材２として用いられ得る材質としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。
【００１５】
支持部材６は燃料極側ガス拡散層９と膜電極接合体７の接触部分の周囲を囲み、かつ、燃料極側のシール部材８に対応する位置に配置されている。
支持部材６の材料としては、導電性は必要ないが、耐腐食性及び剛性が高いことが求められ、ステンレス等の金属やセラミックスあるいはプラスチックが用いられ得る。
また、支持部材６の膜電極接合体７に接する面は平坦性が高いことが求められる。これは、セルの締結時にシール部材８への締結圧力をより均一にするためである。
また、支持部材６の厚さを流路形成部材３の厚さに比較して十分薄くすることで、酸化剤流路形成部材３の側面からの空気の流通を充分に確保することができる。
【００１６】
構造保持部材４は少なくとも酸化剤流路形成部材３よりも剛性の高い部材で形成され、セルの高さ、酸化剤極側ガス拡散層５と酸化剤流路形成部材３の厚さを規定することで、酸化剤極側ガス拡散層５と酸化剤流路形成部材３の過度の変形を防止する部材である。
また、構造保持部材４はボルト穴１１を有している。
また、構造保持部材４には燃料流路１２が形成されており、燃料電池スタックを構成した後にはセルの積層方向に対して燃料マニホルドとなる。
燃料マニホルドからの燃料の漏洩を防止するために、燃料の種類に応じて適宜シール部材を各構成部材間に挿入することが好ましい。
このように形成した燃料マニホルドは、剛性の高い構造保持部材４で形成されるため、締結時もしくは締結後の変形や位置ずれによる燃料の漏洩を防止することができる。
構造保持部材４の材料として好適に用いられる剛性の高い材料としては、ステンレス等の金属やセラミックス、プラスチックが挙げられる。
構造保持部材４が支持部材６上に設けられていると、締結の圧力は構造保持部材を通して支持部材に伝えられることになり、支持部材のアライメントが向上する。
一方、構造保持部材４と支持部材６は別々に構成されても良いが、それらが一体に構成されていれば、燃料電池製造時のアライメント作業が更に低減される。
【００１７】
本実施形態においては、上記した構成の単セルを複数積層して燃料電池スタックを構成するに際し、少なくとも一部の燃料電池セルが、酸化剤流路形成部材と前記セパレーターとが接する部分に、大気に露出した面を備えた吸水性部材を有する構成とする。
そして、相対的に低温となるセルには吸水性部材の大気への露出面積を大きくして、該吸水性部材が吸水した生成水の蒸散、排水性が高くなるように構成する。これに対して、高温となるセルには吸水性部材の大気への露出面積を小さくして該吸水性部材が吸水した生成水の蒸散、排水性が低くなるように構成する。
その際、前記吸水性部材は、前記酸化剤流路形成部材のセパレーターと接する部分に空気吸入方向に溝を設けて配置するように構成することができる。
発電により、酸化剤極から蒸気として水が生成し、セパレーターで凝集して液体となる。
そこで、酸化剤流路形成部材である発泡金属のセパレーターと接する部分に吸水性部材を配置することにより、効果的に凝集水を吸収、トラップすることが可能となる。
また、前記吸水性部材が酸化剤極と接していないことから、酸化剤極への空気の供給を阻害しないため、出力特性の低下も抑えられる。
また、前記大気に露出した面の面積の大きさの違いを、前記吸水性部材の両端部が、前記酸化剤流路形成部材における前記開口部よりも外側に突出した部分の面積の違いによって構成することができる（後に説明する実施形態１参照）。これらにより大気への露出面積を増大させることで、前記吸水性部材が吸収した生成水をスタック外へと導水し、蒸気として排出する面積を増やすことができるので、効果的に生成水を排出することが可能となる。
また、前記大気に露出した面の面積の大きさの違いを、前記吸水性部材の両端部が、前記セパレーターと接する部分での前記酸化剤流路形成部材から前記大気に露出した部分の面積の違いによって構成することができる（後に説明する実施形態２参照）。
具体的には、例えば発泡金属に形成された溝の端部を中央部よりも深くしてもよい。
酸化剤流路形成部材に形成された溝の中央部よりも端部を深く形成することにより、溝に段差が生る。
端部の方が中央部よりも深い溝であるため、その段差分だけ溝に配置された前記吸水性部材は大気へと露出され、蒸気として排出する面積が増えるので、効果的に生成水を排出することが可能となる。
また、前記燃料電池スタックを構成する最も内側の燃料電池セルを、前記吸水性部材が設けられていない燃料電池セルによって構成するようにしてもよい。
また、前記燃料電池スタックを構成する最も内側の燃料電池セルを、前記吸水性部材が前記酸化剤流路形成部材における前記開口部側の両端部よりも内側に設けられるように構成してもよい。
このように、吸水性部材の両端がスタック側面よりも内側に設置することにより、前記吸水性部材が大気へ露出しないため、保水層として働き、ドライアウトが進行する高温状態で有利に機能させることが可能となる。
以上のように構成することで、自然拡散あるいは最小限の酸化剤のフローのもとで、積層方向の温度分布によって生じるフラッディング及びドライアウトに対処することが可能な構造を得ることができる。
これにより、低温側のセルのフラッディング耐性と高温側のセルのドライアウト耐性の両立を図り、高出力で安定した発電が行える燃料電池スタックを実現することが可能となる。
【００１８】
以下に、上記した構成の単セルを複数積層してなる様々な態様による本発明の実施形態の燃料電池スタックについて、更に詳細に説明する。
なお、以下に説明する各実施形態の燃料電池スタックでは、セルを８個積層した構成例を挙げているが、本発明はこれに制限されるものではない。
また、燃料電池スタックを構成するセルの種類も２種類以上であれば本発明の効果が期待できる。
【００１９】
（実施形態１）
実施形態１では、図１に示すセルが８個積層された燃料電池スタックにおいて、吸水性部材をつぎのように設けた構成例について説明する。
すなわち、本実施形態では、両端の燃料電池セルには大気に露出した面積が最も大きな吸水性部材を、中間のセルにはそれよりも小さい面積の吸水性部材が設けられ、最も内側のセルには吸水性部材を設けない構成とされている。
【００２０】
図９に、本実施形態における燃料電池スタックの構成を説明する図を示す。
本実施形態の燃料電池スタックは、図９に示すように、燃料極側から積層方向に対してセルＮｏ１，２，３，４，５，６，７，８の順に図１に示すセルを８個積層して構成されている。
ここで、両端部で比較的セル温度の低くなるセルＮｏ１，８には、図２に示すような溝を形成した酸化剤流路形成部材３の溝部に、吸水性部材２を配置して用いる。
その際、図５に示すように酸化剤流路形成部材３の開口側面よりも吸水性部材２の両端部を外側に引き出すように配置される。
これにより、吸水性部材２の大気への露出面積が増大し、吸水した生成水を効率的に蒸散、排水することが可能になる。
また、セル温度が中庸となるセルＮｏ２，３，６，７には、図２に示す酸化剤流路形成部材３の溝部に、図６に示すように吸水性部材２を両端部が酸化剤流路形成部材３の開口側面と同一平面となるように配置される。
これにより、上記両端部のセルよりも吸水性部材２による蒸散、排水を少なくした構成を採ることができる。
また、比較的セル温度が高温となるセルＮｏ４，５には図３に示すような、溝を形成していない酸化剤流路形成部材を用い、吸水性部材２を設置しないセルを用いる。
これらにより、フラッディング耐性とドライアウト耐性を両立させた燃料電池スタックを得ることができる。
【００２１】
（実施形態２）
実施形態２では、図１に示すセルが８個積層された燃料電池スタックにおいて、吸水性部材をつぎのように設けた構成例について説明する。
本実施形態では、両端の燃料電池セルにおける吸水性部材に関する構成が実施形態１のものと異っている。
すなわち、本実施形態では、大気に露出した面積が最も大きな吸水性部材を構成するに際して、溝部の開口側面を削り落とした酸化剤流路形成部材の溝部に、吸水性部材が配置される。
その他の中間のセル及び最も内側のセルにおける吸水性部材に関する構成は、実施形態１と同様の構成とされている。
【００２２】
図１０に、本実施形態における燃料電池スタックの構成を説明する図を示す。本実施形態の燃料電池スタックは、図１０に示すように、燃料極側から積層方向に対してセルＮｏ１，２，３，４，５，６，７，８の順に図１に示すセルを８個積層して構成されている。ここで、両端部で比較的セル温度の低くなるセルＮｏ１，８には、図４に示すような溝を形成しかつ、溝部の開口側面を削り落とした酸化剤流路形成部材３の溝部に吸水性部材２を配置して用いる。
その際、図７に示すように酸化剤流路形成部材３のもともとの開口側面と吸水性部材２の両端部が同一平面になるように配置される。
これにより、溝部の開口側面が削り落とされて後退した部分に配置されている吸水性部材が大気に露出する。
そのため、吸水性部材をセルの外部に引き出すことなく大気への露出面積を増大することができ、より小型のセルを実現することが可能となる。
また、セル温度が中庸となるセルＮｏ２，３，６，７には図２に示す酸化剤流路形成部材３の溝部に図６に示すように吸水性部材２を両端部が酸化剤流路形成部材３の開口側面と同一平面となるように配置される。
また、比較的セル温度が高温となるセルＮｏ４，５には図３に示すような溝を形成していない酸化剤流路形成部材を用い、吸水性部材２を設置しないセルを用いる。
これらにより、フラッディング耐性とドライアウト耐性を両立させた燃料電池スタックを実現することができる。
【００２３】
（実施形態３）
実施形態３では、図１に示すセルが８個積層された燃料電池スタックにおいて、吸水性部材をつぎのように設けた構成例について説明する。
本実施形態では、最も内側のセルにおける吸水性部材に関する構成が実施形態１のものと異っている。
すなわち、本実施形態では、最も内側のセル吸水性部材を設けるに際して、吸水性部材の両端部が酸化剤流路形成部材の両端部よりも内側になるように配置する構成が採られる。
その他の両端の燃料電池セル及び中間のセルにおける吸水性部材に関する構成は、実施形態１と同様の構成とされている。
【００２４】
図１１に、本実施形態における燃料電池スタックの構成を説明する図を示す。本実施形態の燃料電池スタックは、図１１に示すように、燃料極側から積層方向に対してセルＮｏ１，２，３，４，５，６，７，８の順に図１に示すセルを８個積層して構成されている。また、本実施形態においては、比較的セル温度が高温となるセルＮｏ４，５には図２に示す酸化剤流路形成部材３の溝部に、図８に示すように吸水性部材２を両端部が酸化剤流路形成部材３の両端部よりも内側になるように配置される。吸水性部材２を大気へと露出せずに配置することから、蒸散性を抑え、保湿材として用いることが可能となり、高温における特性を向上させることができる。
これらにより、高温における特性を向上させると共に、フラッディング耐性とドライアウト耐性を両立させた燃料電池スタックを実現することができる。
【００２５】
（実施形態４）
実施形態４では、図１に示すセルが８個積層された燃料電池スタックにおいて、吸水性部材をつぎのように設けた構成例について説明する。
本実施形態では、比較的高温となる内側のセルと最も高温となる最も内側のセルにおける吸水性部材に関する構成が実施形態１のものと異っている。
すなわち、本実施形態では、比較的高温となる内側のセルは吸水性部材２を設置しない構成とし、最も高温となる最も内側のセルを吸水性部材の両端部が酸化剤流路形成部材の開口側面よりも内側になるように構成する。
【００２６】
図１２に、本実施形態における燃料電池スタックの構成を説明する図を示す。本実施形態の燃料電池スタックは、図１２に示すように、燃料極側から積層方向に対してセルＮｏ１，２，３，４，５，６，７，８の順に図１に示すセルを８個積層して構成されている。ここで、両端部で比較的セル温度の低くなるセルＮｏ１，８には図２に示すような溝を形成した酸化剤流路形成部材３の溝部に吸水性部材２を配置して用いる。
その際、図５に示すように酸化剤流路形成部材３の開口側面よりも吸水性部材２の両端部を外側に引き出すように配置される。
これにより、吸水性部材２の大気への露出面積が増大し、吸水した生成水を効率的に蒸散、排水することが可能になる。
また、セル温度が中庸となるセルＮｏ２，７には図２に示す酸化剤流路形成部材３の溝部に図６に示すように吸水性部材２を両端部が酸化剤流路形成部材３の両端部と同一平面となるように配置される。
また、比較的セル温度が高温となるセルＮｏ３，６には図３に示すような溝を形成していない酸化剤流路形成部材を用い、吸水性部材２を設置しないセルを用いる。
また、セル温度が最も高温となるセルＮｏ４，５には、図２に示す酸化剤流路形成部材３の溝部に図８に示すように、吸水性部材２を両端部が酸化剤流路形成部材３の開口側面よりも内側になるように配置される。
吸水性部材を大気へと露出せずに配置することから、蒸散性を抑え、保湿材として用いることが可能となり、高温における特性を向上させることができる。これらにより、高温における特性を向上させると共に、フラッディング耐性とドライアウト耐性を両立させた燃料電池スタックを実現することができる。
【００２７】
（実施形態５）
実施形態５では、図１に示すセルが８個積層された燃料電池スタックにおいて、吸水性部材をつぎのように設けた構成例について説明する。
本実施形態では、両端部で比較的温度が低くなるセルにおける吸水性部材に関する構成が実施形態１のものと異っている。
【００２８】
図１３に、本実施形態における燃料電池スタックの構成を説明する図を示す。本実施形態の燃料電池スタックは、図１３に示すように、燃料極側から積層方向に対してセルＮｏ１，２，３，４，５，６，７，８の順に図１に示すセルを８個積層して構成されている。本実施形態では、両端部で比較的セル温度の低くなるセルＮｏ１，２，７，８には図２に示すような溝を形成した酸化剤流路形成部材３の溝部に吸水性部材２を配置して用いる。
その際、図５に示すように酸化剤流路形成部材３の開口側面よりも吸水性部材２の両端部をセルの外側に引き出すように配置する。
これにより、吸水性部材の大気への露出面積を増大することができ、吸水した生成水を効率的に蒸散、排水することが可能になる。
ここで、スタックの端部セルとなるＮｏ１及び８の方がＮｏ２及び７よりも低温になるので、セルＮｏ１及びＮｏ８の吸水性部材２の引き出し面積をセルＮｏ２及び７の引き出し面積よりも大きくする。
また、セル温度が中庸となるセルＮｏ３，６には図２に示す酸化剤流路形成部材３の溝部に図６に示すように吸水性部材２を両端部が酸化剤流路形成部材３の開口側面と同一平面となるように配置する。
また、比較的セル温度が高温となるセルＮｏ４，５には図３に示すような溝を形成していない酸化剤流路形成部材を用い、吸水性部材２を設置しないセルを用いる。
これらにより、フラッディング耐性とドライアウト耐性を両立させた燃料電池スタックを実現することができる。
【００２９】
（実施形態６）
本実施形態６の燃料電池スタックは図１に示すセルを８個積層することによりスタック化したものである。
燃料極側から積層方向に対してセルＮｏ１，２，３，４，５，６，７，８と番号をつけ、積層方向にスタックを立てて発電させた場合、下層のセルから排出された生成水が水蒸気として上昇するため、上層セルの周囲の湿度が上昇する。
例えば、セルＮｏ１を下にしてスタックを立てて発電させた場合、各セルで発生した生成水は水蒸気となり重力に対して上方に上昇する。
その結果、重力方向最上部にあたるセルＮｏ８のセルの周囲は高湿度雰囲気となる。
高湿度雰囲気では吸水繊維の蒸散能力が低下するため、上層セルの排水能力が低下する。そこで上層セルの排水能力を向上させるために高湿度雰囲気でも吸水繊維の蒸散能力を向上させたのが本実施形態である。
具体的には、重力方向上方のセルに配置された吸水繊維のセルの外部に引き出した部分を外気温よりも高温となっているスタック構成部材に接触させる。
スタックは発電時高温となるため、集電板やエンドプレートも４０℃以上の高温となる。
吸水繊維に高温となった部材を接触させて熱を与えることにより、高湿度雰囲気でも蒸散、排水を促すことができる。
【００３０】
図１４に本実施形態の燃料電池スタックの略断面図を示す。
図１４の略断面図は図９に示した実施形態１の燃料電池スタック最上部セルのセルの外部に引き出した吸水繊維を外気温よりも高温となるスタック部材である、集電体及びエンドプレートに接触させている。
最上部セルの構成が図１４のような構成であればそれ以下のセル構成が実施形態２〜５のような構成であっても構わない。
【実施例】
【００３１】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
まず、本実施例における膜電極接合体の作製について説明する。
電解質膜への転写層であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）シート（日東電工製ニトフロン）上に反応性スパッタ法により樹枝状構造を有する白金酸化物触媒を２０００ｎｍの厚みに形成した。
このときのＰｔ担持量をＸＲＦにより測定したところ、０．６８ｍｇ／ｃｍ2であった。反応性スパッタは、全圧４Ｐａ、酸素流量比（Ｑ02／（ＱAr＋ＱO2）７０％、基板温度３００℃、投入パワー４．９Ｗ／ｃｍ2なる条件にて行った。
引き続き、この樹枝状構造をとる白金酸化物触媒に２％Ｈ2／Ｈｅ雰囲気（１ａｔｍ）にて１２０℃３０分間の還元処理を行い、ＰＴＦＥシート上に樹枝状構造の白金触媒層を得た。
さらに、ＰＴＦＥとＮａｆｉｏｎ（登録商標）の混合懸濁溶液を前記ＰＴＦＥシートに含浸させることによって、触媒表面に有効に電解質チャネルを形成するとともに適切な撥水処理を行い、酸化剤極側の触媒層を得た。
【００３２】
次に、電解質膜への転写層であるＰＴＦＥシート（日東電工製ニトフロン）上に反応性スパッタ法により樹枝状構造を有する白金酸化物触媒を５００ｎｍ形成した。
このときのＰｔ担持量をＸＲＦにより測定したところ、０．１７ｍｇ／ｃｍ2であった。反応性スパッタは、全圧４Ｐａ、酸素流量比（Ｑ02／（ＱAr＋ＱO2）７０％、基板温度３００℃、投入パワー４．９Ｗ／ｃｍ2なる条件にて行った。
引き続き、この樹枝状構造をとる白金酸化物触媒に２％Ｈ2／Ｈｅ雰囲気（１ａｔｍ）にて１２０℃３０分間の還元処理を行い、ＰＴＦＥシート上に樹枝状構造の白金触媒層を得た。
さらに、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）の懸濁溶液を前記ＰＴＦＥシートに含浸させることによって、触媒表面に有効に電解質チャネルを形成し、燃料極側の触媒層を得た。
【００３３】
次に、前記工程により作製した酸化剤極側及び燃料極側の触媒層で固体高分子電解質膜（Ｄｕｐｏｎｔ製Ｎａｆｉｏｎ１１２）を挟み、８ＭＰａ、１５０℃、１ｍｉｎなるプレス条件でホットプレスを行った。
その後、ＰＴＦＥシートを剥離することにより、一対の触媒層を高分子電解質膜に転写して、電解質膜と一対の触媒層を接合した膜電極接合体７を得た。
【００３４】
つぎに、本実施例のスタックの構成例について説明する。
本実施例の燃料電池スタックの構成例では、実施形態１の燃料電池スタックにおいて、代表的な材料と数値を用いて作製した場合について説明する。
この構成例では、図１に示すセルを８層積層さて構成されており、このとき燃料極側のセルからＮｏ１，２，３，４，５，６，７，８セルと呼ぶこととする。
ここで、燃料電池の幅は約１０ｍｍ、長さは約３０ｍｍである。
セパレーター１は、厚み約０．５ｍｍのステンレス表面に金メッキ処理を施したものを使用した。
セパレーター１には、燃料極に対応する部分を深さ約０．２ｍｍに掘り下げて燃料極室１０を形成した。前記燃料極室１０には燃料極側ガス拡散層９としてカーボンクロスを配置した。
カーボンクロスにはＥ−ＴＥＫ社のＬＴ２５００Ｗを使用し、締結前の厚みを約０．４ｍｍとし、締結時に約０．３ｍｍに圧縮した。
これにより、締結時に燃料極室１０に収まりつつ、膜電極接合体７とセパレーター１との間で接触抵抗を下げ集電性を保つことができる。
セパレーター１の外周縁にはシール部材８を配置し、燃料極室１０からの水素の漏れを防ぐため、締結時に膜電極接合体７とセパレーター１の間で密閉空間を形成した。
【００３５】
シール部材８には、厚み０．１ｍｍ、幅１ｍｍのバイトン（デュポン社の商標）製シール材を使用した。
酸化剤極側には、酸化剤極側ガス拡散層５として厚み約０．３ｍｍのカーボンクロス（Ｅ−ＴＥＫ社、ＬＴ１２００Ｗ）と、酸化剤流路形成部材３として発泡金属を設置した。
ただし、発電時最も高温となるセルＮｏ４及びＮｏ５には保水性に優れる厚み約０．４ｍｍのカーボンクロス（Ｅ−ＴＥＫ社、ＬＴ２５００Ｗ）を用いた。
発泡金属はニッケル−クロムを主成分とする剛性の高い材料であり、呼び孔径が約９００μｍ、気孔率が約９０％のものを使用した。また、厚みを約１．５ｍｍとした。
【００３６】
発泡金属のセパレーター１と接する側にあらかじめ図２に示すような幅２．５ｍｍ、深さ０．４５ｍｍの溝を、空気吸入方向に横断するように４本形成した。その溝にポリイミド繊維から成る吸水性部材として幅２．５ｍｍにカットしたアンビック社製液体拡散不織布Ｐタイプを配置した。
このとき、セル温度が相対的に低温となるスタック端部のセル、Ｎｏ１及びＮｏ８に関しては図５に示すように長さ１４ｍｍにカットしたものを両端２ｍｍづつセルの外部へ引き出すように４本配置した。
また、温度が中庸となるセルＮｏ２，３，６，７には図６に示すように長さ１０ｍｍにカットしたものを両端部がセルの端部と同一平面になるように引き出さないで４本配置させた。
【００３７】
つぎに、これらの評価方法について説明する。
スタック構成で示した３種のセルＮｏ１，２，４について個々のセルの評価を行った。
各セル内にヒーターを導入し、４０℃〜６５℃に恒温し、気温２５℃、相対湿度５０％の無風雰囲気においてブロワーによるフローを用いない自然吸気により、電流密度４００ｍＡ／ｃｍ2の定電流測定を行った。
また、３種のセルをスタック構成で示した配置で積層することにより燃料電池スタックを作製し、気温２５℃、相対湿度５０％の無風雰囲気においてブロワーによるフローを用いない自然吸気により、電流密度４００ｍＡ／ｃｍ2の定電流測定を行った。
【００３８】
（比較例）
本発明の燃料電池スタックの実施例１の比較例として、実施例１の燃料電池で用いられているセル構成において、アンビック社製液体拡散不織布Ｐタイプを設置しないセルについて、同様の膜電極接合体を用いて、上記評価方法と同様の評価を行った。
ここで、酸化剤極側のガス拡散層は実施例１とは異なるカーボンクロス（Ｅ−ＴＥＫ社、ＬＴ１２００Ｗ）を用いた。
これにより、アンビック社製液体拡散不織布Ｐタイプの有無及び酸化剤極側拡散層の種類による特性差の比較を行った。
【００３９】
図１５に各温度における各セル構成のセル電圧を示す。
また、このセル電圧は、４００ｍＡ／ｃｍ2の定電流運転４．５時間経過後のセル電圧である。
図１５に示されるように、セルＮｏ１が低温での電圧が高く、逆に高温で低くなった。
これに対し、比較例のセルは低温での電圧が低く、高温での電圧が高い。この特性差のうち、低温側の特性差は生成水の滞留によるフラッディングが発生したことに起因すると考えられる。
そこで、各セル内部の滞留水の重量を測定したところ、セルＮｏ１の４０℃における４．５時間後の生成水の滞留量が１０８ｍｇ、セルＮｏ２の４０℃における４．５時間後の生成水の滞留量が１３８ｍｇであった。
これに対し、比較例のセルにおいては生成水の滞留量が１８０ｍｇであった。
これは、アンビック社製液体拡散不織布Ｐタイプのセル外へと露出している面積が大きいほど生成水の蒸散性が高く、生成水排水性が向上し、フラッディングを抑制できているためである。
また、逆に生成水が蒸散しやすく、ドライアウトしやすい高温側では、アンビック社製液体拡散不織布Ｐタイプのセル外へと露出している面積が小さい。あるいは、アンビック社製液体拡散不織布Ｐタイプを配置していないセルの方が生成水の保持能力が高いため良好な特性を示している。
【００４０】
図１６に、各温度における電解質膜抵抗を示す。
一般に電解質膜の抵抗は、加湿が充分であれば温度が高いほど低い値を示す。そのため、どのセル構成においても、比較的低温側では、温度上昇とともに膜抵抗が低下している。しかしながら、ある温度を境に膜抵抗が上昇に転じる。これは、高温になり、相対湿度が低下したために膜がドライになっていることを意味する。
この膜抵抗が上昇に転じるポイントがアンビック社製液体拡散不織布Ｐタイプのセル外へと露出している面積が大きいほど低い温度にシフトしている。
つまり、セル温度が高くなると、排水性が高すぎるために、保水性に不利に働き、特性が低下していることを意味する。
【００４１】
図１７に、実施例１におけるセルＮｏ４、比較例のセル、及び、別途作製した図８に示すアンビック社製液体拡散不織布Ｐタイプの両端部が発泡金属端部よりも内側になるように配置したセルのセル温度６５℃における定電流特性を比較した図を示す。
なお、図８に示すアンビック社製液体拡散不織布Ｐタイプの両端部が発泡金属端部よりも内側になるように配置したセルは、アンビック社製液体拡散不織布Ｐタイプの長さを５ｍｍとし、両端部を発泡金属端部よりも２．５ｍｍづつ内側に配置している。
そして、酸化剤極側ガス拡散層には、厚み約０．３ｍｍのカーボンクロス（Ｅ−ＴＥＫ社、ＬＴ１２００Ｗ）を用いた。
図１７に示されるように、実施例１のセルＮｏ４は比較例のセルに比べて高温における特性が向上していた。これはガス拡散層の保水性が高いためである。
また、図８に示すアンビック社製液体拡散不織布Ｐタイプの両端部が発泡金属端部よりも内側になるように配置したセルも同様に高温側の特性が向上していた。実施例１においては、厚み約０．４ｍｍのカーボンクロス（Ｅ−ＴＥＫ社、ＬＴ２５００Ｗ）を用いたセルの方がより高い特性を示したため、この構成のセルをスタック中、中央部となるセルＮｏ４，５に用いた。
しかし、このような構成だけでなく、厚み約０．４ｍｍのカーボンクロス（Ｅ−ＴＥＫ社、ＬＴ２５００Ｗ）を用いかつ、アンビック社製液体拡散不織布Ｐタイプの両端部が発泡金属端部よりも内側になるように配置してもよい。
【００４２】
以上のことから、比較例のセルのみの構成では安定駆動が行える温度の範囲が５５℃〜６０℃であったのに対し、上記ような３種のセルを好ましい位置に配置することにより、安定駆動が行える温度の範囲を４０℃〜６５℃へと広げることが可能となった。
これにより、温度分布を有する燃料電池スタックにおいても各セルが高い特性を示すことが可能となる。
これらの結果を用いて、実施例１で構成した燃料電池スタックを作製し、スイープレート０．１ｍＡ／ｓ・ｃｍ2のガルバノダイナミック測定及び、４００ｍＡ／ｃｍ2で定電流測定により特性を評価した。また、スタックのスペーサー部分にウォータージャケットを装着し、４０℃の冷却水を流し冷却しながら測定を行った。
【００４３】
実施例１のスタックを積層方向縦置きにした場合と、横置きにしたガルバノダイナミックにより評価したＩ−Ｖ曲線を図１８に示す。
図１８に示す通り、縦置きの方が特に高電流密度領域で特性が高いことがわかる。
これは自然吸気で空気を取り入れる場合特有の現象であり、積層方向縦置きの方が空気の対流がよく、特に高電流密度領域での特性が向上する。
この理由から、スタックは縦置きにして評価するのが好ましい。縦置きにする場合、セルＮｏ１つまりスタックの燃料極を下にして置く方法と、逆にセルＮｏ８つまりスタックの酸化剤極を下にして置く方法がある。
【００４４】
セルＮｏ１を下にして置いて定電流測定を行った時の各セルの電圧を図１９、反対に、セルＮｏ８を下にして定電流測定を行った際の各セルの電圧を図２０に示す。
図１９では各セルの電圧におおきなばらつきが生じたのに対し、図２０では各セルがほぼ同様の特性を示した。
図１９に示したセルＮｏ１を下にして測定した場合と図２０に示したセルＮｏ８を下にして測定した場合を比較すると、図１９では特に最上部セルのセルＮｏ８の特性が大きく低下している。
【００４５】
図２１に各々の置き方、つまりセルＮｏ８を最上部セル及び最下部セルとして測定した際のセルＮｏ８を抽出した結果を示す。
セルＮｏ８を最上部とした場合、電解質膜抵抗の増大を伴わずに電圧が低下していることからフラッディングによる電圧低下であると考えられる。これに対して、セルＮｏ８を最下部セルとした場合はフラッディングによる電圧低下が生じていない、あるいは少ないことがわかる。
両者の差はスタックの配置方向の違いだけなので、これにより差異が生じたものと考えられる。つまり、セルＮｏ８を最上部に配置した図１９では、セルＮｏ７以下、下部セルで生成、排出された水蒸気が上昇し、セルＮｏ８の外周の湿度が上昇したものと考えられる。
吸水繊維の蒸散、排水能力は高湿度雰囲気下では低下する。そのため、セルＮｏ８が最上部セルとなっている図１９の置き方ではセルＮｏ８の排水性が低下し、フラッディングが発生したものと考えられる。
これに対して、図２０の配置方法では、セルＮｏ８が最下層セルになるため、外周の湿度が上昇しないため、フラッディングが発生しないものと考えられる。
【００４６】
次に、セルＮｏ８を最上セルとして駆動した場合のセルＮｏ８の電圧及びセルＮｏ１を最上部として駆動した場合のセルＮｏ１の電圧挙動を図２２に示す。
つまり、最もフラッディングを起こしやすい最上部に配置した場合のセルＮｏ１及び８の挙動を比較するものである。
その結果、セルＮｏ８を最上部セルとすることによりフラッディングにより大きく特性が低下しているが、セルＮｏ１はセルＮｏ８ほどの大きな電圧低下は観測されなかった。
その要因としては駆動時の各セルの温度が起因していると考えられる。
【００４７】
図２３に、定電流駆動時の各セルの酸化剤極集電板温度を測定した結果を示す。
セルＮｏ８の燃料極がセルＮＯ７の酸化剤極であるように、各セルの集電板は燃料極集電板と酸化剤極集電板を兼ねている。
発電により水が生成するのは酸化剤極側であり、フラッディング及びドライアウトが発生するのも酸化剤極側の温度が支配的要因となる。
そこで、温度を測定するときは例えばセルＮｏ８の燃料極兼、セルＮｏ７の酸化剤極である集電板は、セルＮｏ７の酸化剤極集電板として扱うこととする。
また、セルＮｏ１の燃料極だけはどのセルの酸化剤極にもなっていないので、セルＮｏ１の燃料極として扱う。中央セルほど高温になり、端部セルほど低温となる。
また、その温度分布は中央セルをはさんでほぼ対称となった。
これは、中央セルは熱が篭もってしまって高温になるが、端部セルは放熱しやすいので、低温になるからである。ここで、両端セルであるセルＮｏ１とセルＮｏ８の酸化剤極温度を比較するとセルＮｏ１の方が高いことがわかる。
これはセルＮｏ８の酸化剤極はスタックの端部であり、放熱が促進されるのに対し、セルＮｏ１の酸化剤極はセルＮｏ１の燃料極を挟んで内側に存在しており、放熱が抑制されるためである。
そのため、同じ端部セルであってもセルＮｏ１の方が酸化剤極温度が高くなり、フラッディングしにくい状態にある。
そのため、セルＮｏ１が最上部になる図２０の配置方法であってもフラッディングによる大きな特性低下は確認されなかった。
また、各セルの温度分布は中央セルであるセル４で最高となり、端部セルのセル８で最低となり、温度分布は４９．４℃〜７４．８℃、温度差は２５℃であった。
このような温度分布があったとしても、図２０のようにセルＮｏ１を最上部セルに置く配置方法で駆動することにより、各セルの駆動９０分後の電圧分布は０．６３２Ｖ〜０．６６Ｖに収めることができ、安定駆動が可能となる燃料電池スタックの提供が可能となった。
【００４８】
［実施例２］
本実施例は実施例１で示したスタックの最上部セル、セルＮｏ８の吸水繊維のセルの外部に引き出した部分を集電板及びエンドプレートに接触させた例である。
実施例１で示した通り、セルＮｏ８が最上部になるように配置して駆動させた場合はセルＮｏ８の周囲の湿度が上昇し、吸水繊維の蒸散、排水性が低下してフラッディングにより大きく電圧が低下していた。
本実施例はセルＮｏ８のセルの外部に引き出した吸水繊維に集電板、エンドプレートの熱を与えることで高湿度雰囲気下においても蒸散、排水を促進し、フラッディングを抑制するものである。
スタックの構成部材、寸法などは実施例１と全く同様で、セルＮｏ８の吸水繊維の配置方法のみが実施形態６に示す図１４のように引き出した部分を集電体及びエンドプレートに接触させた。
【００４９】
評価条件は気温２５℃、相対湿度５０％の無風雰囲気においてブロワーによるフローを用いない自然吸気により、電流密度４００ｍＡ／ｃｍの定電流測定を行った。
スタックの配置方向は、セルＮｏ８を最上部となる配置方向とし、冷却温度は３５℃とした。
最もフラッディングしやすい最上部セルであるセルＮｏ８を比較したところ、実施例１はフラッディングにより大きく電圧が低下し、最大電圧に比べて駆動開始９０分後の電圧は０．３４１Ｖ低下していた。
これに対して、実施例２は電圧低下が０．１８３Ｖに低減されていた。
これは吸水繊維にスタックの熱を加えることにより、高湿度雰囲気下においても蒸散性、排水性が向上し、フラッディングが抑制されたためである。
これにより、スタック全体の電圧低下も実施例１では０．８７３Ｖであったのに対し、実施例２では０．７２３Ｖに低減された。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池スタックを構成する単セルの構成を説明するための分解斜視図。
【図２】本発明の実施形態における燃料電池セルに使用するセパレーターとの接触側に溝を形成した酸化剤流路形成材料の斜視図。
【図３】本発明の実施の形態における燃料電池セルに使用する溝を形成していない酸化剤流路形成材料の斜視図。
【図４】本発明の実施形態における燃料電池セルに使用するセパレーターとの接触側に溝を形成し、かつ溝の端部を削り落とした酸化剤流路形成材料の斜視図。
【図５】本発明の実施形態における図２に示す酸化剤流路形成部材に吸水性部材の両端部が酸化剤流路形成部材の端部よりも外側になるように配置した酸化剤流路形成材料及び吸水性部材の斜視図。
【図６】本発明の実施形態における図２に示す酸化剤流路形成部材に吸水性部材の両端部が酸化剤流路形成部材の端部と同一平面になるように配置した酸化剤流路形成材料及び吸水性部材の斜視図。
【図７】本発明の実施形態における図４に示す酸化剤流路形成部材に吸水性部材の両端部が酸化剤流路形成部材の端部と同一平面になるように配置した酸化剤流路形成材料及び吸水性部材の斜視図。
【図８】本発明の実施形態における図２に示す酸化剤流路形成部材に吸水性部材の両端部が酸化剤流路形成部材の端部よりも内側になるように配置した酸化剤流路形成材料及び吸水性部材の斜視図。
【図９】本発明の実施形態１における燃料電池スタックの構成を説明する断面図。
【図１０】本発明の実施形態２における燃料電池スタックの構成を説明する断面図。
【図１１】本発明の実施形態３における燃料電池スタックの構成を説明する断面図。
【図１２】本発明の実施形態４における燃料電池スタックの構成を説明する断面図。
【図１３】本発明の実施形態５における燃料電池スタックの構成を説明する断面図。
【図１４】本発明の実施形態６に示す燃料電池スタックの略断面図。
【図１５】実施例及び比較例のセルのセル温度とセル電圧の関係を表す図。
【図１６】実施例及び比較例のセルのセル温度と電解質膜抵抗の関係を表す図。
【図１７】実施例及び比較例のセルのセルセル温度６５℃における定電流特性を評価した図。
【図１８】実施例１において作製した燃料電池スタックのＩ−Ｖ曲線。
【図１９】実施例１において作製した燃料電池スタックのセルＮｏ８を最上部セルとして配置して測定した定電流測定における各セルの電圧。
【図２０】実施例１において作製した燃料電池スタックのセルＮｏ１を最上部セルとして配置して測定した定電流測定定電流測定における各セルの電圧。
【図２１】実施例１において作製した燃料電池スタックのセルＮｏ８を最上部セル及び最下部セルとして配置して測定した定電流測定におけるセルＮｏ８のセル電圧。
【図２２】実施例１において作製した燃料電池スタックのセルＮｏ１を最上部セルとして測定した定電流測定におけるセルＮｏ１のセル電圧及びセルＮｏ８を最上部セルとして測定した定電流測定におけるセルＮｏ８のセル電圧。
【図２３】実施例１において作製した燃料電池スタックの定電流駆動中の温度分布。
【符号の説明】
【００５１】
１：セパレーター
２：吸水性部材
３：酸化剤流路形成部材
４：構造保持部材
５：酸化剤極側ガス拡散層
６：支持部材
７：膜電極接合体
８：シール部材
９：燃料極側ガス拡散層
１０：燃料極室
１１：エンドプレート
【図１】
0005253106.tif 000002
【図２】
0005253106.tif 000003
【図３】
0005253106.tif 000004
【図４】
0005253106.tif 000005
【図５】
0005253106.tif 000006
【図６】
0005253106.tif 000007
【図７】
0005253106.tif 000008
【図８】
0005253106.tif 000009
【図９】
0005253106.tif 000010
【図１０】
0005253106.tif 000011
【図１１】
0005253106.tif 000012
【図１２】
0005253106.tif 000013
【図１３】
0005253106.tif 000014
【図１４】
0005253106.tif 000015
【図１５】
0005253106.tif 000016
【図１６】
0005253106.tif 000017
【図１７】
0005253106.tif 000018
【図１８】
0005253106.tif 000019
【図１９】
0005253106.tif 000020
【図２０】
0005253106.tif 000021
【図２１】
0005253106.tif 000022
【図２２】
0005253106.tif 000023
【図２３】
0005253106.tif 000024