(57)【要約】【課題】製品のコストアップを抑え、耐食性能が高い燃料電池のスタック並びにその製造方法を提供する。【解決手段】電解質膜電極積層体をその両側からガス流路を画成する第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃで挟むことによって燃料電池セルを構成し、これら積層される複数の各燃料電池セルを貫通してガス流路に連通するガスマニホールド３１Ｃを備える燃料電池スタックにおいて、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃにガスマニホールド３１Ｃを画成するマニホールド開口部４５，４６をそれぞれ形成し、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃのマニホールド開口部４５、４６の開口面積を相違させ、開口面積が大きい第一セパレータ７Ａのマニホールド開口内周端４９を第二セパレータ７Ｃに溶接してマニホールド溶接部４１Ｃを形成した。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対の電極触媒層で電解質膜を挟んで構成した電解質膜電極積層体をさらにその両側からガス流路を画成する金属製の第一、第二セパレータで挟むことによって燃料電池セルを構成し、これら積層される複数の燃料電池セルを貫通して各燃料電池セルのガス流路に連通するガスマニホールドを備える燃料電池スタックにおいて、
前記第一、第二セパレータに前記ガスマニホールドを画成するマニホールド開口部をそれぞれ形成し、前記第一、第二セパレータのマニホールド開口部の開口面積を相違させ、開口面積が大きい前記第一セパレータのマニホールド開口内周端を前記第二セパレータに溶接してマニホールド溶接部を形成したことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記第二セパレータの背面に対峙する前記第一セパレータのマニホールド開口内周端を加熱して前記マニホールド溶接部を形成した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】
前記第一、第二セパレータのマニホールド開口部のうち、前記ガスマニホールドにおけるガスの流れに対して上流側に位置する前記第一セパレータのマニホールド開口部の開口面積をこのガスの流れに対して下流側に位置する前記第二セパレータのマニホールド開口部の開口面積より大きく形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
隣接して積層される前記燃料電池セルのセパレータ同士の背面を接触させて両者間に温調媒体を流通させる流路を画成し、前記セパレータの前記電解質膜電極積層体に対峙する反応側表面のみに耐食被覆処理層を形成し、前記セパレータの前記背面同士が接触する部位の少なくとも一部を互いに接合する溶接部を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記第一、第二セパレータを溶接した後、少なくともこの溶接部の表面に耐食皮膜を形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
対の電極触媒層で電解質膜を挟んで構成した電解質膜電極積層体をさらにその両側からガス流路を画成して挟むことで燃料電池セルを構成する金属製の第一、第二セパレータであり、これら積層される複数の燃料電池セルを貫通して各燃料電池セルのガス流路に連通するガスマニホールドを備える燃料電池セパレータにおいて、
前記第一、第二セパレータにガスマニホールドを画成するマニホールド開口部をそれぞれ形成し、前記第一、第二セパレータのマニホールド開口部の開口面積を相違させ、開口面積が大きい前記第一セパレータのマニホールド開口内周端を前記第二セパレータに溶接してマニホールド溶接部を形成したことを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項７】
対の電極触媒層で電解質膜を挟んで構成した電解質膜電極積層体をさらにその両側からガス流路を画成する金属製の第一、第二セパレータで挟むことによって燃料電池セルを構成し、これら積層される複数の燃料電池セルを貫通して各燃料電池セルのガス流路に連通するガスマニホールドを備える燃料電池スタックの製造方法において、
前記第一、第二セパレータに前記ガスマニホールドを画成するマニホールド開口部をそれぞれ形成し、前記第一、第二セパレータのマニホールド開口部の開口面積を相違させ、開口面積が大きい前記第一セパレータのマニホールド開口内周端を前記第二セパレータに溶接してマニホールド溶接部を形成することを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータを金属板で構成するのに好適な燃料電池スタックおよび燃料電池セパレータ並びにその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を備え、この電解質膜を挟んで設けられる一対の電極のうちアノードに燃料ガスを供給するとともに、他方のカソードに酸化剤ガスを供給し、電解質膜の表面で生じる電気化学反応を利用して発電するものである。
【０００３】
１つの燃料電池セルは、一対の電極触媒層で電解質膜を挟んで構成する電解質膜電極積層体（ＭＥＡ）と、電解質膜電極積層体の両側にガス流路を画成するセパレータとを備える。
【０００４】
セパレータは燃料ガスあるいは酸化剤ガスを流通させるガス流路を画成するとともに、温調媒体を流通させる温調媒体流路を画成する。
【０００５】
また、セパレータは、各燃料電池セルの電極触媒層から出力を取り出す導電経路を兼ねるため、全体が導電性の材料で構成される。
【０００６】
従来、燃料電池用のセパレータは耐食性と導電性を兼ね備えたカーボン製のものが用いられてきたが、近年、金属製セパレータを用いて製品のコストダウンをはかるとともに、セパレータを薄肉化して出力密度を向上させる燃料電池構造が、例えば特許文献１〜４にあるように、種々提案されている。
【０００７】
特許文献１には、ステンレス鋼板の表面にクラッドされたチタン又はチタン合金による耐食被覆処理層を形成したセパレータが開示されている。
【０００８】
特許文献２には、ステンレス鋼板の表面に貴金属メッキ層からなる耐食被覆処理層が形成したセパレータが開示されている。
【０００９】
特許文献３には、ステンレス鋼板の表面にチタンコーティング層からなる耐食被覆処理層を形成したセパレータが開示されている。
【００１０】
特許文献４には、金属板の表面に貴金属メッキ層からなる耐食被覆処理層を形成したセパレータが開示されている。
【００１１】
特許文献５には、２枚のセパレータを溶接し、燃料電池セルを貫通するガスマニホールドを画成する構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−００２４１１号公報
【特許文献２】特開２００５−１９０９６８号公報
【特許文献３】特開２００５−２７６８０７号公報
【特許文献４】特開２００５−３１７４７９号公報
【特許文献５】特開２００４−１２７６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、このような従来の燃料電池スタックにあっては、２枚の金属製セパレータを溶接し、溶接した金属製セパレータの端部がガスマニホールドを画成する構造となっているため、溶接したセパレータの開口端の間に隙間が有り、この隙間部分に腐食が発生する可能性があった。
【００１３】
また、金属製セパレータや集電板の表面に耐食被覆処理層が形成される場合、高価な貴金属の使用量が増え、製品のコストアップを招くという問題点があった。
【００１４】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、製品のコストアップを抑え、耐食性能が高い燃料電池のスタックおよび燃料電池セパレータ並びにその製造方法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】
【００１５】
本発明は、対の電極触媒層で電解質膜を挟んで構成した電解質膜電極積層体をさらにその両側からガス流路を画成する金属製の第一、第二セパレータで挟むことによって燃料電池セルを構成し、これら積層される複数の燃料電池セルを貫通して各燃料電池セルのガス流路に連通するガスマニホールドを備える燃料電池スタックおよび燃料電池セパレータ並びにその製造方法に適用する。
【００１６】
そして、第一、第二セパレータにガスマニホールドを画成するマニホールド開口部をそれぞれ形成し、第一、第二セパレータのマニホールド開口部の開口面積を相違させ、開口面積が大きい第一セパレータのマニホールド開口内周端を第二セパレータに溶接してマニホールド溶接部を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、開口面積が大きい第一セパレータのマニホールド開口内周端を第二セパレータに溶接してマニホールド溶接部を形成するため、第一、第二セパレータのマニホールド溶接部よりマニホールド開口部側に位置する部位に隙間を作ることがなく、この部位が腐食することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の燃料電池スタックおよび燃料電池セパレータ並びにその製造方法の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの斜視図であり、図２は燃料電池スタックの平面図である。図１、図２に示すように、燃料電池スタック１は、複数の燃料電池セル２を直列に積層するとともに、積層方向の両端に対の集電板１４と絶縁板１５とエンドプレート１６を配置して、複数本のタイロッド１３が各エンドプレート１６を引き寄せることにより各燃料電池セル２の積層方向に締め付け荷重が付与される。
【００２０】
なお、自動車に搭載される燃料電池にあっては、燃料電池スタック１は例えば３００〜４００個の燃料電池セル２が直列に積層される。燃料スタック１で生じた起電力は各集電板１４の出力端子１４Ａ、１４Ｂを介して取り出される。
【００２１】
一方のエンドプレート１６にはカソードガス入口５１、温調媒体入口５２、アノードガス入口５３、カソードガス出口５４、温調媒体出口５５、アノード出口５６が開口し、これらに図示しない配管が接続される。
【００２２】
図３に示すように、単位ユニットとして設けられる燃料電池セル２は、一対の電極触媒層５Ａ、５Ｃで電解質膜４を挟んで構成した電解質膜電極積層体（ＭＥＡ）３と、電解質膜電極積層体３の両側にガス流路８Ａ、８Ｃを画成する第一、第二セパレータ（セパレータ）７Ａ、７Ｃとを備える。
【００２３】
電解質膜電極積層体３は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜４を備え、この電解質膜４の反応領域の両面に各極の電極触媒層５Ａ、５Ｃを配置し、さらにこれらを挟持するように各極のガス拡散層６Ａ、６Ｃを配置して構成される。電極触媒層５Ａ、５Ｃは例えば白金または白金と他の金属からなる合金によって形成される。ガス拡散層６Ａ、６Ｃは例えばカーボンクロス、カーボンペーパ、あるいはカーボンフェルト等、ガス拡散性と導電性を有する材料によって構成される。
【００２４】
燃料電池は、電解質膜４を挟んで設けられる一方のアノードに燃料ガスを供給するとともに、他方のカソードに酸化剤ガスを供給することにより、電解質膜４の表面で下記の（１）、（２）式で表される反応がそれぞれ行われて発電する。
アノード反応：Ｈ2  →  ２Ｈ+  ＋  ２ｅ-                        …（１）
カソード反応：２Ｈ+  ＋  ２ｅ-  ＋  （１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ    …（２）
電解質膜電極積層体３の両側には電解質膜４の反応領域を囲む周辺領域にガスケットが配置され、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃはこのガスケットを介して電解質膜電極積層体３を挟持する。
【００２５】
ガスケットはシリコーンゴム、ＥＰＤＭまたはフッ素ゴム等のゴム状弾性材料によって形成される。ガスケットは第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃあるいは弾性係数の大きい薄板材に一体化しても良い。この薄板材は例えば、ポリカーボネ−ト、ポリエチレンテレフタレートによって形成され、電解質膜電極積層体３に例えば熱硬化型フッ素系あるいは熱硬化型シリコンの液状シールによって接着される。
【００２６】
第一セパレータ７Ａとガス拡散層６Ａの間にアノードガスを導くガス流路８Ａが画成される。アノードガスとして例えば水素ガスを図示しない入口マニホールドからガス流路８Ａに導入し、このガス流路８Ａを通してガス拡散層６Ａに供給し、反応に利用されなかったガスを出口マニホールドに排出する。
【００２７】
第二セパレータ７Ｃとガス拡散層６Ｃの間にカソードガスを導くガス流路８Ｃが画成される。カソードガスとして例えば空気を入口マニホールドからガス流路８Ｃに導入して、ガス流路８Ｃを通してガス拡散層６Ｃに供給し、反応に利用されなかったガスを出口マニホールドに排出する。
【００２８】
第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの間には温調媒体を流通させる温調媒体流路９が画成される。温調媒体流路９は温調媒体として例えば冷却水を入口マニホールドから導入して第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの間を通して出口マニホールドに排出する。温調媒体は第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃを介して反応熱を吸収し、燃料電池スタック１を冷却する。
【００２９】
また、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの間にも図示しないガスケットが介装され、温調媒体の漏洩防止がはられる。
【００３０】
なお、温調媒体は、高い電気抵抗値を有することが望ましく、自動車に搭載される燃料電池にあっては、寒冷地でも凍結しない不凍液を用いる。
【００３１】
金属板からなる第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃは、燃料電池の作動条件や電池内環境を考慮して、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼が使用される。
【００３２】
なお、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの基材は、これに限らず、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの少なくとも一つ以上を主成分とするステンレス鋼であるか、Ａｌ、Ｔi、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｆｅの単体もしくはこれらを主成分とする合金としても良い。
【００３３】
第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃは、流路等の形状を型彫りした金型により金属板をプレス成形することにより製作される。この金属板の厚さは、例えば、０．１〜１．０［ｍｍ］程度に設定される。
【００３４】
図４は第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃを接合したセパレータ接合体３０の断面図である。第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃは波板状に形成され、ガス拡散層６Ａ、６Ｃに隣接する凸部２１と、隣接する燃料電池セル２のセパレータ７Ａ、７Ｃと隣接する凸部２２とが交互に並ぶように形成される。各凸部２１、２２の間に画成される各ガス流路８Ａ、８Ｃ、温調媒体流路９の流路幅は例えば、０．１〜５．０［ｍｍ］程度に設定される。
【００３５】
第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃは電解質膜電極積層体３に対峙する反応側表面２５と、その反対側の背面２６とを有し、各反応側表面２５によって各ガス流路８Ａ、８Ｃが画成される一方、背面２６によって温調媒体流路９が画成される。
【００３６】
ステンレス鋼を基材とする第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃは、各反応側表面２５のみに耐食被覆処理層２７を形成し、各背面２６には耐食被覆処理層を形成しないものとする。
【００３７】
反応側表面２５に施される耐食被覆処理層２７は、例えば金（Ａｕ）からなり、その厚さを５［μｍ］程度とする金メッキ層を形成し、燃料電池特有の強酸性環境、特に硫酸酸性環境での耐食性を確保する。
【００３８】
なお、反応側表面２５に施される耐食被覆処理層２７は、金メッキ層に限らず、耐食性向上のための、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）を用いたコーティングもしくは表面改質処理によって形成しても良い。
【００３９】
一方、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの各背面２６にはこの耐食被覆処理層が形成されず、その表層に酸化皮膜が形成される。隣接する燃料電池セル２の第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの背面２６同士を溶接部１０により接合する。この溶接部１０は電極触媒層５Ａ、５Ｃに挟まれる反応領域に形成される。
【００４０】
背面２６の表層に形成される酸化皮膜は、絶縁性を持つ被膜であるが、隣接する燃料電池セル２の第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの背面２６同士を溶接部１０により接合する。溶接部１０では第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃ間の接触電気抵抗が発生せず、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの貫通電気抵抗を低減し、燃料電池の発電性能を高められる。
【００４１】
金属板をプレス成形することにより形成される各凸部２１、２２は、平面状に延びるリブ平面部２１ａ、２２ａと、このリブ平面部２１ａ、２２ａの端部で円弧状に曲折するリブ角部２１ｂ、２２ｂを有する。
【００４２】
溶接部１０は、各ガス流路８Ａ、８Ｃを画成する溝底となるリブ平面部２１ａ同士を溶接する。
【００４３】
図５はセパレータ接合体３０の平面図である。セパレータ接合体３０の一端部には温調媒体マニホールド３３と各ガスマニホールド３１Ａ、３１Ｃが開口している。セパレータ接合体３０の図示しない他端部には同様に温調媒体マニホールドと各ガスマニホールドが開口し、これらがエンドプレート１６の温調媒体出口５５、アノード出口５６、カソードガス出口５４にそれぞれ連通している。
【００４４】
この温調媒体マニホールド３３はエンドプレート１６の温調媒体入口５２に連通している。温調媒体マニホールド３３は温調媒体入口５２から導入される温調媒体を各セパレータ接合体３０に設けられる温調媒体流路９に分配する。
【００４５】
セパレータ接合体３０には温調媒体マニホールド３３のまわりにて第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃを溶接するマニホールド溶接部４３が形成される。マニホールド溶接部４３は温調媒体マニホールド３３のまわりにコの字形に延び、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの間を温調媒体マニホールド３３に連通する開口部３４が形成される。
【００４６】
ガスマニホールド３１Ａはエンドプレート１６のアノードガス入口５３に連通している。ガスマニホールド３１Ａはアノードガス入口５３から導入されるアノードガスを各燃料電池セル２に設けられるガス流路８Ａに分配する。
【００４７】
セパレータ接合体３０にはガスマニホールド３１Ａのまわりにて第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃを溶接するマニホールド溶接部４１Ａが形成される。マニホールド溶接部４１Ａはガスマニホールド３１Ａのまわりに環状に延び、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの間をガスマニホールド３１Ａに対して閉塞している。
【００４８】
ガスマニホールド３１Ｃはエンドプレート１６のカソードガス入口５１に連通している。ガスマニホールド３１Ｃはカソードガス入口５１から導入されるカソードガスを各燃料電池セル２に設けられるガス流路８Ｃに分配する。
【００４９】
セパレータ接合体３０にはガスマニホールド３１Ｃのまわりにて第一、第二セパレータ７Ｃを溶接するマニホールド溶接部４１Ｃが形成される。マニホールド溶接部４２はガスマニホールド３１Ｃのまわりに環状に延び、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの間をガスマニホールド３１Ｃに対して閉塞している。
【００５０】
セパレータ接合体３０にはその周縁部に沿って第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃを溶接する周縁溶接部４４が形成される。
【００５１】
図６は図５のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図６に示す第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの部位は周縁溶接部４４とマニホールド溶接部４１Ｃが設けられている。
【００５２】
図６に示すように、ガスマニホールド３１Ｃに対峙する第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃのマニホールド開口部４５、４６の開口面積（打ち抜き面積）を相違させ、開口面積が大きい第一セパレータ７Ａのマニホールド開口内周端４９を加熱して第二セパレータ７Ｃに溶接してマニホールド溶接部４１Ｃを形成する。
【００５３】
第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃのマニホールド開口部４５、４６は互いに相似形に形成され、両者は例えば１［ｍｍ］の間隔を持って平行に延びている。
【００５４】
マニホールド溶接部４１Ｃは第一セパレータ７Ａのマニホールド開口内周端４９を溶融させて第二セパレータ７Ｃに接合し、この第一セパレータ７Ａのマニホールド開口内周端４９がマニホールド溶接部４１Ｃより離れないように形成される。なお、第二セパレータ７Ｃのマニホールド開口部４６はマニホールド溶接部４１Ｃから所定距離だけ離れている。
【００５５】
また、同様にしてガスマニホールド３１Ａに対峙する第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃのマニホールド開口部４５、４６の開口面積を相違させ、開口面積が大きい第一セパレータ７Ａのマニホールド開口内周端４９を加熱して第二セパレータ７Ｃに溶接してマニホールド溶接部４１Ａが形成される。
【００５６】
第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃを溶接した後、各溶接部１０、４１Ａ、４１Ｃ、４４およびその周辺部の表面に耐食皮膜２８を形成する。耐食皮膜２８は例えばメッキ処理によって形成される。
【００５７】
溶接部４１Ａ、４１Ｃの表面に形成される耐食皮膜２８は溶接部４１Ａ、４１Ｃに隣接して延びる第二セパレータ７Ｃの背面２６に渡って形成される。
【００５８】
この耐食皮膜２８を形成する方法として、例えば、樹脂コーティングを行う方法、あるいはレーザビームを照射する方法や他の加熱方法を用いても良い。
【００５９】
図７の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すセパレータ接合体３０の製造工程について説明する。
【００６０】
まず、図７の（ａ）に示すように、基材３１の片面に耐食被覆処理層２７を形成した金属板３２をプレス成形して第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃを形成する。なお、基材３１をプレス成型した後に、基材３１に耐食被覆処理層２７を形成しても良い。
【００６１】
次に、図７の（ｂ）に示すように、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃを溶接部４１Ｃ、４４によって接合する。
【００６２】
次に、図７の（ｃ）に示すように、溶接部４１Ｃ、４４およびその周辺部の表面に耐食皮膜２８を形成する。
【００６３】
このようにして第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃを互いに接合したセパレータ接合体３０が形成される。
【００６４】
以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。
【００６５】
第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃにおいて電解質膜電極積層体３に対峙する反応側表面２５は、高温、高加湿、酸性雰囲気下における耐食性が要求される。これに対処して各反応側表面２５に酸化劣化しにくい耐食被覆処理層２７を形成することにより、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの基材となるステンレス鋼が保護され、十分な耐食性が確保される。耐食被覆処理層２７を介して各反応側表面２５の導電性が維持されることにより、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃと電解質膜電極積層体３の接触電気抵抗が小さく保たれる。
【００６６】
溶接部１０、４１Ａ、４１Ｃ、４４は溶接時の熱影響により組織変化および応力の残留による耐食性低下が起こる。このため、カソード側の第二セパレータ７Ｃの反応側表面２５にあっては溶接部１０、４１Ａ、４１Ｃ、４４とその周辺部で耐食被覆処理層２７が損傷されるが、溶接部１０、４１Ａ、４１Ｃ、４４およびその周辺部に熱処理を行うことにより、その表面に耐食皮膜２８が形成され、溶接時に生じた組織変化および応力の残留による耐食性低下の影響を軽減する。
【００６７】
第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃにおいて温調媒体流路９を画成する背面２６は、上記反応側表面２５に比べて要求される耐食性が低い。これに対応して、各背面２６には耐食被覆処理層を形成しないため、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの両面２５、２６に耐食被覆処理層を形成する従来構造に比べて耐食被覆処理層２７を形成する工数が減るとともに、耐食被覆処理層２７に用いられる貴金属の使用量が減らされ、製品のコストダウンがはかれる。
【００６８】
各背面２６にはこの耐食被覆処理層が形成されないものの、この背面２６は燃料電池の作動中に温調媒体流路９を流れる冷却水（温調媒体）にさらされることにより、その表層に酸化皮膜が形成される不働態処理が行われ、その耐食性が高められる。
【００６９】
背面２６の表層に形成される酸化皮膜は、絶縁性の被膜であるが、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの背面２６同士を溶接部１０、４１Ａ、４１Ｃ、４４により接合するため、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃ間の電気抵抗を低減し、燃料電池スタック１の発電性能を高められる。
【００７０】
また、溶接部１１により第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃ同士が一体化したセパレータ接合体３０が設けられるため、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの位置にズレが生じることが防止されるとともに、燃料電池スタック１の部品数を減らし、組み立て性を高められる。
【００７１】
ガスマニホールド３１Ａ、３１Ｃに対峙する第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃのマニホールド開口部４５、４６の開口面積を相違させ、開口面積が大きい第一セパレータ７Ａのマニホールド開口内周端４９を第二セパレータ７Ｃに溶接してマニホールド溶接部４１Ａ、４１Ｃを形成したため、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃのマニホールド溶接部４１Ａ、４１Ｃよりマニホールド開口部４５、４６側に位置する部位に隙間を作ることがなく、この部位が腐食することを防止できる。
【００７２】
図８に示す比較例は、ガスマニホールド３１Ｃに対峙する第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃのマニホールド開口部４５、４６の開口面積が等しく、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃのマニホールド開口部４５、４６より離れた部位を互いに溶接してマニホールド溶接部４１Ｃが形成され、マニホールド溶接部４１Ｃよりマニホールド開口部４５、４６側に隙間４８が作られる。このため、ガス流路８Ａ、８Ｃを流れる流体中に例えばハロゲンイオンが存在する場合、隙間４８とガスマニホールド３１Ａ、３１Ｃのハロゲンイオン濃度に差異が発生すると、濃淡電池となって隙間４８に腐食電流が発生し、隙間４７を画成する第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの部位に腐食が発生する可能性がある。
【００７３】
本実施の形態では、マニホールド溶接部４１Ａ、４１Ｃを形成する溶接時に、第二セパレータ７Ｃの背面２６に対峙している第一セパレータ７Ａのマニホールド開口内周端４９を加熱するため、溶接時に溶融するマニホールド開口内周端４９が第二セパレータ７Ｃの背面２６に固着してマニホールド溶接部４１Ａ、４１Ｃが形成され、マニホールド溶接部４１Ａ、４１Ｃに溶接不良が生じることを防止できる。
【００７４】
溶接部１０、４１Ａ、４１Ｃ、４４は溶接時の熱影響により組織変化および応力の残留による耐食性低下が起こる。このため、溶接部１０、４１Ａ、４１Ｃ、４４とその周辺部で耐食被覆処理層２７が損傷されるが、溶接部１０、４１Ａ、４１Ｃ、４４およびその周辺部の表面に耐食皮膜２８を形成することにより、ここに腐食が生じることを抑えられる。
【００７５】
溶接部４１Ａ、４１Ｃに隣接して延びる第二セパレータ７Ｃの背面２６は、ガス流路８Ａ、８Ｃを流れる流体に晒されるが、この背面２６にも耐食皮膜２８が形成されることにより、この背面２６に腐食が生じることを抑えられる。
【００７６】
（実施例１）
図１０は図９のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図１０に示す第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの部位はマニホールド溶接部４１Ｃが設けられている。
【００７７】
図１０に矢印で示すように、ガスマニホールド３１Ｃを流れるカソードガスは各燃料電池セル２に設けられるガス流路８Ｃに分流する。
【００７８】
本実施例では、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃのマニホールド開口部４５、４６のうち、ガスマニホールド３１Ａにおけるカソードガスの流れに対して上流側に位置する第一セパレータ７Ａのマニホールド開口部４５の開口面積をカソードガスの流れに対して下流側に位置する第二セパレータ７Ｃのマニホールド開口部４６の開口面積より大きく形成し、開口面積が大きい第一セパレータ７Ａのマニホールド開口内周端４９を加熱して第二セパレータ７Ｃに溶接してマニホールド溶接部４１Ｃを形成する。
【００７９】
また、同様にしてガスマニホールド３１Ａに対峙する第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃのマニホールド開口部４５、４６の開口面積を相違させ、開口面積が大きい第一セパレータ７Ａのマニホールド開口部４５をアノードガスの流れに対して上流側に配置する。
【００８０】
この場合、カソードガスの流れに対して上流側に位置するマニホールド開口部４５の開口面積を下流側に位置するマニホールド開口部４６の開口面積より大きく形成したため、ガスマニホールド３１Ｃからガス流路８Ｃに流入するカソードガスの流れが円滑になり、各燃料電池セル２に導入されるカソードガス流量を増やして、燃料電池スタック１の発電性能を高められる。
【００８１】
（実施例２）
図１１に示すように、前記第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの温調媒体流路９に対峙する背面２６に耐食被覆処理層２９を形成するものを実施例２とする。
【００８２】
図１１の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すセパレータ接合体３０の製造工程について説明する。
【００８３】
まず、図１１の（ａ）に示すように、基材３１の両面に耐食被覆処理層２７、２９をそれぞれ形成した金属板３２をプレス成形して第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃを形成する。なお、基材３１をプレス成型した後に、基材３１に耐食被覆処理層２７、２９を形成しても良い。
【００８４】
次に、図１１の（ｂ）に示すように、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃを溶接部４１Ｃ、４４によって接合する。
【００８５】
次に、図１１の（ｃ）に示すように、溶接部４１Ｃ、４４およびその周辺部の表面に耐食皮膜２８を形成する。
【００８６】
このようにして第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃを互いに接合したセパレータ接合体３０が形成される。
【００８７】
この場合、耐食被覆処理層２９によって第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの背面２６の耐食性を高められるとともに、耐食被覆処理層２９として導電性の高い例えば金メッキ層を形成することにより、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃ間の接触電気抵抗を有効に低減することができる。
【００８８】
なお、セパレータ接合体３０に要求される耐食性能によっては、耐食被覆処理層２７、２９、耐食皮膜２８のいずれかを形成しない構造としても良い。
【００８９】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００９０】
（ア）対の電極触媒層５Ａ、５Ｃで電解質膜４を挟んで構成した電解質膜電極積層体３をさらにその両側からガス流路８Ａ、８Ｃを画成する第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃで挟むことによって燃料電池セル２を構成し、これら積層される複数の各燃料電池セル２を貫通してガス流路８Ａ、８Ｃに連通するガスマニホールド３１Ａ、３１Ｃを備える燃料電池スタック１において、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃにガスマニホールド３１Ａ、３１Ｃを画成するマニホールド開口部４５，４６を形成し、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃのマニホールド開口部４５、４６の開口面積を相違させ、開口面積が大きい第一セパレータ７Ａのマニホールド開口内周端４９を第二セパレータ７Ｃに溶接してマニホールド溶接部４１Ｃを形成した。このため、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃのマニホールド溶接部４１Ｃよりマニホールド開口部４５、４６側に位置する部位に隙間を作ることがなく、この部位が腐食することを防止できる。
【００９１】
（イ）マニホールド溶接部４１Ａ、４１Ｃを形成する溶接時に、第二セパレータ７Ｃの背面２６に対峙している第一セパレータ７Ａのマニホールド開口内周端４９を加熱する。このため、溶接時に溶融するマニホールド開口内周端４９が第二セパレータ７Ｃの背面２６に固着してマニホールド溶接部４１Ａ、４１Ｃが形成され、マニホールド溶接部４１Ａ、４１Ｃに溶接不良が生じることを防止できる。
【００９２】
（ウ）第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃのマニホールド開口部４５、４６のうち、ガスマニホールド３１Ａにおけるカソードガスの流れに対して上流側に位置する第一セパレータ７Ａのマニホールド開口部４５の開口面積をカソードガスの流れに対して下流側に位置する第二セパレータ７Ｃのマニホールド開口部４６の開口面積より大きく形成した。このため、ガスマニホールド３１Ｃからガス流路８Ｃに流入するカソードガスの流れが円滑になり、各燃料電池セル２に導入されるカソードガス流量を増やして、燃料電池スタック１の発電性能を高められる。
【００９３】
（エ）隣接して積層される燃料電池セル２の第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃ同士の背面２６を接触させて両者間に温調媒体を流通させる流路９を画成し、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの電解質膜電極積層体３に対峙する反応側表面２５のみに耐食被覆処理層２７を形成し、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの背面２６同士が接触する部位を互いに溶接した溶接部１０を備えた。このため、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの耐食性を確保するとともに、第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃの背面２６に耐食被覆処理層２７を形成する工数を減らして製品のコストダウンがはかれる。背面２６同士の溶接部１０を介して耐食被覆処理層２７が形成されない背面２６間の抵抗を低減し、燃料電池の発電性能を高められる。
【００９４】
（オ）第一、第二セパレータ７Ａ、７Ｃを溶接した後、少なくとも溶接部１０、４１Ａ、４１Ｃ、４４の表面に耐食皮膜２８を形成する。このため、溶接部１０、４１Ａ、４１Ｃ、４４が形成されることによって耐食被覆処理層２７が損傷しても、耐食皮膜２８によってこれに腐食が生じることを抑えられる。
【００９５】
なお、本実施の形態では、第一セパレータ７Ａがアノードガスを導くガス流路８Ａを画成し、第二セパレータ７Ｃがカソードガスを導くガス流路８Ｃを画成するものとしたが、本発明の第一、第二セパレータは、これに限らず、アノードガスまたはカソードガスのいずれかを導くガス流路を画成するものとする。
【００９６】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施形態を示す燃料電池スタックの斜視図。
【図２】同じく燃料電池スタックの平面図。
【図３】同じく燃料電池スタックの断面図。
【図４】同じく第一、第二セパレータの断面図。
【図５】同じくセパレータ接合体の平面図。
【図６】同じく図５のＡ−Ａ線に沿うセパレータ接合体の断面図。
【図７】同じくセパレータ接合体の製造工程を示す断面図。
【図８】比較例を示すセパレータ接合体の断面図。
【図９】第１実施例を示すセパレータ接合体の平面図。
【図１０】同じく図９のＡ−Ａ線に沿うセパレータ接合体の断面図。
【図１１】第２実施例を示すセパレータ接合体の製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
【００９８】
１  燃料電池スタック
２  燃料電池セル
３  電解質膜電極積層体
４  電解質膜
５Ａ、５Ｃ  電極触媒層
７Ａ、７Ｃ  第一、第二セパレータ
８Ａ、８Ｃ  ガス流路
９  温調媒体流路
２５  反応側表面
２６  背面
２７  耐食被覆処理層
２８  耐食皮覆
３０  セパレータ接合体
３１Ａ、３１Ｃ  ガスマニホールド
４１Ｃ  マニホールド溶接部
４５、４６  マニホールド開口部
４９  マニホールド開口内周端
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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