(57)【要約】【課題】燃料電池が運転と停止を繰り返すことによる温度変化や、運転中の負荷変動による燃料ガス、酸化剤ガスの乾湿変化や流速の変化、さらに高分子電解質膜から発生する酸などさまざまな条件の中で、ガス流路溝内の親水性を長期的に維持できるセパレータを提供する。【解決手段】膜電極接合体と対向する面に親水化処理を行った酸化剤ガス流路溝３００を有するカソード側セパレータ１であって、酸化剤ガス流路溝３００内の親水性物質１４がガス流路溝の一部分を除いて左側面部の接着剤１１、右側面部の接着剤１２、底面部の接着剤１３によって付着しているセパレータとすることにより、均一にあらかじめ塗られた接着剤が部分的に縁切りされ、燃料電池の運転時の温度変化によるセパレータの膨張収縮により剥離することなく、酸化剤ガス流路溝３００内の親水性を長期的に維持できるセパレータとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と対向する面に親水化処理を行ったガス流路溝を有するセパレータであって、
前記ガス流路溝内の親水性物質が、前記ガス流路溝の一部分を除いて接着剤によって付着しているセパレータ。
【請求項２】
前記ガス流路溝内の前記親水性物質が、前記ガス流路溝をガスが流れる方向と垂直に切断してできる略矩形の流路溝断面の側面を示す直線と底面を示す直線の仮想交点近傍に当たる角部分を除いた部分に、接着剤によって付着している請求項１に記載のセパレータ。
【請求項３】
前記親水性物質が、蓄水性の材料を含む、請求項１または２に記載のセパレータ。
【請求項４】
前記親水性物質が、前記ガス流路溝の表面に親水性を向上させる凹凸を形成する、請求項１から３のいずれか１項に記載のセパレータ。
【請求項５】
前記膜電極接合体と対向する面に請求項１から４のいずれか１項に記載のセパレータを有するセルを含む燃料電池。
【請求項６】
膜電極接合体と対向する面に親水化処理を行ったガス流路溝を有するセパレータの製造方法であって、
前記ガス流路溝内の親水性物質が、前記ガス流路溝の一部分を除いて接着剤によって付着しているセパレータにおいて、
前記ガス流路溝内に挿入される接着剤塗布手段を用いて、前記ガス流路溝内に前記ガス流路溝の一部分を除いて接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
前記接着剤塗布工程で接着剤が塗布された前記ガス流路溝に、親水性物質を付着させる親水性物質付着工程と、を有するセパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質型燃料電池（以下、ＰＥＦＣと称す）における燃料電池用セパレータ及びその製造方法と燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＰＥＦＣは、水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることにより、電力と熱を同時に発生させる。ＰＥＦＣは基本的構成要素として、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜と、その高分子電解質膜の両面に形成されたアノード電極、カソード電極とを含む。
【０００３】
これらの電極は、高分子電解質膜の表面に形成される触媒層と、その触媒層の外側に配置されたガス拡散層（ＧＤＬ）を有する。ＧＤＬは通気性と電子導電性を併せ持つ。このように高分子電解質膜と電極とが一体的に接合されて組み立てられて、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）が構成されている。
【０００４】
さらに、ＭＥＡの両側には、ＭＥＡを機械的に挟み込んで固定するとともに、隣接する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置される。セパレータのＭＥＡと接触する部分には、それぞれの電極に反応ガスを供給し、また生成水や余剰ガスを運び去るためのガス流路が形成されている。
【０００５】
このように、ＭＥＡが一対のセパレータにより挟み込まれた構造体を電池セル（モジュール）という。この電池セルを数十から数百積層させたものの両側を集電体ではさみ、さらに外側をエンドプレートで所定の荷重で締結したものを燃料電池スタックと呼ぶ。
【０００６】
導電性セパレータは、水素等の燃料ガス及び、空気等の酸化剤ガス、冷媒としての水の流路として溝を各セパレータの表面に有する。
【０００７】
上記セパレータは、燃料ガスと酸化剤ガスとを完全に分離した状態で電極に供給する為にガス不透過性が必要とされ、また、発電効率を高める為にセパレータの固体抵抗、接触するガス拡散層（ＧＤＬ）との接触抵抗を低減して、高い導電性を有することが必要である。
【０００８】
さらに、積層された電池セルを強く締結する必要があるため、セパレータがその力に耐えられる材料強度が求められる。
【０００９】
このような性質を有するセパレータとしては、従来から、炭素質系の材料として粉末黒鉛に熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のバインダを混入して、金型にて成形し結着させたものや、腐食防止処理された板金をプレスにて波板状に成形してできたものなどがある。
【００１０】
さて、燃料電池の発電機構は、電池セルのアノード側に供給された燃料ガスとカソード側に供給された酸化剤ガスとが、下記反応により生じる電子（ｅ-）の流れを電気エネルギーとして外部に取り出すものである。
【００１１】
アノード側：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
カソード側：１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
全反応    ：Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ
上記電池反応は、高分子電解質膜を適度に湿潤状態にして、燃料ガスをイオン化する必
要がある。燃料ガスと酸化剤ガスは、電池の運転温度に近い温度でそれぞれ加湿される。アノード電極側に供給された加湿された燃料ガスは、触媒電極上でイオン化（Ｈ+）されて、Ｈ+は高分子電解質膜を介して水とともにカソード側へ移動し、カソード側において水を生成する。
【００１２】
さらに高分子電解質膜を湿潤状態に維持するために添加した加湿された酸化剤ガスに対して生成水が蒸気として加わることにより撥水性のガス拡散層やセパレータのガス流路溝で凝縮して水滴を生成する。
【００１３】
上記電池反応により生成した水は、その表面張力の大きさから上記ガス拡散層やガス流路溝に停滞して、ガス拡散層や、セパレータのガス流路溝を詰まらせ、燃料ガスや酸化剤ガスの流れを阻害するフラッディング現象を生じさせてしまうことから燃料電池の性能低下や、不安定な運転の要因となる。
【００１４】
このため、燃料電池用セパレータには、その表面が生成水に対して親水性（濡れ性）が高く、ガス拡散層から撥水作用により押し出された生成水をガス流路溝に呼び込み、ガス流路溝に停滞した生成水を燃料ガス、酸化剤ガスとともに下流に排出除去し、燃料ガス、酸化剤ガスを電池セルに安定して供給することが求められている。
【００１５】
加えて、ＰＥＦＣは、およそ１０年の耐久性が必要なため、セパレータの親水性（濡れ性）の長期耐久性が求められている。
【００１６】
従来のセパレータとしては、セパレータのガス流路溝にのみ親水性樹脂硬化皮膜が形成されているものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【００１７】
図面を使って詳しく説明する。
【００１８】
図９は、従来の親水化処理されたセパレータ１００の酸化剤ガス流路溝を、ガスが流れる方向と垂直に切断した断面図である。
【００１９】
図９の従来の親水化処理されたセパレータ１００の酸化剤ガス流路溝を、ガスが流れる方向と垂直に切断した断面図中の親水性樹脂硬化皮膜３０５は、親水性樹脂含有液を加熱硬化させたものである。
【００２０】
図９の従来の親水化処理されたセパレータ１００の酸化剤ガス流路溝を、ガスが流れる方向と垂直に切断した断面図の酸化剤ガス流路溝３００内にのみ親水化処理をする為に、親水性樹脂含有液をスプレーにて噴霧するスプレー法や親水性樹脂含有液の槽にセパレータを浸漬するディッピング法などで塗布する方法が示されている。
【００２１】
電極面３０４の親水性樹脂含有液は、ガス拡散層と接するので接触抵抗を下げる為、硬化させる前にふき取られる。その結果、図９の従来の親水化処理されたセパレータのガス流路溝を、ガスが流れる方向と垂直に切断した断面図のようになるが、左側面部３０１、右側面部３０２と底面部３０３の交点に当たる左側交点部３０７、右側交点部３０８についても、親水性樹脂含有液は付着している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２０１５−３８８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、前記従来の構成では、接着剤と親水性樹脂を混合させた親水性樹脂含有液を酸化剤ガス流路溝３００内に塗布したのち、加熱硬化させるため、接着剤と親水性樹脂の材料選択の幅が狭くなってしまい、接着性と親水性との両方を長期にわたり高く維持することが難しいという課題を有していた。
【００２４】
また、スプレー法やディッピング法で親水性樹脂含有液を酸化剤ガス流路溝３００内に塗布する場合、図９に示す左側面部３０１や右側面部３０２に塗布された親水性樹脂含有液が表面張力の影響により、左側面部３０１や右側面部３０２よりも左側交点部３０７や右側交点部３０８、底面部３０３に厚めに付着してしまう。
【００２５】
また、この状態で親水性樹脂含有液を加熱硬化させると、親水性樹脂含有液の厚いところと薄いところでの硬化状態の違いが生じる。
【００２６】
また、親水性樹脂含有液の厚みが不均一の状態で硬化接着させた親水性樹脂硬化皮膜３０５は、燃料電池が運転と停止を繰り返すことによる温度変化に対するセパレータの膨張収縮に追従できず、左側交点部３０７や右側交点部３０８部分から剥離してしまい、親水性の低下や剥離した親水性樹脂硬化皮膜３０５による流路の閉塞により、ガスの流れが不安定になり、電池性能が低下する課題を有していた。
【００２７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池が運転と停止を繰り返すことによる温度変化や、運転中の負荷変動による燃料ガス、酸化剤ガスの乾湿変化や、流速の変化、さらに高分子電解質膜から発生する酸など、さまざまな条件にさらされても、長期間にわたりセパレータの親水性が持続する優れたセパレータと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】
【００２８】
上記従来の課題を解決するために、本発明のセパレータは、ガス流路溝内の親水性物質をガス流路溝の一部分を除いて接着剤により付着させたもので、セパレータのガス流路溝に接着剤を塗布した後、その接着剤に親水性物質をつけることで実現できる。
【００２９】
これによって、セパレータとの接着性がよい接着剤を選択することができる。それによりセパレータの流路溝内の側面部と底面部に分けて塗布した接着剤同士は、表面張力の影響で、再度合流することなく厚みが均一になり、接着層が厚く接着性や硬化状態が悪くなる角部分をなくすことができるので、燃料電池が運転と停止を繰り返すことによる温度変化に対するセパレータの膨張収縮にも追従し接着力を向上させることができる。
【００３０】
また、従来の課題を解決するために、本発明のセパレータの製造方法は、ガス流路溝内に挿入される接着剤塗布手段を用いて、ガス流路溝内に親水性物質をつけるために、ガス流路溝の一部分を除いて接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、接着剤が塗布されたガス流路溝に、親水性物質を付着させる親水性物質付着工程と、を有している。
【００３１】
これによって、従来のようにセパレータは親水性樹脂が含有した特殊な接着剤とする必要がなく、接着剤はセパレータとの接着性と、親水性物質との接着性を考慮して選択し、流路内に挿入して接着剤を塗布する手段を用いることで、流路溝内に部分的に均一な肉厚で塗布することが可能になる。これにより、接着剤が塗布されたところにのみ、親水性物質をつけることができる。
【００３２】
また、接着剤が塗布されているところに、後から親水性物質をつけるので、接着層に埋もれてしまうものが少なく、親水性物質の表面における親水性に寄与する面の有効面積を
広く取ることができ、より親水性が向上する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明のセパレータ及びその製造方法によれば、セパレータのガス流路内に親水性物質をあらかじめ塗布した接着剤で部分的に付着させることで、接着性が向上し、運転と停止を繰り返すことによる温度変化によるセパレータの膨張収縮が生じても、親水性物質が剥離せず、親水性の低下や剥離した親水性物質による流路の閉塞がなく、ガスの流れが安定し、電池性能が低下することがない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるセパレータにおいて、親水化処理されたガス流路溝をガスが流れる方向と垂直に切断した断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるセパレータを用いた燃料電池のセルを模式的に示した断面の展開図
【図３】本発明の実施の形態２におけるセパレータにおいて、親水化処理と蓄水化処理されたガス流路溝をガスが流れる方向と垂直に切断した断面図
【図４】本発明の実施の形態３におけるガス流路溝の角部にＲを有するセパレータにおいて、親水化処理と蓄水化処理されたガス流路溝をガスが流れる方向と垂直に切断した断面図
【図５】本発明の実施の形態４におけるセパレータにおいて、親水化処理層を有するガス流路溝をガスが流れる方向と垂直に切断した断面図
【図６】本発明の実施の形態５におけるセパレータおよびその製造方法において、ガス流路溝を親水化処理する工程の概略図
【図７】ガス流路溝に、弾性転写体を挿入した拡大図
【図８】ガス流路溝に、弾性転写体を接触させ、接着剤を塗布した拡大図
【図９】従来の親水化処理されたセパレータのガス流路溝をガスが流れる方向と垂直に切断した断面図
【発明を実施するための形態】
【００３５】
第１の発明は、膜電極接合体と対向する面に親水化処理を行ったガス流路溝を有するセパレータであって、前記ガス流路溝内の親水性物質が前記ガス流路溝の一部分を除いて接着剤によって付着しているセパレータである。
【００３６】
これにより、接着剤が部分的に縁切りされており、燃料電池の運転時の温度変化によるセパレータの膨張収縮により剥離することなく、流路溝内が長期にわたり親水化され、ガス拡散層から押し出された生成水や過加湿ガスによる凝縮水を流路溝内に導き、滞留させることなく下流に排出除去することができる。
【００３７】
第２の発明は、特に、第１の発明のガス流路溝内の親水性物質が、前記ガス流路溝をガスが流れる方向と垂直に切断できる略矩形の流路溝断面の側面を示す直線と底面を示す直線の仮想交点近傍に当たる角部分を除いた部分に、接着剤によって付着しているものである。
【００３８】
これにより、塗布した接着剤が、ガス流路溝をガスが流れる方向と垂直に断面図において、底面に当たる直線部と、側面にあたる直線部と底面にあたる直線部の仮想交点近傍に塗布後の表面張力の影響で接着剤が厚くたまる部分ができないことで、接着剤の層が均一になり、硬化不良や、接着剤により付着した親水性物質が、燃料電池の運転時の温度変化によるセパレータの膨張収縮により剥離することなく、流路溝内が長期にわたり親水化され、ガス拡散層から押し出された生成水や過加湿ガスによる凝縮水が流路溝内に導かれ、滞留することなく下流に排出除去することができる。
【００３９】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の親水性物質が、蓄水性の材料を含むものである。
【００４０】
これにより、運転中に水が蓄えられ、親水性物質の周辺が湿潤状態に保たれ、水が水を呼び込む作用により、ガス拡散層から押し出された生成水や過加湿ガスによる凝縮水を流路溝内により導きやすくなり、ガス拡散層から押し出された生成水や過加湿ガスによる凝縮水が流路溝内に導かれ、滞留することなく下流に排出除去することができる。
【００４１】
第４の発明は、特に、第１から第３のいずれか一つの発明の親水性物質が、ガス流路溝の表面に親水性を向上させる凹凸を形成するものである。
【００４２】
これにより、親水性物質の表面における親水性に寄与する面の有効面積を広く取ることができ、より親水性が向上するとともに、それぞれの隙間に水がたまることで、より生成水を呼び込みやすくなり、ガス拡散層から押し出された生成水や過加湿ガスによる凝縮水を流路溝内により導きやすくなり、滞留することなく下流に排出除去することができる。
【００４３】
第５の発明は、膜電極接合体と対向する面に第１から第４のいずれか一つの発明のセパレータを有するセルを含む燃料電池である。
【００４４】
これにより、親水性物質や蓄水性物質を、接着剤で部分的に付けることができる。さらに、凹凸のある形状とすることで、よりガス拡散層から押し出された生成水や過加湿ガスによる凝縮水を流路溝内に導き、滞留させることなく下流に排出除去させることができ、燃料電池が運転と停止を繰り返すことによる温度変化や、運転中の負荷変動による燃料ガス、酸化剤ガスの乾湿変化や流速の変化、さらに高分子電解質膜から発生する酸などの様々な条件に耐え、長期的に安定した運転が可能になる。
【００４５】
第６の発明は、膜電極接合体と対向する面に親水化処理を行ったガス流路溝を有するセパレータの製造方法であって、ガス流路溝内の親水性物質が前記ガス流路溝の一部分を除いて接着剤によって付着しているセパレータにおいて、ガス流路溝内に挿入される接着剤塗布手段を用いて、ガス流路溝の一部分を除いて接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、接着剤塗布工程で接着剤が塗布されたガス流路溝に、親水性物質を付着させる親水性物質付着工程とを有するセパレータの製造方法である。
【００４６】
これにより、親水性樹脂が含有した特殊な接着剤を用いる必要がなく、接着剤はセパレータとの接着性と、親水性物質との接着性を考慮して選択し、流路内に挿入して接着剤塗布する手段を用いて、流路内に部分的に均一な肉厚で塗布することが可能になり、接着剤が塗布されたところにのみ、親水性物質をつけることができる。
【００４７】
また、親水性物質は接着剤に埋もれることがないため、親水性物質の表面における親水性に寄与する面の有効面積を広く取ることができ、より親水性が向上する。
【００４８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるセパレータにおいて、親水化処理されたガス流路溝をガスが流れる方向と垂直に切断した断面図、図２は、本発明の実施の形態１におけるセパレータを用いた燃料電池のセルを模式的に示した断面の展開図である。図１、図２において、図９に示した従来例と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５０】
まず、図２に示すように電池セル５０は、導電性を有する燃料ガス経路を形成するアノード側セパレータ５と、酸化剤ガス経路を形成するカソード側セパレータ１とによって膜電極接合体（以下、ＭＥＡ）１０が挟まれた形状で一体に構成されている。
【００５１】
ＭＥＡ１０は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜９と、高分子電解質膜９の両面に形成された一対のアノード側触媒層７、カソード側触媒層３とを備えている。
【００５２】
アノード側触媒層７、カソード側触媒層３は、通常、白金触媒を担持したカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜９の表面に形成されるアノード側触媒層７、カソード側触媒層３と、このアノード側触媒層７、カソード側触媒層３の外面に形成される通気性及び導電性を併せ持つアノード側ガス拡散層６、カソード側ガス拡散層２を備えている。
【００５３】
カソード側ガス拡散層２とカソード側触媒層３とでカソード電極４が構成され、アノード側ガス拡散層６とアノード側触媒層７とでアノード電極８が構成される。
【００５４】
なお、アノード側触媒層７、カソード側触媒層３は、図示しない撥水カーボン層と白金カーボン層との２層構造とすることもできる。
【００５５】
より具体的には、電極部においては、ＭＥＡ１０のアノード側ガス拡散層６がアノード側セパレータ５の表面と、カソード側ガス拡散層２がカソード側セパレータ１の表面とそれぞれ当接し、アノード側セパレータ５の燃料ガス流路溝４００とアノード側ガス拡散層６および、カソード側セパレータ１の酸化剤ガス流路溝３００とカソード側ガス拡散層２とによって、それぞれのガス流路が確定される。
【００５６】
アノード側セパレータ５及びカソード側セパレータ１は、例えば、グラッシーカーボン（厚さ３ｍｍ）を用いているが、材質は特に限定するものではなく、カーボン粒子と樹脂結合材からなる、いわゆるカーボンセパレータ、カーボン繊維を含有したプリプレグや金属板を加工したものを用いることもできる。
【００５７】
これにより、加湿された燃料ガスはアノード側セパレータ５のアノード側ガス拡散層６に、加湿された酸化剤ガスはカソード側セパレータ１側のカソード側ガス拡散層２にそれぞれ接触して電気化学反応を生じさせる。また、図２を複数積層したセルにおいては、隣接したＭＥＡ１０が互いに電気的に直列、または並列に接続される（図示せず）。
【００５８】
図１は、図２のカソード側セパレータ１の酸化剤ガス流路溝３００部分を抜き出しているが、酸化剤ガス流路溝３００部分は、アノード側セパレータ５の燃料ガス流路溝４００部分でも同様であるため以降説明は省略する。
【００５９】
図１において、カソード側セパレータ１の電極側表面は、電極面３０４と酸化剤ガス流路溝３００で構成されている。酸化剤ガス流路溝３００は、左側面部３０１、右側面部３０２、底面部３０３の矩形であり、左側面部３０１と底面部３０３の交点部分には左側交点部３０７、右側面部３０２と底面部３０３の右側交点部３０８で構成される。
【００６０】
酸化剤ガス流路溝３００を構成する壁面の左側面部には、左側面部の接着剤１１、右側面部には、右側面部の接着剤１２、底面部には、底面部の接着剤１３が塗布されている。
【００６１】
しかしながら、酸化剤ガス流路溝３００を構成する壁面の右側交点部３０８近傍、左側交点部３０７近傍には塗布されていないため、接着層は縁切りされている。
【００６２】
また、電極面３０４には、カソード側ガス拡散層２との接触抵抗が上がらないように、接着剤は塗布されていない。
【００６３】
酸化剤ガス流路溝３００内には親水性物質１４が、左側面部の接着剤１１、右側面部の接着剤１２、底面部の接着剤１３により付着している。
【００６４】
左側面部の接着剤１１、右側面部の接着剤１２、底面部の接着剤１３は、被着剤であるセパレータの材質と被着剤である親水性物質により適宜選択可能であるが、ここでは水分散系を用いる。
【００６５】
これ以外にも溶液系、無溶剤系、固体系を用いることもできる。また場所により同一でないものを用いることもできる。硬化後の特徴として熱膨張の影響を受けにくい変性シリコーンタイプの弾性接着剤などを用いることもできる。たとえばエポキシ系のセパレータであればエポキシ樹脂系の接着剤を選択するのが望ましい。接着剤の組成や硬化反応については一般的な接着剤を使用するので、特筆事項がないため省略する。
【００６６】
左側面部の接着剤１１、右側面部の接着剤１２、底面部の接着剤１３の厚みは、接着剤の粘度や被着剤である親水性物質の大きさ、親水性物質１４との接着面積などから適宜、決定することができる。
【００６７】
親水性物質１４の大きさは、酸化剤ガス流路溝３００の大きさによるが、０．００２ｍｍ〜０．２ｍｍが望ましい。その形状は、球状でも繊維状でもよく、より接着性を向上させる為に表面に凹凸があってもよい。また接着剤の表面に親水処理層として付加することもできる。
【００６８】
親水性物質１４は、アルミナ，シリカ，ゼオライト等の金属酸化物、ＰＶＡ、ＰＥＧ、アクリル酸等のその表面に水酸基、アミノ基、アミド基、又はカルボン酸基等の親水性の官能基を多量に有しているものを用いることができる。
【００６９】
また、親水性物質１４は、酸化剤ガス流路溝３００の壁面に対して凹凸の形状を有していることで、より親水性をあげることが可能である。
【００７０】
かかる構成によれば、ガス流路溝内の親水性物質がガス流路溝の一部分を除いて接着剤によって付着しているセパレータとすることにより、親水性物質を、接着剤で部分的につけることができるので、燃料電池の運転時の温度変化によるセパレータの膨張収縮により剥離することなくことなく、ガス流路溝内が長期にわたり親水化され、ガス拡散層から押し出された生成水や過加湿ガスによる凝縮水をガス流路溝内に導き、滞留することなく下流に排出除去することができる。
【００７１】
また、これ用いた燃料電池を構成することにより、燃料電池が運転と停止を繰り返すことによる温度変化や、運転中の負荷変動による燃料ガス、酸化剤ガスの乾湿変化や流速の変化、さらに高分子電解質膜から発生する酸などの様々な条件に耐え、長期的に安定した運転が可能になる。
【００７２】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるセパレータにおいて、親水化処理と蓄水化処理されたガス流路溝をガスが流れる方向と垂直に切断した断面図である。
【００７３】
実施の形態１では、親水性物質１４が左側面部の接着剤１１、右側面部の接着剤１２、底面部の接着剤１３により付着しているセパレータとしたが、本発明の実施の形態２では
、蓄水性物質１５をさらに各側面や底面に設けたセパレータとすることで、親水性効果をさらに高めることができる。
【００７４】
蓄水性物質１５は、高吸水性高分子と呼ばれるシリカゲル、ハイドロゲルなどを用いることができる。
【００７５】
蓄水性物質１５は球状で、親水性物質１４とほぼ同じ大きさで示したが、形状や大きさは任意のものを用いることができる。
【００７６】
また、親水性物質１４や蓄水性物質１５が、酸化剤ガス流路溝３００の壁面に対して凹凸の形状を有していることで、より親水性をあげることが可能である。
【００７７】
かかる構成によれば、ガス流路溝内の親水性物質がガス流路溝の一部分を除いて接着剤によって付着しているセパレータとすることにより、親水性物質を、接着剤で部分的につけることができるので、燃料電池の運転時の温度変化によるセパレータの膨張収縮により剥離することなくことなく、ガス流路溝内が長期にわたり親水化され、ガス拡散層から押し出された生成水や過加湿ガスによる凝縮水をガス流路溝内に導き、滞留することなく下流に排出除去することができる。
【００７８】
またこれ用いた燃料電池を構成することにより、燃料電池が運転と停止を繰り返すことによる温度変化や、運転中の負荷変動による燃料ガス、酸化剤ガスの乾湿変化や流速の変化、さらに高分子電解質膜から発生する酸などの様々な条件に耐え、長期的に安定した運転が可能になる。
【００７９】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３におけるガス流路溝の角部にＲを有するセパレータにおいて、親水化処理と蓄水化処理されたガス流路溝をガスが流れる方向と垂直に切断した断面図である。
【００８０】
本実施の形態では、実施の形態１および２のガス流路の角部をＲとするセパレータとしている。
【００８１】
このような、より量産に適した形状の、左側面部３０１と底面部３０３の間、右側面部３０２と底面部３０３の間にＲが付いている場合においても、Ｒ部分の一部を塗布しないことで、縁切りすることができる。図示しないが底面部に直線部がない溝が全Ｒとなっている場合においても、Ｒ部分の一部を塗布しないことで、縁切りすることができる。
【００８２】
電極面３０４と右側面部３０２と底面部３０３の間にあるＲ部においては、電極面３０４を越えた部分に局所的に荷重がかかる為、塗布する接着層の厚みと親水性物質１４、蓄水性物質１５の大きさを考慮して、つける範囲を決めることができる。
【００８３】
かかる構成によれば、ガス流路溝内の親水性物質がガス流路溝の一部分を除いて接着剤によって付着しているセパレータとすることにより、親水性物質を、接着剤で部分的につけることができるので、燃料電池の運転時の温度変化によるセパレータの膨張収縮により剥離することなくことなく、ガス流路溝内が長期にわたり親水化され、ガス拡散層から押し出された生成水や過加湿ガスによる凝縮水をガス流路溝内に導き、滞留することなく下流に排出除去することができる。
【００８４】
また、これ用いた燃料電池を構成することにより、燃料電池が運転と停止を繰り返すことによる温度変化や、運転中の負荷変動による燃料ガス、酸化剤ガスの乾湿変化や流速の
変化、さらに高分子電解質膜から発生する酸などの様々な条件に耐え、長期的に安定した運転が可能になる。
【００８５】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４におけるセパレータにおいて、親水化処理層を有するガス流路溝をガスが流れる方向と垂直に切断した断面図である。
【００８６】
実施の形態１〜３においては、親水性物質１４が左側面部の接着剤１１、右側面部の接着剤１２、底面部の接着剤１３により付着しているセパレータとしたが、本発明の実施の形態４では親水性物質１４を接着層の上だけに層状に塗布したセパレータを用いる。親水性物質の層は、蓄水性物質１５を含んでつけることもできる。
【００８７】
かかる構成によれば、ガス流路溝内の親水性物質がガス流路溝の一部分を除いて接着剤によって付着しているセパレータとすることにより、親水性物質を、接着剤で部分的につけることができるので、燃料電池の運転時の温度変化によるセパレータの膨張収縮により剥離することなくことなく、ガス流路溝内が長期にわたり親水化され、ガス拡散層から押し出された生成水や過加湿ガスによる凝縮水をガス流路溝内に導き、滞留することなく下流に排出除去することができる。
【００８８】
また、これ用いた燃料電池を構成することにより、燃料電池が運転と停止を繰り返すことによる温度変化や、運転中の負荷変動による燃料ガス、酸化剤ガスの乾湿変化や流速の変化、さらに高分子電解質膜から発生する酸などの様々な条件に耐え、長期的に安定した運転が可能になる。
【００８９】
（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５におけるセパレータおよびその製造方法において、ガス流路溝を親水化処理する工程の概略図である。図の左側がガス流路溝に接着剤を塗布する工程、右側が親水性物質塗布工程の概略図である。図７は、ガス流路溝に、弾性転写体を挿入した拡大図、図８は、ガス流路溝に、弾性転写体を接触させ、接着剤を塗布した拡大図である。
【００９０】
まず、接着剤を塗布する工程から説明する。
【００９１】
カソード側セパレータ１の酸化剤ガス流路溝３００のガスが流れる方向に沿った弾性転写体１６を有する接着剤塗布装置１７において、弾性転写体１６の表面には、均一に硬化前の接着剤がつけられる。
【００９２】
図７に示すように、弾性転写体１６の先端がガス流路溝幅よりも細くなっているので、カソード側セパレータ１の酸化剤ガス流路溝３００に挿入したときに、電極面３０４に接触することはない。
【００９３】
接着剤がつけられた弾性転写体１６をカソード側セパレータ１の酸化剤ガス流路溝３００に挿入した後、セパレータに接着剤をつけた後に引き抜くことで転写できる。
【００９４】
図８に示すように、酸化剤ガス流路溝３００の底面部３０３に弾性転写体１６の先端を押し付けたとき、弾性転写体１６の先端部が押し付ける方向と逆に圧縮され、弾性転写体１６の腹の部分が横に広がり、左側面部３０１と右側面部３０２と接触し、弾性転写体１６の接着剤をカソード側セパレータ１の酸化剤ガス流路溝３００に転写させることができる。
【００９５】
弾性転写体１６の材質は、接着剤に対する濡れ性を考慮する必要があるが、シリコーンゴムを用いることができる。また、弾性転写体１６の先端形状は、先端を底面部３０３に押し付けても、左側交点部３０７、右側交点部３０８には接触しないため、接着剤は転写されない。また、弾性体なのでセパレータと接触しても破損することはない。
【００９６】
ここでは、酸化剤ガス流路溝３００のガスが流れる方向に沿った弾性転写体１６としたことにより、一回でガス流路溝内に接着剤を塗布できたが、複数回に分けて塗布することもできる。また、接着剤を塗布する流路溝内は、あらかじめ粗面化などのした処理をしていてもしていなくてもよい。
【００９７】
次に、親水性物質塗布工程について説明する。
【００９８】
接着剤が塗布されたカソード側セパレータ１に、ノズルを備えた塗布装置１８を用いて親水性物質１４を塗布することができる。同様な装置を用いて、蓄水性物質も塗布可能である。
【００９９】
ここでは、ノズルによる塗布工程を説明したが、親水性物質の入った槽に入れてまぶす方法などを用いることができる。
【０１００】
図は省略するが、接着剤を硬化させるために１５０℃〜２００℃の加熱工程を経て、親水性物質１４をカソード側セパレータ１に接着させることができる。ランダムに塗布された親水性物質１４は、接着剤のないところには付着しないため、付着していない親水性物質１４は、次の洗浄工程で洗い流される。洗い流された親水性物質１４は、回収され再利用される。
【０１０１】
これにより作られた親水化処理されたセパレータを使用して燃料電池を構成することにより、燃料電池が運転と停止を繰り返すことによる温度変化や、運転中の負荷変動による燃料ガス、酸化剤ガスの乾湿変化や流速の変化、さらに高分子電解質膜から発生する酸などの様々な条件に耐え、長期的に安定した運転が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
以上のように、本発明によれば、親水性物質や蓄水性物質を、接着剤で部分的につけることができ、さらに、凹凸のある形状とすることで、よりガス拡散層から押し出された生成水や過加湿ガスによる凝縮水を流路溝内に導き、滞留させることなく下流に排出除去させることができるようになる。
【０１０３】
すなわち燃料電池が運転と停止を繰り返すことによる温度変化や、運転中の負荷変動による燃料ガス、酸化剤ガスの乾湿変化や流速の変化、さらに高分子電解質膜から発生する酸などの様々な条件に耐え、長期的に安定した運転が可能になるため、コージェネレーションシステムや電気自動車などに用いられる燃料電池として有用である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  カソード側セパレータ
２  カソード側ガス拡散層（ＧＤＬ）
３  カソード側触媒層
４  カソード電極
５  アノード側セパレータ
６  アノード側ガス拡散層（ＧＤＬ）
７  アノード側触媒層
８  アノード電極
９  高分子電解質膜
１０  膜電極接合体（ＭＥＡ）
１１  左側面部の接着剤
１２  右側面部の接着剤
１３  底面部の接着剤
１４  親水性物質
１５  蓄水性物質
１６  弾性転写体
１７  接着剤塗布装置
１８  塗布装置
５０  電池セル
３００  酸化剤ガス流路溝
３０１  左側面部
３０２  右側面部
３０３  底面部
３０４  電極面
３０７  左側交点部
３０８  右側交点部
４００  燃料ガス流路溝
【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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