(57)【要約】【課題】簡単な構成で、反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連結する連結通路に液滴が滞留することを確実に阻止することを可能にする。【解決手段】発電セル１２を構成するカソードセパレータ３０の面３０ａには、酸化剤ガス流路４０と酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとを連結する出口連結通路４４ｂが設けられる。出口連結通路４４ｂの底面を構成する通路面４４ｂｓには、酸化剤ガス流路４０の流路幅方向に沿って親水処理部４６ａと撥水処理部４６ｂとが交互に配置される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面に電極が配設される電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記電極と前記セパレータとの間には、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータの積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成される燃料電池であって、
前記セパレータ又は前記電解質膜・電極構造体には、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連結する連結通路が設けられるとともに、
前記連結通路の底面を構成する通路面には、前記反応ガス流路の流路幅方向に沿って親水処理部と撥水処理部とが交互に配置されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、前記親水処理部は、前記反応ガス連通孔に向かって幅寸法が小さくなる楔形状を有する一方、
前記撥水処理部は、前記反応ガス連通孔に向かって幅寸法が大きくなる楔形状を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池であって、前記燃料電池は、前記電解質膜・電極構造体を前記セパレータで挟持する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層されるとともに、前記発電セルの積層方向端部に配置される該発電セルの前記連結通路に、前記親水処理部及び前記撥水処理部が設けられることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両面に電極が配設される電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、発電セルを構成している。燃料電池は、通常、所定の数の発電セルが積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に組み込まれている。
【０００３】
燃料電池は、積層されている各発電セルのアノード電極及びカソード電極に、それぞれ反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するため、所謂、内部マニホールドを構成する場合が多い。
【０００４】
内部マニホールドは、発電セルの積層方向に貫通して設けられる反応ガス入口連通孔（燃料ガス入口連通孔、酸化剤ガス入口連通孔）及び反応ガス出口連通孔（燃料ガス出口連通孔、酸化剤ガス出口連通孔）を備えている。反応ガス入口連通孔は、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路（燃料ガス流路、酸化剤ガス流路）の入口側に入口側連結通路を介して連通している。一方、反応ガス出口連通孔は、反応ガス流路の出口側に出口側連結通路を介して連通している。
【０００５】
酸化剤ガス流路では、発電反応に伴って生成された水（生成水）が、酸化剤ガスの流れに沿って出口側連結通路から酸化剤ガス出口連通孔に排出されている。その際、生成水は、酸化剤ガス出口連通孔に排出されずに酸化剤ガス流路内に滞留する場合がある。このため、酸化剤ガス流路は、滞留する水により閉塞されるおそれがあり、発電セルの発電効率が低下するという問題がある。一方、燃料ガス流路では、生成水が逆拡散し易く、この水が燃料ガス流路に滞留するおそれがある。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池が採用されている。この燃料電池では、ＭＥＡと、前記ＭＥＡの両面に配置される一対の樹脂フレームと、前記ＭＥＡのアノード電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路又はカソード電極に酸化ガスを供給する酸化ガス流路を有するセパレータとを備えている。
【０００７】
樹脂フレームは、アノード電極及びカソード電極の少なくとも一方に燃料ガス又は酸化ガスを供給し、アノード電極及びカソード電極の少なくとも一方から燃料ガス又は酸化ガスを排出するガス流路を有している。そして、樹脂フレームの有するガス流路の表面には、排水処理が施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１３４０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記の燃料電池では、ガス流路の表面に排水処理として撥水処理又は親水処理の一方が施されている。しかしながら、いずれの処理によっても、ガス流路から水を確実に排出させることができない場合があり、液滴が滞留するという問題がある。
【００１０】
本発明は、この種の課題を解決するものであり、簡単な構成で、反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連結する連結通路に液滴が滞留することを確実に阻止することが可能な燃料電池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】
【００１１】
本発明に係る燃料電池は、電解質膜の両面に電極が配設される電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されている。電極とセパレータとの間には、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガスを電解質膜・電極構造体と前記セパレータの積層方向に流通させる反応ガス連通孔とが形成されている。
【００１２】
セパレータ又は電解質膜・電極構造体には、反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連結する連結通路が設けられている。そして、連結通路の底面を構成する通路面には、反応ガス流路の流路幅方向に沿って親水処理部と撥水処理部とが交互に配置されている。
【００１３】
また、この燃料電池では、親水処理部は、反応ガス連通孔に向かって幅寸法が小さくなる楔形状を有する一方、撥水処理部は、前記反応ガス連通孔に向かって幅寸法が大きくなる楔形状を有することが好ましい。
【００１４】
さらに、燃料電池は、電解質膜・電極構造体をセパレータで挟持する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層されることが好ましい。その際、発電セルの積層方向端部に配置される該発電セルの連結通路に、親水処理部及び撥水処理部が設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、連結通路の底面を構成する通路面には、反応ガス流路の流路幅方向に沿って親水処理部と撥水処理部とが交互に配置されている。このため、凝縮水は、連結通路において親水作用と撥水作用とが併用されることにより、前記連結通路から円滑に除去されることができる。これにより、簡単な構成で、反応ガス流路と反応ガス連通孔とを連結する連結通路に液滴が滞留することを確実に阻止することが可能になり、発電性能を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。
【図３】前記燃料電池スタックの、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記燃料電池スタックを構成する発電セルの分解斜視説明図である。
【図５】前記発電セルを構成するカソードセパレータの正面説明図である。
【図６】前記カソードセパレータに設けられる親水処理部と撥水処理部の製造方法の説明図である。
【図７】前記親水処理部と前記撥水処理部の動作説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する発電セルの要部分解斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の発電セル（燃料電池）１２が水平方向（矢印Ａ方向）又は重力方向（矢印Ｃ方向）に積層された積層体１４を備える。燃料電池スタック１０は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載される。
【００１８】
積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１６ａ、インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される（図２参照）。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、インシュレータ１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。
【００１９】
図１に示すように、エンドプレート２０ａ、２０ｂは、横長（縦長でもよい）の長方形状を有するとともに、各辺間には、連結バー２４が配置される。各連結バー２４は、両端をエンドプレート２０ａ、２０ｂの内面にボルト２６を介して固定され、複数の積層された発電セル１２に積層方向（矢印Ａ方向）の締め付け荷重を付与する。なお、燃料電池スタック１０では、エンドプレート２０ａ、２０ｂを端板とする筐体を備え、前記筐体内に積層体１４を収容するように構成してもよい。
【００２０】
発電セル１２は、図３及び図４に示すように、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２８が、カソードセパレータ３０及びアノードセパレータ３２により挟持される。カソードセパレータ３０及びアノードセパレータ３２は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波形にプレス成形して構成される。
【００２１】
なお、カソードセパレータ３０及びアノードセパレータ３２は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。また、発電セル１２は、カソードセパレータ、第１のＭＥＡ、中間セパレータ、第２のＭＥＡ及びアノードセパレータを積層して構成してもよい。さらに、発電セル１２は、３枚以上のＭＥＡと５枚以上のセパレータとを有してもよい。
【００２２】
発電セル１２の長辺方向である矢印Ｂ方向（図４中、水平方向）の一端縁部には、それぞれ矢印Ａ方向（積層方向）に個別に連通して、反応ガス連通孔である酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び燃料ガス出口連通孔３６ｂが上下に設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給し、燃料ガス出口連通孔３６ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。
【００２３】
発電セル１２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して、反応ガス連通孔である燃料ガス入口連通孔３６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが上下に設けられる。燃料ガス入口連通孔３６ａは、燃料ガスを供給し、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、酸化剤ガスを排出する。
【００２４】
発電セル１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）（鉛直方向）の両端縁部一方（酸化剤ガス入口連通孔３４ａ側）には、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して、冷却媒体を供給する一対の冷却媒体入口連通孔３８ａが上下に設けられる。発電セル１２の短辺方向の他方（燃料ガス入口連通孔３６ａ側）には、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して、冷却媒体を排出する一対の冷却媒体出口連通孔３８ｂが上下に設けられる。
【００２５】
図５に示すように、カソードセパレータ３０の電解質膜・電極構造体２８に向かう面３０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとを連通する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）４０が形成される。酸化剤ガス流路４０は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）を有する。酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス流路４０との間には、複数個のエンボス部を有する入口バッファ部４２ａが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔３４ｂと酸化剤ガス流路４０との間には、複数個のエンボス部を有する出口バッファ部４２ｂが設けられる。
【００２６】
面３０ａには、酸化剤ガス流路４０の入口側、すなわち、入口バッファ部４２ａと酸化剤ガス入口連通孔３４ａとを連結する複数本の入口連結通路４４ａが設けられる。各入口連結通路４４ａは、後述する第１シール部材５８の一部を構成する複数本（本数は任意に設定される）の凸状部５８ｔａ間に形成される。
【００２７】
面３０ａには、酸化剤ガス流路４０の出口側、すなわち、出口バッファ部４２ｂと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとを連結する複数本の出口連結通路４４ｂが設けられる。各出口連結通路４４ｂは、後述する第１シール部材５８の一部を構成する複数本（本数は任意に設定される）の凸状部５８ｔｂ間に形成される。
【００２８】
第１の実施形態では、それぞれの出口連結通路４４ｂの底面を構成する通路面４４ｂｓには、酸化剤ガス流路４０の流路幅方向（矢印Ｃ方向）に沿って親水処理部４６ａと撥水処理部４６ｂとが交互に複数（数は任意に設定される）配置される。親水処理部４６ａは、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに向かって幅寸法が小さくなる楔形状を有する一方、撥水処理部４６ｂは、前記酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに向かって幅寸法が大きくなる楔形状を有する。親水処理部４６ａの最大幅寸法ａは、撥水処理部４６ｂの最大幅寸法ｂと同一寸法又は異なる寸法に設定される。
【００２９】
親水処理部４６ａは、例えば、ＳｉＯ2（二酸化珪素）を熱酸化により成膜して形成される。撥水処理部４６ｂは、例えば、アモルファスフッ素樹脂を塗布することにより形成される。なお、各入口連結通路４４ａには、必要に応じて親水処理部４６ａと撥水処理部４６ｂとを交互に配置してもよい。
【００３０】
図４に示すように、アノードセパレータ３２の電解質膜・電極構造体２８に向かう面３２ａには、燃料ガス入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３６ｂに連通する燃料ガス流路４８（反応ガス流路）が形成される。燃料ガス流路４８は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）を有する。
【００３１】
燃料ガス入口連通孔３６ａと燃料ガス流路４８との間には、複数個のエンボス部を有する入口バッファ部５０ａが設けられる。燃料ガス出口連通孔３６ｂと燃料ガス流路４８との間には、複数個のエンボス部を有する出口バッファ部５０ｂが設けられる。
【００３２】
面３２ａには、燃料ガス流路４８の入口側、すなわち、入口バッファ部５０ａと燃料ガス入口連通孔３６ａとを連結する複数本の入口連結通路５２ａが設けられる。各入口連結通路５２ａは、後述する第２シール部材６０の一部を構成する複数本（本数は任意に設定される）の凸状部６０ｔａ間に形成される。
【００３３】
面３２ａには、燃料ガス流路４８の出口側、すなわち、出口バッファ部５０ｂと燃料ガス出口連通孔３６ｂとを連結する複数本の出口連結通路５２ｂが設けられる。各出口連結通路５２ｂは、後述する第２シール部材６０の一部を構成する複数本（本数は任意に設定される）の凸状部６０ｔｂ間に形成される。
【００３４】
第１の実施形態では、それぞれの出口連結通路５２ｂの底面を構成する通路面５２ｂｓには、燃料ガス流路４８の流路幅方向（矢印Ｃ方向）に沿って親水処理部５４ａと撥水処理部５４ｂとが交互に複数（数は任意に設定される）配置される。親水処理部５４ａと撥水処理部５４ｂとは、前述した親水処理部４６ａと撥水処理部４６ｂと同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。なお、各入口連結通路５２ａには、必要に応じて親水処理部５４ａと撥水処理部５４ｂとが交互に配置してもよい。
【００３５】
互いに隣接するカソードセパレータ３０の面３０ｂとアノードセパレータ３２の面３２ｂとの間には、一対の冷却媒体入口連通孔３８ａと一対の冷却媒体出口連通孔３８ｂとに連通する冷却媒体流路５６が形成される。冷却媒体流路５６は、酸化剤ガス流路４０が形成されたカソードセパレータ３０の裏面形状と、燃料ガス流路４８が形成されたアノードセパレータ３２の裏面形状とが重なり合って形成される。
【００３６】
図３及び図４に示すように、カソードセパレータ３０の面３０ａ、３０ｂには、このカソードセパレータ３０の外周端部を周回して、第１シール部材５８が一体化される。アノードセパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、このアノードセパレータ３２の外周端部を周回して、第２シール部材６０が一体化される。
【００３７】
第１シール部材５８及び第２シール部材６０には、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００３８】
電解質膜・電極構造体２８は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）６２と、前記固体高分子電解質膜６２を挟持するカソード電極６４及びアノード電極６６とを有する。
【００３９】
固体高分子電解質膜６２は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。カソード電極６４及びアノード電極６６は、固体高分子電解質膜６２よりも小さな平面寸法（外形寸法）を有する。
【００４０】
図３に示すように、カソード電極６４は、固体高分子電解質膜６２の面６２ａに接合される第１電極触媒層６４ａと、前記第１電極触媒層６４ａに積層される第１ガス拡散層６４ｂとを設ける。第１電極触媒層６４ａ及び第１ガス拡散層６４ｂは、同一の（又は異なる）外形寸法を有する。
【００４１】
アノード電極６６は、固体高分子電解質膜６２の他方の面６２ｂに接合される第２電極触媒層６６ａと、前記第２電極触媒層６６ａに積層される第２ガス拡散層６６ｂとを設ける。第２電極触媒層６６ａ及び第２ガス拡散層６６ｂは、同一の（又は異なる）外形寸法を有する。
【００４２】
第１電極触媒層６４ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、第１ガス拡散層６４ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第２電極触媒層６６ａは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、第２ガス拡散層６６ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第１ガス拡散層６４ｂ及び第２ガス拡散層６６ｂは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。第１電極触媒層６４ａ及び第２電極触媒層６６ａは、固体高分子電解質膜６２の両方の面６２ａ、６２ｂに形成される。
【００４３】
図３に示すように、積層体１４の積層方向両端には、発電セル１２が端部発電セル１２Ａ、１２Ｂとして配置される。端部発電セル１２Ａは、ターミナルプレート１６ａ側に配置される一方、端部発電セル１２Ｂは、ターミナルプレート１６ｂ側に配置される。
【００４４】
図２に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂは、電気導電性を有する材料から構成され、例えば、銅、アルミニウム又はステンレススチール等の金属で構成される。ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部６８ａ、６８ｂが設けられる。
【００４５】
端子部６８ａは、絶縁性筒体７０ａに挿入されてインシュレータ１８ａの孔部７２ａ及びエンドプレート２０ａの孔部７４ａを貫通して前記エンドプレート２０ａの外部に突出する。端子部６８ｂは、絶縁性筒体７０ｂに挿入されてインシュレータ１８ｂの孔部７２ｂ及びエンドプレート２０ｂの孔部７４ｂを貫通して前記エンドプレート２０ｂの外部に突出する。
【００４６】
インシュレータ１８ａ、１８ｂは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成される。インシュレータ１８ａ、１８ｂの中央部には、積層体１４に向かって開口される凹部７６ａ、７６ｂが形成され、前記凹部７６ａ、７６ｂは、孔部７２ａ、７２ｂに連通する。
【００４７】
インシュレータ１８ａ及びエンドプレート２０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、燃料ガス入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３６ｂが設けられる。インシュレータ１８ｂ及びエンドプレート２０ｂには、一対の冷却媒体入口連通孔３８ａ及び一対の冷却媒体出口連通孔３８ｂが設けられる。
【００４８】
図２及び図３に示すように、凹部７６ａには、ターミナルプレート１６ａ及び断熱部材７８ａが収容される一方、凹部７６ｂには、ターミナルプレート１６ｂ及び断熱部材７８ｂが収容される。断熱部材７８ａは、一対の第１断熱部材８０ａ間に第２断熱部材８２ａが配設される。第１断熱部材８０ａは、例えば、平坦な形状を有する多孔性カーボンプレートで構成されるとともに、第２断熱部材８２ａは、断面波板状の金属製のプレートで構成される。
【００４９】
なお、第１断熱部材８０ａは、第２断熱部材８２ａと同一の材料で構成してもよい。さらに、断熱部材７８ａは、１枚の第１断熱部材８０ａと１枚の第２断熱部材８２ａとを備える一方、ターミナルプレート１６ａとインシュレータ１８ａの凹部７６ａの底部との間に、樹脂製スペーサを介装してもよい。
【００５０】
また、断熱部材７８ｂは、上記の断熱部材７８ａと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照符号にａに代えてｂを付し、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００５２】
まず、図１及び図２に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口連通孔３４ａに供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、エンドプレート２０ａの燃料ガス入口連通孔３６ａに供給される。純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、エンドプレート２０ｂの一対の冷却媒体入口連通孔３８ａに供給される。
【００５３】
酸化剤ガスは、図４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３４ａからカソードセパレータ３０の酸化剤ガス流路４０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２８のカソード電極６４に供給される。
【００５４】
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３６ａからアノードセパレータ３２の燃料ガス流路４８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２８のアノード電極６６に供給される。
【００５５】
従って、電解質膜・電極構造体２８では、カソード電極６４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極６６に供給される燃料ガスとが、第１電極触媒層６４ａ及び第２電極触媒層６６ａ内で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。
【００５６】
次いで、カソード電極６４に供給されて一部が消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極６６に供給されて一部が消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５７】
また、一対の冷却媒体入口連通孔３８ａに供給された冷却媒体は、カソードセパレータ３０とアノードセパレータ３２との間の冷却媒体流路５６に導入される。冷却媒体は、互いに近接するように、矢印Ｃ方向に流通する。冷却媒体は、さらに矢印Ｂ方向（セパレータ長辺方向）に流通して電解質膜・電極構造体２８を冷却する。次いで、冷却媒体は、互いに離間するように、矢印Ｃ方向に流通して一対の冷却媒体出口連通孔３８ｂから排出される。
【００５８】
この場合、第１の実施形態では、図５に示すように、カソードセパレータ３０の複数本の出口連結通路４４ｂには、それぞれ酸化剤ガス流路４０の流路幅方向（矢印Ｃ方向）に沿って親水処理部４６ａと撥水処理部４６ｂとが交互に配置されている。
【００５９】
具体的には、図６に示すように、シリコンウエハ８３には、ＳｉＯ2（二酸化珪素）が熱酸化により成膜されて、単一平面状の親水処理部４６ａが形成される。そして、親水処理部４６ａ上には、アモルファスフッ素樹脂を塗布することにより、撥水処理部４６ｂが形成される。さらに、撥水処理部４６ｂ上にフォトレジスト８４が塗布された後、フォトマスク８６が装着され、前記フォトマスク８６から紫外線が照射されて露光が行われる。
【００６０】
次に、現像処理が行われた後、ＲＩＥのドライエッチングが施され、露光されたフォトレジスト８４及び撥水処理部４６ｂが除去されるとともに、剥離液で前記フォトレジスト８４全体が除去される。これにより形成された処理膜は、カソードセパレータ３０の面３０ａに取り付けられる。
【００６１】
上記のように、面３０ａでは、複数本の出口連結通路４４ｂのそれぞれ底面を構成する通路面４４ｂｓには、酸化剤ガス流路４０の流路幅方向に沿って親水処理部４６ａと撥水処理部４６ｂとが交互に複数配置されている。このため、凝縮水は、それぞれの出口連結通路４４ｂの親水作用と撥水作用との併用により、円滑に除去されることができる。
【００６２】
しかも、親水処理部４６ａは、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに向かって幅寸法が小さくなる一方、撥水処理部４６ｂは、前記酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに向かって幅寸法が大きくなっている。従って、図７に示すように、親水処理部４６ａに沿って流動した凝縮水は、撥水処理部４６ｂの幅寸法が拡大するのに伴って水滴８８が生成される。水滴８８は、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに近接する程、すなわち、撥水処理部４６ｂの幅寸法が拡大するのに伴って、大径となり、大径水滴８８Ｒとなって前記酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに排出される。
【００６３】
これにより、簡単な構成で、酸化剤ガス流路４０と酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとを連結するそれぞれの出口連結通路４４ｂに液滴が滞留することを確実に阻止することが可能になる。このため、酸化剤ガスの流通が円滑に遂行され、発電セル１２の発電性能を良好に維持することができるという効果が得られる。
【００６４】
さらに、親水処理部４６ａ及び撥水処理部４６ｂは、特に積層体１４の積層方向両端に配置されている端部発電セル１２Ａ、１２Ｂに設けられることが好ましい。端部発電セル１２Ａ、１２Ｂは、燃料電池スタック１０内で結露環境になり易い部位に配置されている。従って、端部発電セル１２Ａ、１２Ｂの排水性が良好に向上することにより、フラッディングを防止して発電性能の向上が容易に図られる。なお、端部発電セル１２Ａ、１２Ｂは、それぞれ端部に積層された１組〜５組程度の発電セル１２をいう。
【００６５】
また、図４に示すように、アノードセパレータ３２の面３２ａには、複数本の出口連結通路５２ｂのそれぞれ底面を構成する通路面５２ｂｓに、燃料ガス流路４８の流路幅方向に沿って親水処理部５４ａと撥水処理部５４ｂとが交互に配置されている。これにより、それぞれの出口連結通路５２ｂに凝縮水が滞留することがなく、燃料ガスの流通が円滑に遂行され、発電セル１２の発電性能を良好に維持することができるという効果が得られる。
【００６６】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック９０を構成する発電セル（燃料電池）９２の要部分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る発電セル１２と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
発電セル９２は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）９４が、カソードセパレータ９６及びアノードセパレータ９８により挟持される。カソードセパレータ９６には、親水処理部４６ａ及び撥水処理部４６ｂが設けられておらず、アノードセパレータ９８には、親水処理部５４ａ及び撥水処理部５４ｂが設けられていない。
【００６８】
電解質膜・電極構造体９４は、固体高分子電解質膜６２がカソード電極６４及びアノード電極６６に挟持されるＭＥＡ接合体１００を備える。ＭＥＡ接合体１００は、発電領域に対応する矩形状を有するとともに、前記ＭＥＡ接合体１００の外周を周回して樹脂枠部材１０２が設けられる。樹脂枠部材１０２は、カソードセパレータ９６及びアノードセパレータ９８の外形寸法と同一の外形寸法を有する。
【００６９】
樹脂枠部材１０２のカソードセパレータ９６に対向する面１０２ａには、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス流路４０との間に位置して、複数本のガイド部（又はエンボス部）を有する入口バッファ部１０４ａが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔３４ｂと酸化剤ガス流路４０との間には、複数本のガイド部（又はエンボス部）を有する出口バッファ部１０４ｂが設けられる。
【００７０】
面１０２ａには、入口バッファ部１０４ａと酸化剤ガス入口連通孔３４ａとを連結する複数本の入口連結通路１０６ａが複数本の凸状部１０７ａ間に設けられる。面１０２ａには、出口バッファ部１０４ｂと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとを連結する複数本の出口連結通路１０６ｂが複数本の凸状部１０７ｂ間に設けられる。
【００７１】
第２の実施形態では、それぞれの出口連結通路１０６ｂの底面を構成する通路面１０６ｂｓには、酸化剤ガス流路４０の流路幅方向（矢印Ｃ方向）に沿って親水処理部１０８ａと撥水処理部１０８ｂとが交互に複数配置される。親水処理部１０８ａは、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに向かって幅寸法が小さくなる楔形状を有する一方、撥水処理部１０８ｂは、前記酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに向かって幅寸法が大きくなる楔形状を有する。
【００７２】
樹脂枠部材１０２のアノードセパレータ９８に対向する面１０２ｂには、燃料ガス入口連通孔３６ａと燃料ガス流路４８との間に位置して、複数本のガイド部（又はエンボス部）を有する入口バッファ部１１０ａが設けられる。燃料ガス出口連通孔３６ｂと燃料ガス流路４８との間には、複数本のガイド部（又はエンボス部）を有する出口バッファ部１１０ｂが設けられる。
【００７３】
面１０２ｂには、入口バッファ部１１０ａと燃料ガス入口連通孔３６ａとを連結する複数本の入口連結通路１１２ａが設けられる。面１０２ｂには、出口バッファ部１１０ｂと燃料ガス出口連通孔３６ｂとを連結する複数本の出口連結通路１１２ｂが設けられる。それぞれの出口連結通路１１２ｂには、図示しないが、必要に応じて親水処理部と撥水処理部とが交互に複数配置される。
【００７４】
このように構成される第２の実施形態では、樹脂枠部材１０２の面１０２ａには、酸化剤ガス流路４０の流路幅方向に沿って親水処理部１０８ａと撥水処理部１０８ｂとが交互に複数配置されている。このため、凝縮水は、それぞれの出口連結通路１０６ｂの親水作用と撥水作用との併用により、円滑に除去されることができる。
【００７５】
従って、簡単な構成で、酸化剤ガス流路４０と酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとを連結するそれぞれの出口連結通路１０６ｂに液滴が滞留することを確実に阻止することが可能になる。このため、発電セル９２の発電性能を良好に維持することができる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７６】
１０、９０…燃料電池スタック        １２、９２…発電セル
１２Ａ、１２Ｂ…端部発電セル        １４…積層体
２８、９４…電解質膜・電極構造体    ３０、９６…カソードセパレータ
３２、９８…アノードセパレータ      ３４ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３４ｂ…酸化剤ガス出口連通孔        ３６ａ…燃料ガス入口連通孔
３６ｂ…燃料ガス出口連通孔          ３８ａ…冷却媒体入口連通孔
３８ｂ…冷却媒体出口連通孔          ４０…酸化剤ガス流路
４４ａ、５２ａ、１０６ａ、１１２ａ…入口連結通路
４４ｂ、５２ｂ、１０６ｂ、１１２ｂ…出口連結通路
４４ｂｓ、５２ｂｓ、１０６ｂｓ…通路面
４６ａ、５４ａ、１０８ａ…親水処理部
４６ｂ、５４ｂ、１０８ｂ…撥水処理部
４８…燃料ガス流路                  ５６…冷却媒体流路
６２…固体高分子電解質膜            ６４…カソード電極
６６…アノード電極                  １００…ＭＥＡ接合体
１０２…樹脂枠部材
【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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