(57)【要約】【課題】簡易な構成で、アノード側セパレータまたはカソード側セパレータと、プレートとの間における抵抗の増加を抑制することができる燃料電池を提供すること。【解決手段】  電解質層３６、アノード電極３７およびカソード電極３８を備える膜電極接合体３１と、アノード側セパレータ３２と、カソード側セパレータ３３と、アノード側セパレータ３２またはカソード側セパレータ３３に対向配置される導電性の中間プレート３４とを備える燃料電池３において、中間プレート３４の突条６１Ａとアノード側セパレータ３２の突部４１Ｂとの間、または、中間プレート３４の突条６１Ｂとカソード側セパレータ３３５１Ｂとの間に、変形可能な多孔質金属７１を設ける。【選択図】図５
2017084737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層、前記電解質層の厚み方向一方側に配置されるアノード電極、および、前記電解質層の厚み方向他方側に配置されるカソード電極を備える膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記厚み方向一方側に配置されるアノード側セパレータと、
前記膜電極接合体の前記厚み方向他方側に配置されるカソード側セパレータと、
前記アノード側セパレータの前記厚み方向一方側、または、前記カソード側セパレータの前記厚み方向他方側に配置される導電性のプレートと、
前記アノード側セパレータと前記プレートとの間、または、前記カソード側セパレータと前記プレートとの間に配置される導電性部材と
を備え、
前記アノード側セパレータまたは前記カソード側セパレータは、
前記厚み方向において、前記電解質層から離れる方向に凹む流路と、
前記厚み方向において、前記流路の凹みに対応して前記電解質層から離れる方向に突出する突部と
を有し、
前記プレートは、前記厚み方向において前記突部に重なる重複部を有し、
前記導電性部材は、少なくとも、前記突部と前記重複部との間において、前記厚み方向における前記突部の面と、前記厚み方向における前記重複部の面とに追従するように、変形可能であ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、車両または定置システムなどに搭載される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両または定置システムなどに搭載される燃料電池として、アノード電極およびカソード電極が固体高分子膜からなる電解質層を挟んで対向配置されてなる膜電極接合体を、燃料をアノード電極に給排するためのアノード側セパレータと、空気をカソード電極に給排するためのカソード側セパレータとで挟むようにして発電セルを構成し、その発電セルを複数積層することにより、燃料電池を構成することが知られている。
【０００３】
例えば、膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を、第１のセパレータおよび第２のセパレータで挟んだ単位燃料電池を複数積層して構成された燃料電池が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この燃料電池では、互いに隣接する単位燃料電池の第１のセパレータおよび第２のセパレータを、溶接や接着等の方法で固着し、セパレータ間の接触不良や接触抵抗増加を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９３０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１のように、セパレータ間を溶接や接着等の方法で固着すると、燃料電池の組み立て作業やメンテナンス作業が煩雑になるおそれがある。
【０００７】
また、セパレータに表面処理が施されている場合、溶接等の熱により、表面処理による効果が失われるおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、簡易な構成で、アノード側セパレータまたはカソード側セパレータと、プレートとの間における抵抗の増加を抑制することができる燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明は、電解質層、前記電解質層の厚み方向一方側に配置されるアノード電極、および、前記電解質層の厚み方向他方側に配置されるカソード電極を備える膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記厚み方向一方側に配置されるアノード側セパレータと、前記膜電極接合体の前記厚み方向他方側に配置されるカソード側セパレータと、前記アノード側セパレータの前記厚み方向一方側、または、前記カソード側セパレータの前記厚み方向他方側に配置される導電性のプレートと、前記アノード側セパレータと前記プレートとの間、または、前記カソード側セパレータと前記プレートとの間に配置される導電性部材とを備え、前記アノード側セパレータまたは前記カソード側セパレータは、前記厚み方向において、前記電解質層から離れる方向に凹む流路と、前記厚み方向において、前記流路の凹みに対応して前記電解質層から離れる方向に突出する突部とを有し、前記プレートは、前記厚み方向において前記突部に重なる重複部を有し、前記導電性部材は、少なくとも、前記突部と前記重複部との間において、前記厚み方向における前記突部の面と、前記厚み方向における前記重複部の面とに追従するように、変形可能である、燃料電池を含む。
【００１０】
このような構成によれば、アノード側セパレータまたはカソード側セパレータとプレートとを重ねたときに、プレートの重複部の面と突部の面との間に、導電性部材を、プレートの重複部の面、および、突部の面に追従するように変形した状態で配置することができる。
【００１１】
そのため、重複部と突部とを、導電性部材を介して、確実に電気的に接続することができる。
【００１２】
その結果、簡易な構成で、アノード側セパレータまたはカソード側セパレータと、プレートとの間における抵抗の増加を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池によれば、簡易な構成で、アノード側セパレータまたはカソード側セパレータと、プレートとの間における抵抗の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池を搭載した電動車両の概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す発電セルの厚み方向他方側から見た分解斜視図を示す。
【図３】図３は、図１に示す発電セルの厚み方向一方側から見た分解斜視図を示す。
【図４】図４は、図１に示す発電セルの断面図であって、中間プレートを組み付ける前の状態を示す。
【図５】図５は、図１に示す発電セルの断面図であって、中間プレートを組み付け、加圧した後の状態を示す。
【図６】図６は、各実施例および比較例の接触抵抗の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
１．電動車両の全体構成
図１に示すように、電動車両１は、燃料電池３（後述）を電源として、動力源であるモータ２３を駆動する電動車両である。電動車両１は、燃料電池システム２を搭載している。
【００１６】
燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、空気給排部５と、制御部６と、動力部７とを備えている。
【００１７】
（１）燃料電池
燃料電池３は、燃料成分を含む液体燃料が直接供給されるアニオン交換形燃料電池である。
【００１８】
燃料成分としては、例えば、分子中に水素原子を含有する含水素液体燃料が挙げられ、具体的には、メタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどのアルキル基を有するエーテル類、ヒドラジン類などが挙げられ、好ましくは、アルコール類およびヒドラジン類が挙げられ、さらに好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。
【００１９】
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、燃料タンク１１と、燃料供給ライン１２と、燃料還流ライン１３と、排気ライン１４とを備えている。
【００２０】
燃料タンク１１は、液体燃料を貯蔵するように構成されている。
【００２１】
燃料供給ライン１２は、燃料タンク１１から燃料電池３へ液体燃料を供給するための配管である。燃料供給ライン１２の供給方向上流端は、燃料タンク１１の下端部に接続されている。燃料供給ライン１２の供給方向下流端は、燃料電池３の燃料供給部２９Ａ（後述）に接続されている。燃料供給ライン１２は、燃料輸送ポンプ１５を備えている。
【００２２】
燃料輸送ポンプ１５は、燃料供給ライン１２の途中に介在されている。燃料輸送ポンプ１５としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが挙げられる。燃料輸送ポンプ１５は、燃料タンク１１内の液体燃料を燃料電池３に供給する。燃料輸送ポンプ１５は、ＥＣＵ２２（後述）に電気的に接続されている。
【００２３】
燃料還流ライン１３は、燃料電池３から燃料タンク１１へ液体燃料を還流するための配管である。燃料還流ライン１３の還流方向上流端は、燃料電池３の燃料排出部２９Ｂ（後述）に接続されている。燃料還流ライン１３の還流方向下流端は、燃料タンク１１の上端部に接続されている。燃料還流ライン１３は、気液分離器１６を備えている。
【００２４】
気液分離器１６は、燃料還流ライン１３の途中に介在されている。気液分離器１６は、液体燃料とガス（気体）とを分離する。
【００２５】
排気ライン１４は、気液分離器１６で分離されたガスを電動車両１から外へ排気するための配管である。排気ライン１４の排気方向上流端は、気液分離器１６に接続されている。排気ライン１４の排気方向下流端は、大気開放されている。なお、排気ライン１４の途中には、ガスを無害化および無臭化するための図示しない浄化装置が介在されている。
【００２６】
（３）空気給排部
空気給排部５は、空気供給ライン１８と、空気排出ライン１９とを備えている。
【００２７】
空気供給ライン１８は、電動車両１の外から燃料電池３へ空気（酸素）を供給するための配管である。空気供給ライン１８の供給方向上流端は、大気開放されている。空気供給ライン１８の供給方向下流端は、燃料電池３の空気供給部２９Ｃ（後述）に接続されている。空気供給ライン１８は、空気供給ポンプ２０を備えている。
【００２８】
空気供給ポンプ２０は、空気供給ライン１８の途中に介在されている。空気供給ポンプ２０としては、例えば、エアコンプレッサなどの公知の送気ポンプが挙げられる。空気供給ポンプ２０は、ＥＣＵ２２（後述）に電気的に接続されている。
【００２９】
空気排出ライン１９は、燃料電池３から電動車両１の外へ空気を排出するための配管である。空気排出ライン１９の排出方向上流端は、燃料電池３の空気排出部２９Ｄ（後述）に接続されている。空気排出ライン１９の排出方向下流端は、大気開放されている。
【００３０】
（４）制御部
制御部６は、ＥＣＵ２２を備えている。
【００３１】
ＥＣＵ２２は、電動車両１における電気的な制御を実行するコントロールユニット（すなわち、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。
【００３２】
（５）動力部
動力部７は、いわゆるエンジンルーム内に配置されている。動力部７は、モータ２３と、バッテリー２４とを備えている。
【００３３】
モータ２３は、燃料電池３に電気的に接続されている。モータ２３は、燃料電池３から出力される電気エネルギーを電動車両１の駆動力として機械エネルギーに変換する。モータ２３としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機などの公知の三相電動機などが挙げられる。
【００３４】
バッテリー２４は、燃料電池３とモータ２３との間の配線に電気的に接続されている。バッテリー２４としては、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの公知の二次電池などが挙げられる。
【００３５】
２．燃料電池の構成
燃料電池３は、図１および図２に示すように、複数の発電セル２８と、複数のプレートの一例としての中間プレート３４と、１対のエンドプレート２９とを備えている。
【００３６】
なお、以下の燃料電池３の説明において、電解質層３６（後述、図４参照）の厚み方向を、厚み方向とし、燃料流路４１Ａ（後述、図２参照）が延びる方向を、上下方向とし、厚み方向および上下方向の両方と直交する方向を、幅方向とする。
【００３７】
（１）発電セル
複数の発電セル２８は、１対のエンドプレート２９の間において、厚み方向に積層されている。これにより、複数の発電セル２８は、セルスタックを構成する。発電セル２８は、図２および図４に示すように、膜電極接合体３１と、１対のガス拡散層３９と、アノード側セパレータ３２と、カソード側セパレータ３３とを備えている。
【００３８】
膜電極接合体３１は、電解質層３６と、アノード電極３７と、カソード電極３８とを備えている。
【００３９】
電解質層３６は、アニオン交換形の高分子電解質膜から形成されている。電解質層３６は、上下方向に延びる平板形状に形成されている。
【００４０】
アノード電極３７は、電解質層３６の厚み方向一方側の表面に、薄層として積層されている。アノード電極３７は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成される。なお、アノード電極３７は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。
【００４１】
カソード電極３８は、電解質層３６の厚み方向他方側の表面に、薄層として積層されている。カソード電極３８は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成される。なお、カソード電極３８は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。
【００４２】
１対のガス拡散層３９は、厚み方向において、膜電極接合体３１を挟むように、膜電極接合体３１の両側に配置されている。なお、本実施形態では、１対のガス拡散層３９は、膜電極接合体３１と一体的に構成されており、膜電極接合体３１とともに、ガス拡散層一体型膜電極接合体を構成する。ガス拡散層３９は、厚み方向に見て、膜電極接合体３１よりも大きな矩形状に形成されている。ガス拡散層３９には、燃料供給口３９Ａ、燃料排出口３９Ｂ、空気供給口３９Ｃおよび空気排出口３９Ｄが形成されている。
【００４３】
燃料供給口３９Ａは、膜電極接合体３１よりも下側において、ガス拡散層３９の幅方向一方側半分に配置されている。
【００４４】
燃料排出口３９Ｂは、膜電極接合体３１よりも上側において、ガス拡散層３９の幅方向他方側半分に配置されている。
【００４５】
空気供給口３９Ｃは、膜電極接合体３１よりも上側において、燃料排出口３９Ｂの幅方向一方側に配置されている。
【００４６】
空気排出口３９Ｄは、膜電極接合体３１よりも下側において、燃料供給口３９Ａの幅方向他方側に配置されている。
【００４７】
燃料供給口３９Ａ、燃料排出口３９Ｂ、空気供給口３９Ｃおよび空気排出口３９Ｄは、ガス拡散層３９を厚み方向に貫通する。
【００４８】
アノード側セパレータ３２は、後で詳述するが、膜電極接合体３１の厚み方向一方側に配置されている。アノード側セパレータ３２は、厚み方向に見て、略矩形の平板形状に形成されている。アノード側セパレータ３２には、燃料供給口３２Ａ、燃料排出口３２Ｂ、空気供給口３２Ｃ、および、空気排出口３２Ｄが形成されている。
【００４９】
燃料供給口３２Ａは、アノード側セパレータ３２をガス拡散層３９に積層したときに、厚み方向においてガス拡散層３９の燃料供給口３９Ａに対向するように配置されている。
【００５０】
燃料排出口３２Ｂは、アノード側セパレータ３２をガス拡散層３９に積層したときに、厚み方向においてガス拡散層３９の燃料排出口３９Ｂに対向するように配置されている。
【００５１】
空気供給口３２Ｃは、アノード側セパレータ３２をガス拡散層３９に積層したときに、厚み方向においてガス拡散層３９の空気供給口３９Ｃに対向するように配置されている。
【００５２】
空気排出口３２Ｄは、アノード側セパレータ３２をガス拡散層３９に積層したときに、厚み方向においてガス拡散層３９の空気排出口３９Ｄに対向するように配置されている。
【００５３】
燃料供給口３２Ａ、燃料排出口３２Ｂ、空気供給口３２Ｃおよび空気排出口３２Ｄは、アノード側セパレータ３２を厚み方向に貫通する。なお、アノード側セパレータ３２とガス拡散層３９との間には、燃料供給口３２Ａ、燃料排出口３２Ｂ、空気供給口３２Ｃおよび空気排出口３２Ｄをそれぞれ囲むように、シールＳ１が介在されている。
【００５４】
カソード側セパレータ３３は、後で詳述するが、膜電極接合体３１の厚み方向他方側に配置されている。カソード側セパレータ３３は、厚み方向に見て、略矩形の平板形状に形成されている。カソード側セパレータ３３には、燃料供給口３３Ａ、燃料排出口３３Ｂ、空気供給口３３Ｃ、および、空気排出口３３Ｄが形成されている。
【００５５】
燃料供給口３３Ａは、カソード側セパレータ３３をガス拡散層３９に積層したときに、厚み方向においてガス拡散層３９の燃料供給口３９Ａに対向するように配置されている。
【００５６】
燃料排出口３３Ｂは、カソード側セパレータ３３をガス拡散層３９に積層したときに、厚み方向においてガス拡散層３９の燃料排出口３９Ｂに対向するように配置されている。
【００５７】
空気供給口３３Ｃは、カソード側セパレータ３３をガス拡散層３９に積層したときに、厚み方向においてガス拡散層３９の空気供給口３９Ｃに対向するように配置されている。
【００５８】
空気排出口３３Ｄは、カソード側セパレータ３３をガス拡散層３９に積層したときに、厚み方向においてガス拡散層３９の空気排出口３９Ｄに対向するように配置されている。
【００５９】
燃料供給口３３Ａ、燃料排出口３３Ｂ、空気供給口３３Ｃおよび空気排出口３３Ｄは、カソード側セパレータ３３を厚み方向に貫通する。なお、カソード側セパレータ３３とガス拡散層３９との間には、燃料供給口３３Ａ、燃料排出口３３Ｂ、空気供給口３３Ｃおよび空気排出口３３Ｄをそれぞれ囲むように、シールＳ１が介在されている。
【００６０】
（３）中間プレート
中間プレート３４は、後で詳述するが、厚み方向において、互いに隣接する２つの発電セル２８の間に配置されている。言い換えると、中間プレート３４は、互いに隣接する２つの発電セル２８の間において、厚み方向他方側の発電セル２８のアノード側セパレータ３２と、厚み方向一方側の発電セル２８のカソード側セパレータ３３との間に配置されている。すなわち、中間プレート３４は、アノード側セパレータ３２の厚み方向一方側、または、カソード側セパレータ３３の厚み方向他方側に配置されている。中間プレート３４は、厚み方向に見て、略矩形の平板形状に形成されている。中間プレート３４には、燃料供給口３４Ａ、燃料排出口３４Ｂ、空気供給口３４Ｃ、および、空気排出口３４Ｄが形成されている。
【００６１】
燃料供給口３４Ａは、中間プレート３４をアノード側セパレータ３２とカソード側セパレータ３３との間に積層したときに、厚み方向において、アノード側セパレータ３２の燃料供給口３２Ａと、カソード側セパレータ３３の燃料供給口３３Ａとに対向するように配置されている。これにより、複数の発電セル２８が積層された状態で、中間プレート３４の燃料供給口３４Ａ、アノード側セパレータ３２の燃料供給口３２Ａ、ガス拡散層３９の燃料供給口３９Ａ、および、カソード側セパレータ３３の燃料供給口３３Ａは、互いに厚み方向に並び、厚み方向に延びる燃料供給路Ｒ１を形成する。
【００６２】
燃料排出口３４Ｂは、中間プレート３４をアノード側セパレータ３２とカソード側セパレータ３３との間に積層したときに、厚み方向において、アノード側セパレータ３２の燃料排出口３２Ｂと、カソード側セパレータ３３の燃料排出口３３Ｂとに対向するように配置されている。これにより、複数の発電セル２８が積層された状態で、中間プレート３４の燃料排出口３４Ｂ、アノード側セパレータ３２の燃料排出口３２Ｂ、ガス拡散層３９の燃料排出口３９Ｂ、および、カソード側セパレータ３３の燃料排出口３３Ｂは、互いに厚み方向に並び、厚み方向に延びる燃料排出路Ｒ２を形成する。
【００６３】
空気供給口３４Ｃは、中間プレート３４をアノード側セパレータ３２とカソード側セパレータ３３との間に積層したときに、厚み方向において、アノード側セパレータ３２の空気供給口３２Ｃと、カソード側セパレータ３３の空気供給口３３Ｃとに対向するように配置されている。これにより、複数の発電セル２８が積層された状態で、中間プレート３４の空気供給口３４Ｃ、アノード側セパレータ３２の空気供給口３２Ｃ、ガス拡散層３９の空気供給口３９Ｃ、および、カソード側セパレータ３３の空気供給口３３Ｃは、互いに厚み方向に並び、厚み方向に延びる空気供給路Ｒ３を形成する。
【００６４】
空気排出口３４Ｄは、中間プレート３４をアノード側セパレータ３２とカソード側セパレータ３３との間に積層したときに、厚み方向において、アノード側セパレータ３２の空気排出口３２Ｄと、カソード側セパレータ３３の空気排出口３３Ｄとに対向するように配置されている。これにより、複数の発電セル２８が積層された状態で、中間プレート３４の空気排出口３４Ｄ、アノード側セパレータ３２の空気排出口３２Ｄ、ガス拡散層３９の空気排出口３９Ｄ、および、カソード側セパレータ３３の空気排出口３３Ｄは、互いに厚み方向に並び、厚み方向に延びる空気排出路Ｒ４を形成する。
【００６５】
燃料供給口３４Ａ、燃料排出口３４Ｂ、空気供給口３４Ｃおよび空気排出口３４Ｄは、中間プレート３４を厚み方向に貫通する。なお、中間プレート３４とアノード側セパレータ３２との間、および、中間プレート３４とアノード側セパレータ３２との間には、燃料供給口３４Ａ、燃料排出口３４Ｂ、空気供給口３４Ｃおよび空気排出口３４Ｄをそれぞれ囲むように、シールＳ２が介在されている。
【００６６】
（３）エンドプレート
１対のエンドプレート２９は、図１に示すように、厚み方向において、セルスタックを挟むように、燃料電池３の両端部に配置されている。エンドプレート２９は、絶縁性の樹脂などから略平板形状に形成されている。一方のエンドプレート２９は、燃料供給路Ｒ１に連通する燃料供給部２９Ａ、燃料排出路Ｒ２に連通する燃料排出部２９Ｂ、空気供給路Ｒ３に連通する空気供給部２９Ｃ、および、空気排出路Ｒ４に連通する空気排出部２９Ｄを備えている。
【００６７】
３．アノード側セパレータおよびカソード側セパレータの詳細
（１）アノード側セパレータ
アノード側セパレータ３２は、図２および図４に示すように、ステンレスなどの金属板からなる。すなわち、アノード側セパレータ３２は、導電性を有する。金属板の厚みは、材質がステンレスである場合、例えば、０．０５ｍｍ以上、好ましくは、０．１ｍｍ以上であり、例えば、０．５ｍｍ以下、好ましくは、０．３ｍｍ以下である。アノード側セパレータ３２には、流路の一例としての燃料流路４１Ａ、供給スリット４２、排出スリット４３が形成されている。
【００６８】
燃料流路４１Ａは、アノード側セパレータ３２の厚み方向他方側の面に形成される。燃料流路４１Ａは、厚み方向において膜電極接合体３１に対向するように、アノード側セパレータ３２の上下方向中央部に配置される。燃料流路４１Ａは、幅方向に互いに間隔を隔てて、複数、並列配置されている。燃料流路４１Ａは、膜電極接合体３１から離れるように、厚み方向一方側へ凹む。燃料流路４１Ａは、上下方向に延びる直線形状に形成されている。燃料流路４１Ａは、ハイドロフォーミング成形やプレス成形などの方法により、形成される。これにより、アノード側セパレータ３２の厚み方向一方側の面には、燃料流路４１Ａの凹みに対応して、膜電極接合体３１から離れるように、厚み方向一方側に突出する突部４１Ｂが形成される。突部４１Ｂは、燃料流路４１Ａの形状に対応して、上下方向に延びる直線形状に形成されている。
【００６９】
また、燃料流路４１Ａの深さ（厚み方向の寸法）は、例えば、０．１ｍｍ以上、好ましくは、０．３ｍｍ以上であり、例えば、１．０ｍｍ以下、好ましくは、０．８ｍｍ以下である。
【００７０】
供給スリット４２は、上下方向において、燃料流路４１Ａと燃料供給口３２Ａとの間に配置される。供給スリット４２は、幅方向に延びる直線形状を有する。供給スリット４２は、アノード側セパレータ３２を厚み方向に貫通する。
【００７１】
排出スリット４３は、上下方向において、燃料流路４１Ａと燃料排出口３２Ｂとの間に配置される。排出スリット４３は、幅方向に延びる直線形状を有する。排出スリット４３は、アノード側セパレータ３２を厚み方向に貫通する。
【００７２】
（２）カソード側セパレータ
カソード側セパレータ３３は、図３および図４に示すように、厚み方向においてアノード側セパレータ３２を反転させたものであり、アノード側セパレータ３２と同じ金属板から同じ形状に形成されている。すなわち、カソード側セパレータ３３は、導電性を有する。カソード側セパレータ３３において、アノード側セパレータ３２と作用が異なる部分について説明する。カソード側セパレータ３３には、流路の一例としての空気流路５１Ａ、供給スリット５２、排出スリット５３が形成されている。
【００７３】
空気流路５１Ａは、カソード側セパレータ３３の厚み方向一方側の面に形成される。空気流路５１Ａは、厚み方向において膜電極接合体３１に対向するように、カソード側セパレータ３３の上下方向中央部に配置される。空気流路５１Ａは、幅方向に互いに間隔を隔てて、複数、並列配置されている。空気流路５１Ａは、膜電極接合体３１から離れるように、厚み方向他方側へ凹む。空気流路５１Ａは、上下方向に延びる直線形状に形成されている。空気流路５１Ａは、ハイドロフォーミング成形やプレス成形などの方法により、形成される。これにより、カソード側セパレータ３３の厚み方向他方側の面には、空気流路５１Ａの凹みに対応して、膜電極接合体３１から離れるように、厚み方向他方側に突出する突部５１Ｂが形成される。突部５１Ｂは、空気流路５１Ａの形状に対応して、上下方向に延びる直線形状に形成されている。
【００７４】
供給スリット５２は、上下方向において、空気流路５１Ａと空気供給口３３Ｃとの間に配置される。供給スリット５２は、幅方向に延びる直線形状を有する。供給スリット５２は、カソード側セパレータ３３を厚み方向に貫通する。
【００７５】
排出スリット５３は、上下方向において、空気流路５１Ａと空気排出口３３Ｄとの間に配置される。排出スリット５３は、幅方向に延びる直線形状を有する。排出スリット５３は、カソード側セパレータ３３を厚み方向に貫通する。
【００７６】
４．中間プレートの詳細
中間プレート３４は、図２および図４に示すように、ステンレスなどの金属板からなる。すなわち、中間プレート３４は、導電性を有する。金属板の厚みは、材質がステンレスである場合、例えば、０．０５ｍｍ以上、好ましくは、０．１ｍｍ以上であり、例えば、０．５ｍｍ以下、好ましくは、０．３ｍｍ以下である。中間プレート３４は、重複部の一例としての突条６１を備える。また、中間プレート３４には、燃料供給溝６２、燃料排出溝６３、空気供給溝６４および空気排出溝６５が形成されている。
【００７７】
突条６１は、中間プレート３４の上下方向中央部に配置される。突条６１は、アノード側セパレータ３２の突部４１Ｂの厚み方向一方側、または、カソード側セパレータ３３の突部５１Ｂの厚み方向他方側に配置される。突条６１は、厚み方向他方側の面に形成される突条６１Ａと、厚み方向一方側の面に形成される突条６１Ｂとを含む。
【００７８】
突条６１Ａは、上下方向に互いに間隔を隔てて、複数、並列配置されている。突条６１Ａは、幅方向に延びる直線形状に形成されている。突条６１Ａは、ハイドロフォーミング成形やプレス成形などの方法により、厚み方向他方側へ突出するように形成されている。なお、中間プレート３４の厚み方向一方側の面は、突条６１Ａの裏側において、厚み方向他方側へ凹んでいる。凹みの深さ（厚み方向の寸法）は、例えば、０．１ｍｍ以上、好ましくは、０．３ｍｍ以上であり、例えば、１．０ｍｍ以下、好ましくは、０．８ｍｍ以下である。
【００７９】
突条６１Ｂは、図３および図４に示すように、上下方向に互いに間隔を隔てて、複数、並列配置されている。突条６１Ｂは、上下方向において、互いに隣接する突条６１Ａの間に配置される。突条６１Ｂは、幅方向に延びる直線形状に形成されている。突条６１Ｂは、ハイドロフォーミング成形やプレス成形などの方法により、厚み方向一方側へ突出するように形成されている。なお、中間プレート３４の厚み方向他方側の面は、突条６１Ｂの裏側、すなわち、互いに隣接する突条６１Ａの間において、厚み方向一方側へ凹んでいる。凹みの深さは、上記した突条６１Ａの裏側の凹みと同じである。
【００８０】
燃料供給溝６２は、燃料供給口３４Ａと突条６１Ａとの間に配置されている。燃料供給溝６２は、上下方向に延びている。燃料供給溝６２は、厚み方向他方側の面に形成されている。燃料供給溝６２は、厚み方向一方側に凹んでいる。燃料供給溝６２は、シールＳ２によって、燃料供給口３４Ａとともに囲まれている。
【００８１】
燃料排出溝６３は、燃料排出口３４Ｂと突条６１Ａとの間に配置されている。燃料排出溝６３は、上下方向に延びている。燃料排出溝６３は、厚み方向他方側の面に形成されている。燃料排出溝６３は、厚み方向一方側に凹んでいる。燃料排出溝６３は、シールＳ２によって、燃料排出口３４Ｂとともに囲まれている。
【００８２】
空気供給溝６４は、図３に示すように、空気供給口３４Ｃと突条６１Ｂとの間に配置されている。空気供給溝６４は、上下方向に延びている。空気供給溝６４は、厚み方向一方側の面に形成されている。空気供給溝６４は、厚み方向他方側に凹んでいる。空気供給溝６４は、シールＳ２によって、空気供給口３４Ｃとともに囲まれている。
【００８３】
空気排出溝６５は、空気排出口３４Ｄと突条６１Ｂとの間に配置されている。空気排出溝６５は、上下方向に延びている。空気排出溝６５は、厚み方向一方側の面に形成されている。空気排出溝６５は、厚み方向他方側に凹んでいる。空気排出溝６５は、シールＳ２によって、空気排出口３４Ｄとともに囲まれている。
【００８４】
燃料供給溝６２、燃料排出溝６３、空気供給溝６４および空気排出溝６５の深さは、上記した突条６１Ａの裏側の凹みと同じである。
【００８５】
５．多孔質金属
燃料電池３は、図２および図４に示すように、複数の導電性部材の一例としての多孔質金属７１を、さらに備えている。
【００８６】
多孔質金属７１は、アノード側セパレータ３２と中間プレート３４との間、または、カソード側セパレータ３３と中間プレート３４との間に配置される。多孔質金属７１は、厚み方向に見て、アノード側セパレータ３２の突部４１Ｂ、カソード側セパレータ３３の突部５１Ｂを覆うようなサイズおよび形状に形成されている。具体的には、多孔質金属７１は、厚み方向に見て略六角形の平板形状に形成されている。多孔質金属７１は、金属からなる連続層の中に気泡が導入されたスポンジ状の内部構造を有する。
【００８７】
多孔質金属７１を構成する金属としては、例えば、銀、銅、ニッケル、チタンなどの金属や、例えば、アルミニウム合金、ステンレスなどの合金が挙げられる。
【００８８】
多孔質金属７１の厚みは、例えば、５０μｍ以上、好ましくは、１００μｍ以上であり、例えば、５００μｍ以下、好ましくは、３００μｍ以下である。
【００８９】
多孔質金属７１の孔径は、例えば、１０μｍ以上、好ましくは、３０μｍ以上であり、例えば、３００μｍ以下、好ましくは、２００μｍ以下である。
【００９０】
６．燃料電池の組み立て
燃料電池３の組み立てについて説明する。
【００９１】
燃料電池３を組み立てるには、図４に示すように、複数の発電セル２８と、複数の中間プレート３４とを交互に積層して、図１に示すように、１対のエンドプレート２９で厚み方向両側から挟む。このとき、発電セル２８と中間プレート３４との間に、多孔質金属７１を挟む。
【００９２】
その後、図示しないケーシング内において、一方のエンドプレート２９を厚み方向に加圧する。
【００９３】
このとき、エンドプレート２９を加圧する加圧力は、例えば、０．３ＭＰａ以上、好ましくは、０．５ＭＰａ以上であり、例えば、３．０ＭＰａ以下、好ましくは、２．５ＭＰａ以下である。
【００９４】
すると、図５に示すように、アノード側セパレータ３２と中間セパレータ３４との間に配置される多孔質金属７１は、エンドプレート２９に加わる加圧力により、アノード側セパレータ３２の突部４１Ｂと、中間プレート３４の突条６１Ａとの間において、突部４１Ｂの厚み方向一方側の面と、突条６１Ａの厚み方向他方側の面とに追従するように変形する。
【００９５】
また、カソード側セパレータ３３と中間セパレータ３４との間に配置される多孔質金属７１は、エンドプレート２９に加わる加圧力により、カソード側セパレータ３３の突部５１Ｂと、中間プレート３４の突条６１Ｂとの間において、突部５１Ｂの厚み方向他方側の面と、突条６１Ｂの厚み方向一方側の面とに追従するように変形する。
【００９６】
これにより、中間プレート３４とアノード側セパレータ３２とを、または、中間プレート３４とカソード側セパレータ３３とを、多孔質金属７１を介して、確実に電気的に接続することができる。
【００９７】
７．発電動作
次いで、燃料電池３の発電動作について説明する。
【００９８】
電動車両１が作動されると、図１に示すように、ＥＣＵ２２の制御により、燃料供給ライン１２の燃料輸送ポンプ１５、および、空気供給ライン１８の空気供給ポンプ２０が駆動される。
【００９９】
燃料供給ライン１２の燃料輸送ポンプ１５が駆動すると、燃料タンク１１内の液体燃料は、燃料供給ライン１２を介して燃料電池３の燃料供給部２９Ａに供給される。
【０１００】
燃料供給部２９Ａに供給された液体燃料は、図４に示すように、燃料供給路Ｒ１内を通過するように厚み方向に流れる。
【０１０１】
燃料供給路Ｒ１を通過する液体燃料の一部は、アノード側セパレータ３２と中間プレート３４との間において、燃料供給溝６２に沿って上側に向かって流れ、アノード側セパレータ３２の供給スリット４２を通って、アノード側セパレータ３２とガス拡散層３９との間に流入する。
【０１０２】
アノード側セパレータ３２とガス拡散層３９との間に流入した液体燃料は、燃料流路４１Ａに沿って上側へ流れる。
【０１０３】
なお、図２に示すように、燃料流路４１Ａを通過した液体燃料は、アノード側セパレータ３２の供給スリット４２を通過した後、燃料排出溝６３に沿って、アノード側セパレータ３２と中間プレート３４との間を通過し、燃料排出路Ｒ２に排出される。
【０１０４】
図１に示すように、燃料排出路Ｒ２に排出された液体燃料は、エンドプレート２９の燃料排出部２９Ｂを介して、燃料還流ライン１３に排出される。
【０１０５】
また、空気供給ライン１８の空気供給ポンプ２０が駆動すると、電動車両１の外部から空気が取り込まれ、空気供給ライン１８を介して、燃料電池３の空気供給部２９Ｃに供給される。
【０１０６】
図３に示すように、空気供給部２９Ｃに供給された空気は、空気供給路Ｒ３内を通過するように厚み方向に流れる。
【０１０７】
空気供給路Ｒ３を通過する空気の一部は、カソード側セパレータ３３と中間プレート３４との間において、空気供給溝６４に沿って下側に向かって流れ、カソード側セパレータ３３の供給スリット５２を通って、カソード側セパレータ３３とガス拡散層３９との間に流入する。
【０１０８】
カソード側セパレータ３３とガス拡散層３９との間に流入した空気は、空気流路５１Ａに沿って下側へ流れる。
【０１０９】
なお、空気流路５１Ａを通過した空気は、カソード側セパレータ３３の供給スリット５２を通過した後、空気排出溝６５に沿って、アノード側セパレータ３２と中間プレート３４との間を通過し、空気排出路Ｒ４に排出される。
【０１１０】
図１に示すように、空気排出路Ｒ４に排出された液体燃料は、エンドプレート２９の空気排出部２９Ｄを介して、空気排出ライン１９に排出される。
【０１１１】
すると、燃料電池３では、燃料成分が、例えば、ヒドラジンである場合には、下記反応式（１）〜（３）で表される反応が生じ、発電が行なわれる。
（１）  Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−  （アノード電極３７での反応）
（２）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−  （カソード電極３８での反応）
（３）  Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ  （燃料電池３全体での反応）
これらの反応により、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）が消費されるとともに、水（Ｈ２Ｏ）および窒素ガス（Ｎ２）が生成され、起電力（４ｅ−）が発生される。発生した起電力は、セルスタックから取り出され、図示しないインバータにより三相交流電力に変換された後、モータ２３に供給され、電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギーに変換される。なお、機械エネルギーに変換されなかった余剰の電力は、バッテリー２４に蓄電される。
【０１１２】
また、燃料排出部２９Ｂから燃料還流ライン１３に排出された液体燃料は、気液分離器１６において、ガス（上記式（１）の反応において生成する窒素ガス（Ｎ２）など）と分離されて、燃料タンク１１に還流される。
８．作用効果
この燃料電池３によれば、図４および図５に示すように、アノード側セパレータ３２と中間プレート３４とを重ねたときに、中間プレート３４の突条６１Ａの面と、アノード側セパレータ３２の突部４１Ｂの面との間に、多孔質金属７１を、中間プレート３４の突条６１Ａの面、および、アノード側セパレータ３２の突部４１Ｂの面に追従するように変形した状態で配置することができる。
【０１１３】
そのため、中間プレート３４の突条６１Ａとアノード側セパレータ３２の突部４１Ｂとを、多孔質金属７１を介して、確実に電気的に接続することができる。
【０１１４】
その結果、簡易な構成で、アノード側セパレータ３２と中間プレート３４との間における抵抗の増加を抑制することができる。
【０１１５】
また、カソード側セパレータ３３と中間プレート３４とを重ねたときには、中間プレート３４の突条６１Ｂの面と、カソード側セパレータ３３の突部５１Ｂの面との間に、多孔質金属７１を、中間プレート３４の突条６１Ｂの面、および、カソード側セパレータ３３の突部５１Ｂの面に追従するように変形した状態で配置することができる。
【０１１６】
そのため、中間プレート３４の突条６１Ｂとカソード側セパレータ３３の突部５１Ｂとを、多孔質金属７１を介して、確実に電気的に接続することができる。
【０１１７】
その結果、簡易な構成で、カソード側セパレータ３３と中間プレート３４との間における抵抗の増加を抑制することができる。
９．変形例
上記した実施形態では、発電セル２８の間に介在される中間プレート３４を設けているが、中間プレート３４を設けずに、発電セル２８を積層することもできる。
【０１１８】
この場合、隣接する発電セル２８のアノード側セパレータ３２またはカソード側セパレータ３３が、プレートの一例である。隣接する発電セル２８のアノード側セパレータ３２の突部４１Ｂ、または、カソード側セパレータ３３の突部５１Ｂが、重複部の一例である。
【０１１９】
また、上記した実施形態では、燃料電池３を電動車両１のような車両に用いているが、例えば、家庭用や工業用の発電機などの定置システムに用いることもできる。
【０１２０】
また、上記した実施形態において、液体燃料の代わりに、水素ガスなどの気体燃料を用いることもできる。
【実施例】
【０１２１】
次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例および比較例によって限定されるものではない。また、以下の記載において用いられる寸法、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する寸法、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。
【０１２２】
実施例
厚み０．１ｍｍのステンレスを用いて、ハイドロフォーミング成形により、上記した実施形態に示す中間プレートを成形した。
【０１２３】
また、厚み０．１ｍｍのステンレスを用いて、ハイドロフォーミング成形により、上記した実施形態に示すセパレータ（アノード側セパレータまたはカソード側セパレータ）を成形した。
【０１２４】
次いで、中間プレートとセパレータとの間に多孔質金属（商品名：多孔質金属、太盛工業社製）を挟むように、中間プレート、セパレータおよび多孔質金属を積層し、厚み方向に加圧した。
【０１２５】
次いで、加圧力を変更しながら、ＬＣＲメータ（商品名：ＬＣＲハイテスタ、日置電機社製）を用いて、抵抗を測定した。結果を図６に示す。
【０１２６】
比較例
多孔質金属を挟まなかった以外は、実施例と同様にして、抵抗を測定した。結果を図６に示す。
【符号の説明】
【０１２７】
３      燃料電池
３１    膜電極接合体
３２    アノード側セパレータ
３３    カソード側セパレータ
３４    中間プレート
３６    電解質層
３７    アノード電極
３８    カソード電極
４１Ａ  燃料流路
４１Ｂ  突部
５１Ａ  空気流路
５１Ｂ  突部
７１    多孔質金属
【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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