特開 2024-155764 発電セル及び燃料電池スタック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024155764

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】発電セル及び燃料電池スタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0273 20160101AFI20241024BHJP

   H01M 8/0276 20160101ALI20241024BHJP

   H01M 8/0232 20160101ALI20241024BHJP

   H01M 8/2483 20160101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0273

H01M8/0276

H01M8/0232

H01M8/2483

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024061935

(22)【出願日】2024-04-08

(31)【優先権主張番号】202310423055.2

(32)【優先日】2023-04-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003683

【氏名又は名称】弁理士法人桐朋

(72)【発明者】

【氏名】小山 賢

(72)【発明者】

【氏名】大久保 拓郎

(72)【発明者】

【氏名】田中 之人

(72)【発明者】

【氏名】新井 郁矢

(72)【発明者】

【氏名】安藤 敬祐

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 夏海

(72)【発明者】

【氏名】江波戸 穣

【テーマコード（参考）】

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H126AA12

5H126AA13

5H126BB06

5H126DD05

5H126EE06

5H126EE22

5H126EE23

5H126FF05

5H126GG02

5H126GG18

(57)【要約】      （修正有）

【課題】製造コストを抑えつつ流体の漏れを効果的に防止することができる発電セル及び燃料電池スタックを提供する。
【解決手段】燃料電池スタック１２の発電セル１０は、冷却媒体供給連通孔１８ａと冷却媒体流路７０とを互いに連通させるトンネル７６ａを備える。トンネルは、第１金属セパレータ２２から樹脂枠部３０に向かって突出する第１凸部と、第１樹脂シール部材４８が配置される第１シール配置面を含む第１配置部とを有する。第１シール配置面は、第１凸部の突出方向の第１端面よりも樹脂枠部とは反対方向に位置する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質膜の両側に電極が配設されることにより形成された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の外周部から外方に突出すると共に当該膜電極接合体を囲む樹脂枠部とを有する樹脂枠付き膜電極接合体と、
前記樹脂枠付き膜電極接合体の両側に配設された金属セパレータと、
前記樹脂枠部と前記金属セパレータとの間に配設された弾性変形可能な樹脂シール部材と、
を備え、
前記金属セパレータには、
酸化剤ガス、燃料ガス又は冷却媒体である流体を前記金属セパレータの厚さ方向に流通させる流体連通孔と、
前記流体を前記金属セパレータの面方向に流通させる流体流路と、
前記流体連通孔と前記流体流路とを互いに連通させるトンネルと、
が設けられた発電セルであって、
前記樹脂シール部材は、前記トンネルの内部を流通する前記流体の流通方向と交差する方向に当該トンネルを跨ぐように配置され、
前記トンネルは、
前記金属セパレータから前記樹脂枠部に向かって突出する凸部と、
前記樹脂シール部材が配置されるシール配置面を含む配置部と、
を有し、
前記シール配置面は、前記凸部の突出方向の端面よりも前記樹脂枠部とは反対方向に位置する、発電セル。

【請求項2】

請求項１に記載の発電セルであって、
前記樹脂シール部材は、
一方の前記金属セパレータの前記シール配置面である第１シール配置面に配置された第１樹脂シール部材と、
他方の前記金属セパレータの前記シール配置面である第２シール配置面に配置された第２樹脂シール部材と、
を有し、
前記第１シール配置面と前記第２シール配置面とは、前記厚さ方向から見て互いに重ならないように前記流通方向にオフセットしている、発電セル。

【請求項3】

請求項２に記載の発電セルであって、
前記第１樹脂シール部材は、
前記流体連通孔を囲む第１連通孔シール部と、
前記一方の金属セパレータの前記流体流路を囲む第１流路シール部と、
を含み、
前記第２樹脂シール部材は、
前記流体連通孔を囲む第２連通孔シール部と、
前記他方の金属セパレータの前記流体流路を囲む第２流路シール部と、
を含み、
前記第２シール配置面は、
前記第１シール配置面よりも外方に位置する外側シール配置面と、
前記第１シール配置面よりも内方に位置する内側シール配置面と、
を有し、
前記第２連通孔シール部は、前記外側シール配置面に配置され、
前記第２流路シール部は、前記内側シール配置面に配置されている、発電セル。

【請求項4】

請求項１に記載の発電セルであって、
前記シール配置面は、平坦に形成されると共に前記金属セパレータの前記樹脂枠部を向く表面に面一に繋がる、発電セル。

【請求項5】

請求項１に記載の発電セルが複数積層された、燃料電池スタック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発電セル及び燃料電池スタックに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能且つ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する燃料電池スタックに関する研究開発が行われている。

【0003】

例えば、特許文献１には、樹脂枠付き膜電極接合体と、樹脂枠付き膜電極接合体の両側に配設された金属セパレータとを備えた発電セルが開示されている。金属セパレータには、酸化剤ガス、燃料ガス又は冷却媒体である流体の漏れを防止するためにシール部が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１４９４８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

製造コストを抑えつつ流体の漏れを効果的に防止することができる発電セル及び燃料電池スタックが求められている。

【0006】

本開示は、上述した課題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の第１の態様は、電解質膜の両側に電極が配設されることにより形成された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の外周部から外方に突出すると共に当該膜電極接合体を囲む樹脂枠部とを有する樹脂枠付き膜電極接合体と、前記樹脂枠付き膜電極接合体の両側に配設された金属セパレータと、前記樹脂枠部と前記金属セパレータとの間に配設された弾性変形可能な樹脂シール部材と、を備え、前記金属セパレータには、酸化剤ガス、燃料ガス又は冷却媒体である流体を前記金属セパレータの厚さ方向に流通させる流体連通孔と、前記流体を前記金属セパレータの面方向に流通させる流体流路と、前記流体連通孔と前記流体流路とを互いに連通させるトンネルと、が設けられた発電セルであって、前記樹脂シール部材は、前記トンネルの内部を流通する前記流体の流通方向と交差する方向に当該トンネルを跨ぐように配置され、前記トンネルは、前記金属セパレータから前記樹脂枠部に向かって突出する凸部と、前記樹脂シール部材が配置されるシール配置面を含む配置部と、を有し、前記シール配置面は、前記凸部の突出方向の端面よりも前記樹脂枠部とは反対方向に位置する、発電セルである。

【0008】

本開示の第２の態様は、第１の態様による発電セルが複数積層された、燃料電池スタックである。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、製造コストを抑えつつ流体の漏れを効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの分解斜視図である。

【図2】図２は、第１金属セパレータの平面図である。

【図3】図３は、第２金属セパレータの平面図である。

【図4】図４は、冷却媒体導入部の断面斜視説明図である。

【図5】図５は、図４のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。

【図6】図６は、冷却媒体導入部の断面斜視説明図である。

【図7】図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の一実施形態に係る発電セル１０及び燃料電池スタック１２について図面を用いて以下に説明する。本実施形態に係る燃料電池スタック１２は、例えば、図示しない車両に搭載される。なお、燃料電池スタック１２の用途は特に限定されない。

【0012】

図１に示すように、燃料電池スタック１２は、複数の発電セル１０が矢印Ａ方向に互いに積層されることにより形成されている。発電セル１０には、図示しない締結部材等によって積層方向（矢印Ａ方向）の圧縮荷重（締付荷重）が付与される。

【0013】

発電セル１０は、横長の長方形状に形成されている。なお、発電セル１０の形状は、特に限定されず、例えば、縦長の長方形状に形成されてもよいし、正方形状に形成されてもよい。発電セル１０は、一方の反応ガスである燃料ガスと他方の反応ガスである酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する。燃料ガスは、例えば、水素含有ガスである。酸化剤ガスは、例えば、酸素含有ガスである。発電セル１０には、発電セル１０を冷却するための冷却媒体が流通する。冷却媒体は、例えば、純水、エチレングリコール、オイル等である。

【0014】

各発電セル１０には、酸化剤ガス供給連通孔１４ａ、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂ、燃料ガス供給連通孔１６ａ、燃料ガス排出連通孔１６ｂ、冷却媒体供給連通孔１８ａ、冷却媒体排出連通孔１８ｂが積層方向（矢印Ａ方向）に貫通形成されている。

【0015】

発電セル１０の長辺方向の一端縁部（矢印Ｂ１方向の端縁部）には、酸化剤ガス供給連通孔１４ａと、冷却媒体供給連通孔１８ａと、燃料ガス排出連通孔１６ｂとが設けられている。酸化剤ガス供給連通孔１４ａと、冷却媒体供給連通孔１８ａと、燃料ガス排出連通孔１６ｂとは、発電セル１０の短辺方向（矢印Ｃ方向）に並んでいる。

【0016】

酸化剤ガス供給連通孔１４ａには、酸化剤ガスが矢印Ａ２方向に向かって流通する。冷却媒体供給連通孔１８ａには、冷却媒体が矢印Ａ２方向に向かって流通する。燃料ガス排出連通孔１６ｂには、燃料ガスが矢印Ａ１方向に向かって流通する。

【0017】

発電セル１０の長辺方向の他端縁部（矢印Ｂ２方向の端縁部）には、燃料ガス供給連通孔１６ａと、冷却媒体排出連通孔１８ｂと、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂとが設けられている。燃料ガス供給連通孔１６ａと、冷却媒体排出連通孔１８ｂと、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂとは、矢印Ｃ方向に並んでいる。

【0018】

燃料ガス供給連通孔１６ａには、燃料ガスが矢印Ａ２方向に向かって流通する。冷却媒体排出連通孔１８ｂには、冷却媒体が矢印Ａ１方向に向かって流通する。酸化剤ガス排出連通孔１４ｂには、酸化剤ガスが矢印Ａ１方向に向かって流通する。

【0019】

酸化剤ガス供給連通孔１４ａ、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂ、燃料ガス供給連通孔１６ａ、燃料ガス排出連通孔１６ｂ、冷却媒体供給連通孔１８ａ及び冷却媒体排出連通孔１８ｂは、酸化剤ガス、燃料ガス又は冷却媒体である流体を矢印Ａ方向に流通させる流体連通孔である。酸化剤ガス供給連通孔１４ａ、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂ、燃料ガス供給連通孔１６ａ、燃料ガス排出連通孔１６ｂ、冷却媒体供給連通孔１８ａ及び冷却媒体排出連通孔１８ｂの配置、形状及び大きさは、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。

【0020】

発電セル１０は、樹脂枠付き膜電極接合体２０と、第１金属セパレータ２２と、第２金属セパレータ２４とを備える。第１金属セパレータ２２は、樹脂枠付き膜電極接合体２０の一方の面（矢印Ａ２方向の面）に配設されている。第２金属セパレータ２４は、樹脂枠付き膜電極接合体２０の他方の面（矢印Ａ１方向の面）に配設されている。第１金属セパレータ２２及び第２金属セパレータ２４は、矢印Ａ方向から樹脂枠付き膜電極接合体２０を挟持する。

【0021】

第１金属セパレータ２２と第２金属セパレータ２４とが互いに接合されることにより接合セパレータ２６が形成される。接合セパレータ２６には、第１金属セパレータ２２と第２金属セパレータ２４とを互いに気密及び液密に接合する図示しない接合ラインが設けられる。接合ラインは、接合セパレータ２６の外周縁部を囲む。また、接合ラインは、各流体連通孔（酸化剤ガス供給連通孔１４ａ等）を囲む。樹脂枠付き膜電極接合体２０と接合セパレータ２６とは、矢印Ａ方向に交互に積層されている。

【0022】

樹脂枠付き膜電極接合体２０は、膜電極接合体２８（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、樹脂枠部３０とを有する。膜電極接合体２８は、電解質膜３２と、第１電極３４、第２電極３６とを含む。電解質膜３２は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、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。電解質膜３２は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。電解質膜３２は、第１電極３４及び第２電極３６に挟持される。

【0023】

第１電極３４は、電解質膜３２の一方の面（矢印Ａ２方向の面）に設けられたアノード電極である。第２電極３６は、電解質膜３２の他方の面（矢印Ａ１方向の面）に設けられたカソード電極である。第１金属セパレータ２２は、第１電極３４に向かい合うように配置されている。第２金属セパレータ２４は、第２電極３６に向かい合うように配置されている。

【0024】

第１電極３４は、第１電極触媒層と第１ガス拡散層とを有する。第１電極触媒層は、電解質膜３２の一方の面に接合される。第１ガス拡散層は、第１電極触媒層に積層される。第２電極３６は、第２電極触媒層と第２ガス拡散層とを有する。第２電極触媒層は、電解質膜３２の他方の面に接合される。第２ガス拡散層は、第２電極触媒層に積層される。第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層のそれぞれは、カーボンペーパ、カーボンクロス等により構成される。

【0025】

燃料ガス供給連通孔１６ａを流通する燃料ガスは、第１金属セパレータ２２と樹脂枠付き膜電極接合体２０との間に導かれることにより第１電極３４に供給される。酸化剤ガス供給連通孔１４ａを流通する酸化剤ガスは、第２金属セパレータ２４と樹脂枠付き膜電極接合体２０との間に導かれることにより第２電極３６に供給される。発電セル１０は、第１電極３４に供給された燃料ガスと第２電極３６に供給された酸化剤ガスとによって発電する。

【0026】

第１金属セパレータ２２と樹脂枠付き膜電極接合体２０との間を流通した燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔１６ｂに導かれる。第２金属セパレータ２４と樹脂枠付き膜電極接合体２０との間を流通した酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂに導かれる。なお、冷却媒体供給連通孔１８ａを流通する冷却媒体は、第１金属セパレータ２２と第２金属セパレータ２４との間を流通し、冷却媒体排出連通孔１８ｂに導かれる。

【0027】

樹脂枠部３０は、膜電極接合体２８の外周部を囲む枠状のシートである。樹脂枠部３０の内周端部は、膜電極接合体２８の外周部に挟持されている。樹脂枠部３０は、電気絶縁性を有する。

【0028】

樹脂枠部３０の構成材料としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ｍ－ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）及び変性ポリオレフィン等が挙げられる。

【0029】

樹脂枠部３０の一端縁部（矢印Ｂ１方向の端縁部）には、酸化剤ガス供給連通孔１４ａと、冷却媒体供給連通孔１８ａと、燃料ガス排出連通孔１６ｂとが設けられている。樹脂枠部３０の他端縁部（矢印Ｂ２方向の端縁部）には、燃料ガス供給連通孔１６ａと、冷却媒体排出連通孔１８ｂと、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂとが設けられている。

【0030】

樹脂枠付き膜電極接合体２０の樹脂枠部３０は、電解質膜３２を第１電極３４及び第２電極３６の外周よりも外方に突出させることによって形成されてもよい。

【0031】

図１及び図２に示すように、第１金属セパレータ２２は、板状に形成されている。第１金属セパレータ２２は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板又はアルミニウム板等の金属薄板である。第１金属セパレータ２２には、防食処理が施されてもよい。第１金属セパレータ２２は、長方形状に形成されている。第１金属セパレータ２２の一端縁部（矢印Ｂ１方向の端縁部）には、酸化剤ガス供給連通孔１４ａと、冷却媒体供給連通孔１８ａと、燃料ガス排出連通孔１６ｂとが設けられている。第１金属セパレータ２２の他端縁部（矢印Ｂ２方向の端縁部）には、燃料ガス供給連通孔１６ａと、冷却媒体排出連通孔１８ｂと、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂとが設けられている。第１金属セパレータ２２は、金属板をプレス成形することにより形成される。

【0032】

第１金属セパレータ２２は、樹脂枠付き膜電極接合体２０を向く第１表面２２ａと、当該第１金属セパレータ２２に隣接する発電セル１０の第２金属セパレータ２４を向く第１裏面２２ｂとを有する。

【0033】

図２に示すように、第１金属セパレータ２２の第１表面２２ａには、第１ガス流路（流体流路）３８が形成されている。第１ガス流路３８は、第１電極３４に沿って燃料ガスを流通させる燃料ガス流路である。第１ガス流路３８は、複数の第１流路凸部４０と複数の第１流路溝４２とを含む。第１流路凸部４０と第１流路溝４２とは、矢印Ｃ方向に交互に設けられている。第１流路凸部４０及び第１流路溝４２の各々は、矢印Ｂ方向に直線状に延在している。なお、第１流路凸部４０及び第１流路溝４２の各々は、矢印Ｂ方向に波状に延在してもよい。

【0034】

第１ガス流路３８は、燃料ガス導入部４４を介して燃料ガス供給連通孔１６ａに連通している。第１ガス流路３８は、燃料ガス導出部４６を介して燃料ガス排出連通孔１６ｂに連通している。燃料ガス導入部４４及び燃料ガス導出部４６の詳細な構成の説明については後述する。

【0035】

第１金属セパレータ２２と樹脂枠部３０との間には、第１樹脂シール部材４８が配設されている。第１樹脂シール部材４８は、第１金属セパレータ２２の第１表面２２ａに固着されている。具体的には、第１樹脂シール部材４８は、例えば、液状の樹脂材料をスクリーン印刷によって第１表面２２ａに塗布することによって形成される。なお、第１樹脂シール部材４８は、液状の樹脂材料をディスペンサーによって第１表面２２ａに塗布することによって形成してもよい。また、第１樹脂シール部材４８は、予め所定形状に形成された固体の樹脂材料を接着剤等によって第１表面２２ａに接着することによって形成してもよい。第１樹脂シール部材４８は、樹脂枠部３０に固着されてもよい。

【0036】

第１樹脂シール部材４８は、酸化剤ガス、燃料ガス又は冷却媒体である流体が樹脂枠付き膜電極接合体２０と第１金属セパレータ２２との間からの漏れを防止する。第１樹脂シール部材４８は、ゴム材料によって構成されている。第１樹脂シール部材４８の構成材料としては、例えば、ＥＰＤＭ（エチレン－プロピレンゴム）、ＮＢＲ、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が挙げられる。第１樹脂シール部材４８は、四角形状の横断面を有する。

【0037】

第１樹脂シール部材４８は、複数の第１連通孔シール部５０ａ～５０ｆと、第１流路シール部５２とを含む。第１連通孔シール部５０ａは、燃料ガス供給連通孔１６ａを囲む。第１連通孔シール部５０ｂは、燃料ガス排出連通孔１６ｂを囲む。第１連通孔シール部５０ｃは、酸化剤ガス供給連通孔１４ａを囲む。第１連通孔シール部５０ｄは、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂを囲む。第１連通孔シール部５０ｅは、冷却媒体供給連通孔１８ａを囲む。第１連通孔シール部５０ｆは、冷却媒体排出連通孔１８ｂを囲む。以下、複数の第１連通孔シール部５０ａ～５０ｆを単に「第１連通孔シール部５０」と称呼することがある。

【0038】

第１流路シール部５２は、第１連通孔シール部５０ａ～５０ｄと、第１ガス流路３８とを囲む。なお、第１連通孔シール部５０ｅ、５０ｆは、第１流路シール部５２の外側に位置する。

【0039】

図１及び図３に示すように、第２金属セパレータ２４は、板状に形成されている。第２金属セパレータ２４は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板又はアルミニウム板等の金属薄板である。第２金属セパレータ２４には、防食処理が施されてもよい。第２金属セパレータ２４は、長方形状に形成されている。第２金属セパレータ２４の一端縁部（矢印Ｂ１方向の端縁部）には、酸化剤ガス供給連通孔１４ａと、冷却媒体供給連通孔１８ａと、燃料ガス排出連通孔１６ｂとが設けられている。第２金属セパレータ２４の他端縁部（矢印Ｂ２方向の端縁部）には、燃料ガス供給連通孔１６ａと、冷却媒体排出連通孔１８ｂと、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂとが設けられている。第２金属セパレータ２４は、金属板をプレス成形することにより形成される。

【0040】

第２金属セパレータ２４は、樹脂枠付き膜電極接合体２０を向く第２表面２４ａと、隣接する発電セル１０の第１金属セパレータ２２を向く第２裏面２４ｂとを有する。

【0041】

図３に示すように、第２金属セパレータ２４の第２表面２４ａには、第２ガス流路（流体流路）５４が形成されている。第２ガス流路５４は、第２電極３６に沿って酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流路である。第２ガス流路５４は、複数の第２流路凸部５６と複数の第２流路溝５８とを含む。第２流路凸部５６と第２流路溝５８とは、矢印Ｃ方向に交互に設けられている。第２流路凸部５６及び第２流路溝５８の各々は、矢印Ｂ方向に直線状に延在している。なお、第２流路凸部５６及び第２流路溝５８の各々は、矢印Ｂ方向に波状に延在してもよい。

【0042】

第２ガス流路５４は、酸化剤ガス導入部６０を介して酸化剤ガス供給連通孔１４ａに連通している。第２ガス流路５４は、酸化剤ガス導出部６２を介して酸化剤ガス排出連通孔１４ｂに連通している。酸化剤ガス導入部６０及び酸化剤ガス導出部６２の詳細な構成の説明については後述する。

【0043】

第２金属セパレータ２４と樹脂枠部３０との間には、第２樹脂シール部材６４が配設されている。第２樹脂シール部材６４は、第２金属セパレータ２４の第２表面２４ａに固着されている。具体的には、第２樹脂シール部材６４は、例えば、液状の樹脂材料をスクリーン印刷によって第２表面２４ａに塗布することによって形成される。なお、第２樹脂シール部材６４は、液状の樹脂材料をディスペンサーによって第２表面２４ａに塗布することによって形成してもよい。また、第２樹脂シール部材６４は、予め所定形状に形成された固体の樹脂材料を接着剤等によって第２表面２４ａに接着することによって形成してもよい。第２樹脂シール部材６４は、樹脂枠部３０に固着されてもよい。

【0044】

第２樹脂シール部材６４は、酸化剤ガス、燃料ガス又は冷却媒体である流体が樹脂枠付き膜電極接合体２０と第２金属セパレータ２４との間からの漏れを防止する。第２樹脂シール部材６４は、ゴム材料によって構成されている。第２樹脂シール部材６４の構成材料としては、第１樹脂シール部材４８の構成材料と同じ材料が挙げられる。第２樹脂シール部材６４は、四角形状の横断面を有する。

【0045】

第２樹脂シール部材６４は、複数の第２連通孔シール部６６ａ～６６ｆと、第２流路シール部６８とを含む。第２連通孔シール部６６ａは、燃料ガス供給連通孔１６ａを囲む。第２連通孔シール部６６ｂは、燃料ガス排出連通孔１６ｂを囲む。第２連通孔シール部６６ｃは、酸化剤ガス供給連通孔１４ａを囲む。第２連通孔シール部６６ｄは、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂを囲む。第２連通孔シール部６６ｅは、冷却媒体供給連通孔１８ａを囲む。第２連通孔シール部６６ｆは、冷却媒体排出連通孔１８ｂを囲む。以下、複数の第２連通孔シール部６６ａ～６６ｆを「第２連通孔シール部６６」と称呼することがある。

【0046】

第２流路シール部６８は、第２連通孔シール部６６ａ～６６ｄと、第２ガス流路５４とを囲む。なお、第２連通孔シール部６６ｅ、６６ｆは、第２流路シール部６８の外側に位置する。

【0047】

図１に示すように、第１金属セパレータ２２の第１裏面２２ｂと第２金属セパレータ２４の第２裏面２４ｂとの間には、冷却媒体流路（流体流路）７０が形成されている。冷却媒体流路７０は、第１ガス流路３８の裏面形状と第２ガス流路５４の裏面形状とから形成されている。

【0048】

冷却媒体流路７０は、冷却媒体導入部７２を介して冷却媒体供給連通孔１８ａに連通している。冷却媒体流路７０は、冷却媒体導出部７４を介して冷却媒体排出連通孔１８ｂに連通している。

【0049】

図４～図７に示すように、冷却媒体導入部７２は、複数のトンネル７６ａを有する。図４及び図６に示すように、トンネル７６ａは、矢印Ｂ方向に直線状に延在している。複数のトンネル７６ａは、矢印Ｃ方向に間隔を空けて配列されている。本実施形態では、冷却媒体導入部７２は、４つのトンネル７６ａを有する。トンネル７６ａの数は、適宜設定可能であり、１つ又は複数（４つ以外）であってもよい。

【0050】

トンネル７６ａは、第１トンネル壁部７８と、第２トンネル壁部８０とを含む。第１トンネル壁部７８は、第１金属セパレータ２２に設けられている。第２トンネル壁部８０は、第２金属セパレータ２４に設けられている。第１トンネル壁部７８と第２トンネル壁部８０との間には、矢印Ｂ２方向に向かって冷却媒体が流通する連通路８２が形成されている。連通路８２は、第１屈曲部８４と、第２屈曲部８６とを有する。第１屈曲部８４は、矢印Ｂ２方向に向かって矢印Ａ２方向に傾斜する。第２屈曲部８６は、矢印Ｂ２方向に向かって矢印Ａ１方向に傾斜する。

【0051】

図４に示すように、第１トンネル壁部７８は、第１凸部８８と、第２凸部９０と、第１配置部９２とを含む。第１凸部８８及び第２凸部９０は、金属板をプレス成形することによって第１金属セパレータ２２に一体に設けられている。第１凸部８８は、冷却媒体供給連通孔１８ａから冷却媒体流路７０側（矢印Ｂ２方向）に延びている（図２参照）。第１凸部８８は、第１金属セパレータ２２の第１表面２２ａから樹脂枠部３０（矢印Ａ１方向）に向かって突出している。

【0052】

図４及び図７に示すように、第１凸部８８は、発電セル１０の積層方向と直交する方向の断面形状が台形状に形成されている。第１凸部８８の内部空間は、連通路８２を形成する。第１凸部８８の矢印Ｂ１方向の端部は、冷却媒体供給連通孔１８ａに開口している。第１凸部８８の突出方向の第１端面１００は、第１金属セパレータ２２に隣接する樹脂枠部３０に接触又は近接している。

【0053】

図４に示すように、第２凸部９０は、第１凸部８８から矢印Ｂ２方向に所定距離だけ離れて位置する。第２凸部９０は、発電セル１０の積層方向と直交する方向の断面形状が台形状に形成されている。第２凸部９０の内部空間は、連通路８２を形成する。第２凸部９０の突出方向の第２端面１０８は、第１金属セパレータ２２に隣接する樹脂枠部３０に接触又は近接している。

【0054】

第１配置部９２は、第１凸部８８の矢印Ｂ２方向の端部と第２凸部９０の矢印Ｂ１方向の端部とを互いに繋ぐ。第１配置部９２は、第１樹脂シール部材４８が配置される第１シール配置面１１０を有する。第１シール配置面１１０は、樹脂枠部３０（矢印Ａ１方向）を向く。第１シール配置面１１０には、第１連通孔シール部５０ｅと第１流路シール部５２とが配置される。第１連通孔シール部５０ｅと第１流路シール部５２とは、トンネル７６ａの内部（連通路８２）を流通する冷却媒体の流通する方向と交差する方向（矢印Ｃ方向）にトンネル７６ａを跨ぐように配置されている（図４及び図５参照）。

【0055】

第１シール配置面１１０は、第１端面１００及び第２端面１０８よりも樹脂枠部３０とは反対方向（矢印Ａ２方向）に位置する。第１シール配置面１１０は、平坦に形成されると共に第１金属セパレータ２２の第１表面２２ａに面一に繋がっている。

【0056】

図６に示すように、第２トンネル壁部８０は、第３凸部１１２と、第２配置部１１４とを有する。第３凸部１１２は、金属板をプレス成形することによって第２金属セパレータ２４に一体に設けられている。第３凸部１１２は、矢印Ｂ方向に延在している。第３凸部１１２は、第２金属セパレータ２４の第２表面２４ａから樹脂枠部３０（矢印Ａ２方向）に向かって突出している。

【0057】

図５及び図６に示すように、第３凸部１１２は、発電セル１０の積層方向と直交する方向の断面形状が台形状に形成されている。第３凸部１１２と第１配置部９２とは、互いに離れた状態で向かい合っている。第３凸部１１２の内部空間は、連通路８２を形成する。第３凸部１１２の内部空間は、第１凸部８８の内部空間と第２凸部９０の内部空間とに連通する。第３凸部１１２の突出方向の第３端面１２４は、第２金属セパレータ２４に隣接する樹脂枠部３０に接触又は近接している。

【0058】

図６に示すように、第２配置部１１４には、第２樹脂シール部材６４が配置される第２シール配置面１２６を有する。第２配置部１１４は、外側配置部１２８と、内側配置部１３０とを含む。外側配置部１２８は、第３凸部１１２の矢印Ｂ１方向の端部に繋がっている。外側配置部１２８と第１凸部８８とは、互いに離れた状態で向かい合っている。外側配置部１２８は、第２連通孔シール部６６ｅが配置される外側シール配置面１３２を有する。外側シール配置面１３２は、樹脂枠部３０（矢印Ａ２方向）を向く。第２連通孔シール部６６ｅは、トンネル７６ａの内部（連通路８２）を流通する冷却媒体の流通する方向と交差する方向（矢印Ｃ方向）にトンネル７６ａを跨ぐように配置されている。

【0059】

外側シール配置面１３２は、第３端面１２４よりも樹脂枠部３０とは反対方向（矢印Ａ１方向）に位置する。外側シール配置面１３２は、第１シール配置面１１０よりも外方（矢印Ｂ１方向）に位置する。外側シール配置面１３２は、平坦に形成されると共に第２金属セパレータ２４の第２表面２４ａに面一に繋がっている。

【0060】

内側配置部１３０は、第３凸部１１２の矢印Ｂ２方向の端部に繋がっている。内側配置部１３０と第２凸部９０とは、互いに離れた状態で向かい合っている。内側配置部１３０は、第２流路シール部６８が配置される内側シール配置面１３４を有する。第２流路シール部６８は、トンネル７６ａの内部（連通路８２）を流通する冷却媒体の流通する方向と交差する方向（矢印Ｃ方向）にトンネル７６ａを跨ぐように配置されている。

【0061】

内側シール配置面１３４は、樹脂枠部３０（矢印Ａ２方向）を向く。内側シール配置面１３４は、第３端面１２４よりも樹脂枠部３０とは反対方向（矢印Ａ１方向）に位置する。内側シール配置面１３４は、第１シール配置面１１０よりも内方に位置する。内側シール配置面１３４は、第２金属セパレータ２４の第２表面２４ａに面一に繋がっている。第１シール配置面１１０と第２シール配置面１２６（外側シール配置面１３２及び内側シール配置面１３４）とは、トンネル７６ａの内部（連通路８２）を流通する冷却媒体の流通方向（矢印Ｂ方向）にオフセットしている。

【0062】

図２及び図３に示すように、冷却媒体導出部７４は、複数のトンネル７６ｂを有する。冷却媒体導出部７４のトンネル７６ｂは、冷却媒体導入部７２のトンネル７６ａと同様に構成されている。冷却媒体導出部７４のトンネル７６ｂにおいて、冷却媒体導入部７２のトンネル７６ａと同一の構成には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。後述する燃料ガス導入部４４、燃料ガス導出部４６、酸化剤ガス導入部６０及び酸化剤ガス導出部６２についても同様である。

【0063】

冷却媒体導出部７４のトンネル７６ｂでは、第１シール配置面１１０に第１連通孔シール部５０ｆと第１流路シール部５２とが配置されている（図２参照）。また、トンネル７６ｂでは、外側シール配置面１３２に第２連通孔シール部６６ｆが配置されると共に内側シール配置面１３４に第２流路シール部６８が配置される（図３参照）。

【0064】

燃料ガス導入部４４は、複数のトンネル１４０ａを有する。図２に示すように、燃料ガス導入部４４のトンネル１４０ａでは、第１シール配置面１１０に第１連通孔シール部５０ａが配置される。トンネル１４０ａの第２凸部９０には、トンネル１４０ａの連通路８２と第１ガス流路３８とを連通させるための開口部１４２が形成されている。トンネル１４０ａでは、第３凸部１１２よりも外方に位置する第２シール配置面１２６に第２連通孔シール部６６ａが配置される（図３参照）。

【0065】

燃料ガス導出部４６は、複数のトンネル１４０ｂを有する。燃料ガス導出部４６のトンネル１４０ｂは、燃料ガス導入部４４のトンネル１４０ａと同様に構成される。燃料ガス導出部４６のトンネル１４０ｂでは、第１シール配置面１１０に第１連通孔シール部５０ｂが配置される。また、トンネル１４０ｂでは、第３凸部１１２よりも外方に位置する第２シール配置面１２６に第２連通孔シール部６６ｂが配置される（図３参照）。

【0066】

図２及び図３に示すように、酸化剤ガス導入部６０は、複数のトンネル１４４ａを有する。酸化剤ガス導入部６０のトンネル１４４ａでは、第１トンネル壁部７８が第２金属セパレータ２４に設けられると共に第２トンネル壁部８０が第１金属セパレータ２２に設けられる。図３に示すように、トンネル１４４ａでは、第１シール配置面１１０に第２連通孔シール部６６ｃが配置される。トンネル１４４ａの第２凸部９０には、トンネル１４４ａの連通路８２と第２ガス流路５４とを連通させるための開口部１４６が形成されている。トンネル１４４ａでは、第３凸部１１２よりも外方に位置する第２シール配置面１２６に第１連通孔シール部５０ｃが配置される（図２参照）。

【0067】

酸化剤ガス導出部６２は、複数のトンネル１４４ｂを有する。酸化剤ガス導出部６２のトンネル１４４ｂは、酸化剤ガス導入部６０のトンネル１４４ａと同様に構成される。酸化剤ガス導出部６２のトンネル１４４ｂでは、第１シール配置面１１０に第２連通孔シール部６６ｄが配置される。また、トンネル１４４ｂでは、第３凸部１１２よりも外方に位置する第２シール配置面１２６に第１連通孔シール部５０ｄが配置される（図２参照）。

【0068】

本発明は、上述した構成に限定されない。トンネル７６ａ、７６ｂ、１４０ａ、１４０ｂ、１４４ａ、１４４ｂにおいて、第１シール配置面１１０は、第１金属セパレータ２２の第１表面２２ａよりも樹脂枠部３０側に位置してもよい。また、トンネル７６ａ、７６ｂ、１４０ａ、１４０ｂ、１４４ａ、１４４ｂにおいて、第２シール配置面１２６は、第２金属セパレータ２４の第２表面２４ａよりも樹脂枠部３０側に位置してもよい。発電セル１０は、第１ガス流路３８に酸化剤ガスが流通されると共に第２ガス流路５４に燃料ガスが流通されるように構成してもよい。

【0069】

上記実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

【0070】

（付記１）
本開示の発電セル（１０）は、電解質膜（３２）の両側に電極（３４、３６）が配設されることにより形成された膜電極接合体（２８）と、前記膜電極接合体の外周部から外方に突出すると共に当該膜電極接合体を囲む樹脂枠部（３０）とを有する樹脂枠付き膜電極接合体（２０）と、前記樹脂枠付き膜電極接合体の両側に配設された金属セパレータ（２２、２４）と、前記樹脂枠部と前記金属セパレータとの間に配設された弾性変形可能な樹脂シール部材（４８、６４）と、を備え、前記金属セパレータには、酸化剤ガス、燃料ガス又は冷却媒体である流体を前記金属セパレータの厚さ方向に流通させる流体連通孔（１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ）と、前記流体を前記金属セパレータの面方向に流通させる流体流路（３８、５４、７０）と、前記流体連通孔と前記流体流路とを互いに連通させるトンネル（７６ａ、７６ｂ、１４０ａ、１４０ｂ、１４４ａ、１４４ｂ）と、が設けられた発電セルであって、前記樹脂シール部材は、前記トンネルの内部（８２）を流通する前記流体の流通方向と交差する方向に当該トンネルを跨ぐように配置され、前記トンネルは、前記金属セパレータから前記樹脂枠部に向かって突出する凸部（８８、９０、１１２）と、前記樹脂シール部材が配置されるシール配置面（１１０、１２６）を含む配置部（９２、１１４）と、を有し、前記シール配置面は、前記凸部の突出方向の端面（１００、１０８、１２４）よりも前記樹脂枠部とは反対方向に位置する。

【0071】

このような構成によれば、金属セパレータの樹脂枠部を向く表面とシール配置面との間の段差（金属セパレータの厚さ方向の寸法）を小さくすることができる。或いは、金属セパレータの表面とシール配置面との間に段差を無くすことができる。これにより、発電セルに締付荷重が付与された状態で、金属セパレータの厚さ方向から見て、樹脂シール部材のうちのトンネルと重なる部分に過度なシール面圧が作用することを抑制できる。そのため、樹脂シール部材をトンネルの凸部の形状に対応した複雑な形状に形成しなくてもよくなる。よって、製造コストを抑えつつ流体の漏れを効果的に防止することができる。

【0072】

（付記２）
付記１に記載の発電セルであって、前記樹脂シール部材は、一方の前記金属セパレータの前記シール配置面である第１シール配置面（１１０）に配置された第１樹脂シール部材（４８）と、他方の前記金属セパレータの前記シール配置面である第２シール配置面（１２６）に配置された第２樹脂シール部材（６４）と、を有し、前記第１シール配置面と前記第２シール配置面とは、前記厚さ方向から見て互いに重ならないように前記流通方向にオフセットしてもよい。

【0073】

このような構成によれば、金属セパレータの厚さ方向から見て、トンネルの位置において、第１樹脂シール部材と第２樹脂シール部材とが互いに重ならない。そのため、金属セパレータの厚さ方向における発電セルの寸法を薄くできる。

【0074】

（付記３）
付記２に記載の発電セルであって、前記第１樹脂シール部材は、前記流体連通孔を囲む第１連通孔シール部（５０）と、前記一方の金属セパレータの前記流体流路を囲む第１流路シール部（５２）と、を含み、前記第２樹脂シール部材は、前記流体連通孔を囲む第２連通孔シール部（６６）と、前記他方の金属セパレータの前記流体流路を囲む第２流路シール部（６８）と、を含み、前記第２シール配置面は、前記第１シール配置面よりも外方に位置する外側シール配置面（１３２）と、前記第１シール配置面よりも内方に位置する内側シール配置面（１３４）と、を有し、前記第２連通孔シール部は、前記外側シール配置面に配置され、前記第２流路シール部は、前記内側シール配置面に配置されてもよい。

【0075】

このような構成によれば、一方の金属セパレータの流体流路と流体連通孔との間を第１流路シール部と第１連通孔シール部とによって二重にシールすることができる。また、他方の金属セパレータの流体流路と流体連通孔との間を第２流路シール部と第２連通孔シール部とによって二重にシールすることができる。

【0076】

（付記４）
付記１～３のいずれか１つに記載の発電セルであって、前記シール配置面は、平坦に形成されると共に前記金属セパレータの前記樹脂枠部を向く表面（２２ａ、２４ａ）に面一に繋がってもよい。

【0077】

このような構成によれば、金属セパレータの樹脂枠部を向く表面とシール配置面との間に段差が形成されないため、発電セルに締付荷重が付与された状態で、樹脂シール部材の面圧を略均一にすることができる。

【0078】

（付記５）
本開示の燃料電池スタック（１２）は、付記１～４のいずれか１つに記載の発電セルが複数積層される。

【0079】

本開示について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、または、請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除等が可能である。また、これらの実施形態は、組み合わせて実施することもできる。例えば、上述した実施形態において、各動作の順序や各処理の順序は、一例として示したものであり、これらに限定されるものではない。また、上述した実施形態の説明に数値または数式が用いられている場合も同様である。

【符号の説明】

【0080】

１０…発電セル １２…燃料電池スタック
１４ａ…酸化剤ガス供給連通孔 １４ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
１６ａ…燃料ガス供給連通孔 １６ｂ…燃料ガス排出連通孔
１８ａ…冷却媒体供給連通孔 １８ｂ…冷却媒体排出連通孔
２０…樹脂枠付き膜電極接合体 ２２…第１金属セパレータ
２２ａ…第１表面 ２４…第２金属セパレータ
２４ａ…第２表面 ２８…膜電極接合体
３０…樹脂枠部 ３２…電解質膜
３４…第１電極 ３６…第２電極
３８…第１ガス流路 ４８…第１樹脂シール部材
５０…第１連通孔シール部 ５２…第１流路シール部
５４…第２ガス流路 ６４…第２樹脂シール部材
６６…第２連通孔シール部 ６８…第２流路シール部
７０…冷却媒体流路
７６ａ、７６ｂ、１４０ａ、１４０ｂ、１４４ａ、１４４ｂ…トンネル
８２…連通路 ８８…第１凸部
９０…第２凸部 ９２…第１配置部
１００…第１端面 １０８…第２端面
１１０…第１シール配置面 １１２…第３凸部
１１４…第２配置部 １２４…第３端面
１２６…第２シール配置面 １３２…外側シール配置面
１３４…内側シール配置面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】