特許 7120056 燃料電池用セパレータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-08

(45)【発行日】2022-08-17

(54)【発明の名称】燃料電池用セパレータ

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0258 20160101AFI20220809BHJP

   H01M 8/0206 20160101ALI20220809BHJP

   H01M 8/026 20160101ALI20220809BHJP

   H01M 8/0228 20160101ALI20220809BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0258

H01M8/0206

H01M8/026

H01M8/0228

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019016134

(22)【出願日】2019-01-31

(65)【公開番号】P2020123546

(43)【公開日】2020-08-13

【審査請求日】2021-07-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】河邉 聡

【審査官】渡部 朋也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１２９４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－３０８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２２９２９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２５８

Ｈ０１Ｍ ８／０２０６

Ｈ０１Ｍ ８／０２６

Ｈ０１Ｍ ８／０２２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質膜の厚み方向における両側に電極層が接合されてなる膜電極接合体を備える燃料電池に用いられて、同方向における前記膜電極接合体の外側に配置され、かつ導電性を有する金属製のセパレータ基材を備え、
前記セパレータ基材には、前記膜電極接合体に向けて突出する複数の凸状部と、同凸状部の突出方向とは反対側へ凹む複数の凹状部とが形成され、
複数の前記凸状部及び複数の前記凹状部は、前記膜電極接合体の面に沿う方向に互い違いに配置されて平行に延びており、
各凹状部及び前記電極層により囲まれた領域が、同電極層に対しガスとして酸化ガス又は燃料ガスを供給する流路を構成する燃料電池用セパレータにおいて、
前記凸状部及び前記凹状部の前記電極層側の面には、導電性を有し、かつ前記セパレータ基材よりも高い耐腐食性を有する第１薄膜が全面にわたって積層され、
前記第１薄膜のうち、少なくとも前記凸状部の頂面に積層された部分には、導電性を有する第２薄膜が積層され、
さらに、前記第２薄膜のうち、前記頂面に積層された部分には、前記凸状部の延びる方向に対し交差する方向へ直線状に延びる溝が形成され、同溝の少なくとも一方の端部が前記流路に繋がれている燃料電池用セパレータ。

【請求項2】

前記第２薄膜に前記溝が形成された前記凸状部の両側には前記流路が位置しており、
前記溝の一方の端部は一方の前記流路に繋がれ、同溝の他方の端部は他方の前記流路に繋がれている請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。

【請求項3】

前記溝が形成された箇所では前記第１薄膜が露出している請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池における複数層の膜電極接合体間に配置される燃料電池用セパレータに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に示される燃料電池では、図４に概略的に示すように、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）７１が厚み方向（図４の上下方向）における両側からセパレータ７５によって挟まれている。膜電極接合体７１は、電解質膜７２と、上記厚み方向における電解質膜７２の両側に配置された電極層とを備えている。一方の電極層はカソード電極層７３を構成し、他方の電極層はアノード電極層７４を構成している。なお、燃料電池７０においては、複数層の膜電極接合体７１が上記セパレータ７５によって隔てられることで、膜電極接合体７１がそれぞれ上述したように厚み方向における両側からセパレータ７５によって挟まれている。

【0003】

各セパレータ７５は、導電性を有する金属製のセパレータ基材７６を備えている。各セパレータ基材７６には、膜電極接合体７１に向けて突出する複数の凸状部７７と、同凸状部７７の突出方向とは反対側へ凹む複数の凹状部７８とが形成されている。複数の凸状部７７及び複数の凹状部７８は、膜電極接合体７１の面に沿う方向（図４の左右方向）に互い違いに配置されて平行に延びている。

【0004】

各凹状部７８及びカソード電極層７３により囲まれた領域は、同カソード電極層７３に酸化ガスを供給する流路８１を構成している。各凹状部７８及びアノード電極層７４により囲まれた領域は、同アノード電極層７４に燃料ガスを供給する流路８２を構成している。

【0005】

各凸状部７７の頂面には、導電性を有する薄膜８５が積層されている。各薄膜８５は、膜電極接合体７１とセパレータ７５毎のセパレータ基材７６との接触抵抗の増大を抑制して、同接触抵抗が、燃料ガス及び酸化ガスの膜電極接合体７１での反応に及ぼす影響を小さくするために設けられている。接触抵抗は、二つの物体を接触させて電流を流すとき、その界面近傍に存在する電気抵抗である。

【0006】

上記燃料電池７０では、アノード電極層７４に燃料ガスが供給され、カソード電極層７３に酸化ガスが供給されると、それら燃料ガス及び酸化ガスの膜電極接合体７１での反応に基づき発電が行われる。この際、上記反応に伴ってカソード電極層７３で水が生成される。生成された水の一部は、カソード電極層７３と各薄膜８５との間に位置する。この水のうち、流路８１に近いものは、同流路８１内を高い流速で流れる酸化ガスに乗って燃料電池７０の外部へ排出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１６－６６５３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところが、上記水のうち、流路８１から遠ざかった箇所に位置するものは、同流路８１内の酸化ガスの流れによって燃料電池７０の外部へ排出されきれず、カソード電極層７３と各薄膜８５との間で滞留する。この滞留する水が原因で、酸化ガスの拡散が十分に行われず、燃料ガス及び酸化ガスの反応が低下するおそれがある。

【0009】

なお、カソード電極層７３及びアノード電極層７４にある程度の水分を含ませることにより、発電効率を向上させることができる。そのため、膜電極接合体７１を薄くすることが考えられる。こうすると、カソード電極層７３側で生成された水が電解質膜７２を伝わってアノード電極層７４側に移動しやすくなる。ただし、各薄膜８５とアノード電極層７４との間に必要以上の水が保持されて、同アノード電極層７４側に余剰の水が溜まると、燃料ガスがアノード電極層７４に接触しにくくなって、燃料ガス及び酸化ガスの反応が低下するおそれがある。

【0010】

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、発電に伴い生成した水の排水性能を高めることのできる燃料電池用セパレータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決する燃料電池用セパレータは、電解質膜の厚み方向における両側に電極層が接合されてなる膜電極接合体を備える燃料電池に用いられて、同方向における前記膜電極接合体の外側に配置され、かつ導電性を有する金属製のセパレータ基材を備え、前記セパレータ基材には、前記膜電極接合体に向けて突出する複数の凸状部と、同凸状部の突出方向とは反対側へ凹む複数の凹状部とが形成され、複数の前記凸状部及び複数の前記凹状部は、前記膜電極接合体の面に沿う方向に互い違いに配置されて平行に延びており、各凹状部及び前記電極層により囲まれた領域が、同電極層に対しガスとして酸化ガス又は燃料ガスを供給する流路を構成する燃料電池用セパレータにおいて、前記凸状部及び前記凹状部の前記電極層側の面には、導電性を有し、かつ前記セパレータ基材よりも高い耐腐食性を有する第１薄膜が全面にわたって積層され、前記第１薄膜のうち、少なくとも前記凸状部の頂面に積層された部分には、導電性を有する第２薄膜が積層され、さらに、前記頂面における前記第２薄膜には溝が形成され、同溝の少なくとも一方の端部が前記流路に繋がれている。

【0012】

上記の構成によれば、発電に伴い生成した水の一部は、電極層と、第２薄膜のうち凸状部の頂面に積層された部分との間に位置する。この水のうち、流路に近いものは、同流路内を流れるガス（酸化ガス又は燃料ガス）によって同流路に引っ張られる。また、上記電極層と第２薄膜との間の水のうち、同第２薄膜に形成された溝に近いものも上記ガスによって、溝を介して流路へ引っ張られる。流路へ出た水は、同流路を流れるガスに乗って燃料電池の外部へ排出される。溝がない場合に比べ、排出される水の量が多くなり、排水性能が高まる。

【0013】

ところで、電解質膜での反応の副産物として酸性の物質が生ずると、金属製のセパレータ基材が、この酸性物質との電気化学的な反応によって浸食、すなわち、腐食するおそれがある。この際、セパレータ基材からイオンが溶出し、膜電極接合体の構成部材、例えば電解質膜等の性能を低下させ、燃料電池の出力低下を招く懸念がある。しかし、上記の構成によれば、イオンの溶出が、凸状部及び凹状部の電極層側の面の全面に形成された第１薄膜によって抑制される。溶出したイオンが原因で、膜電極接合体の構成部材の性能が低下する現象が第１薄膜によって抑制される。

【発明の効果】

【0014】

上記燃料電池用セパレータによれば、発電に伴い生成した水の排水性能を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態における燃料電池の部分断面図。

【図2】一実施形態における第１セパレータの部分斜視図。

【図3】第２薄膜に図２とは異なる溝が形成された第１セパレータの変形例を示す部分斜視図。

【図4】従来の燃料電池において、膜電極接合体が厚み方向における両側からセパレータによって挟まれた状態を概略的に示す略図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、燃料電池用セパレータの一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、燃料電池１０は複数層の膜電極接合体１１を備えている。各膜電極接合体１１は、厚み方向（図１の上下方向）における両側から燃料電池用セパレータによって挟み込まれている。ここで、両燃料電池用セパレータを区別するために、図１において、各膜電極接合体１１の上側（厚み方向における一方の外側）に位置するものを第１セパレータ２１といい、下側（厚み方向における他方の外側）に位置するものを第２セパレータ３１というものとする。

【0017】

複数層の膜電極接合体１１は、それらの間に設けられた第１セパレータ２１及び第２セパレータ３１によって互いに隔てられている。各膜電極接合体１１は、電解質膜１２と、上記厚み方向における同電解質膜１２の両側に配置された電極層とを備えている。一方（図１の上方）の電極層はカソード電極層１３を構成し、他方（図１の下方）の電極層はアノード電極層１４を構成している。

【0018】

カソード電極層１３を挟んで電解質膜１２とは反対側（図１の上側）には、炭素繊維等からなり、後述する酸化ガスの拡散を促進するガス拡散層１５が配置されている。アノード電極層１４を挟んで電解質膜１２とは反対側（図１の下側）には、炭素繊維等からなり、後述する燃料ガスの拡散を促進するガス拡散層１６が配置されている。

【0019】

上記膜電極接合体１１及び両ガス拡散層１５，１６と、それらを上記厚み方向における両側（外側）から挟み込む第１セパレータ２１及び第２セパレータ３１とによってセルユニット２０が構成されている。さらに、複数のセルユニット２０が上記厚み方向に重ねられることによって、燃料電池１０におけるセルスタックが構成されている。

【0020】

図１及び図２に示すように、各第１セパレータ２１の骨格部分は、導電性を有する金属製のセパレータ基材２２によって構成されている。本実施形態では、各セパレータ基材２２は、１００μｍ程度の厚みを有するステンレス鋼板によって形成されている。

【0021】

各セパレータ基材２２には、膜電極接合体１１に向けて突出する複数の凸状部２３と、同凸状部２３の突出方向とは反対側へ凹む複数の凹状部２４とが形成されている。図１及び図２では、各凸状部２３は下方へ突出し、各凹状部２４は上方へ凹んでいる。複数の凸状部２３及び複数の凹状部２４は、膜電極接合体１１の面に沿う方向（図１の左右方向）に互い違いに配置されて平行に延びている。各凹状部２４及びカソード電極層１３により囲まれた領域は、同カソード電極層１３に対し酸化ガス（例えば空気）を供給するための流路２５を構成している。

【0022】

図１に示すように、各第２セパレータ３１の骨格部分は、導電性を有する金属製のセパレータ基材３２によって構成されている。本実施形態では、各セパレータ基材３２は、上記セパレータ基材２２と同様、１００μｍ程度の厚みを有するステンレス鋼板によって形成されている。

【0023】

各セパレータ基材３２には、膜電極接合体１１に向けて突出する複数の凸状部３３と、同凸状部３３の突出方向とは反対側へ凹む複数の凹状部３４とが形成されている。図１では、各凸状部３３は上方へ突出し、各凹状部３４は下方へ凹んでいる。複数の凸状部３３及び複数の凹状部３４は、膜電極接合体１１の面に沿う方向（図１の左右方向）に互い違いに配置されて平行に延びている。各凹状部３４及びアノード電極層１４により囲まれた領域は、同アノード電極層１４に対し燃料ガス（例えば水素）を供給するための流路３５を構成している。

【0024】

燃料電池１０におけるセルスタックでは、複数のセルユニット２０が上記厚み方向に重ねられていることについては上述した通りである。従って、図１の上下方向における中央部分に示されるセルユニット２０の第１セパレータ２１の上側には、二点鎖線で示すように、上隣のセルユニット２０における第２セパレータ３１が配置されている。そして、第１セパレータ２１の各凹状部２４の底部と、その上隣の第２セパレータ３１の各凹状部３４の底部との間に薄膜２６が介在されている。各薄膜２６は、両凹状部２４，３４間の接触抵抗の増大を抑制するためのものであり、セパレータ基材２２，３２よりも導電性の高い（電気抵抗値の低い）材料、例えばカーボン、金、白金等によって形成されている。さらに、第１セパレータ２１の各凸状部２３と、上隣の第２セパレータ３１の各凸状部３３との間には、冷却液（例えば冷却水）の流路２７が形成されている。

【0025】

同様に、図１の上下方向における中央部分に示されるセルユニット２０の第２セパレータ３１の下側には、二点鎖線で示すように、下隣のセルユニット２０における第１セパレータ２１が配置されている。そして、第２セパレータ３１の各凹状部３４の底部と、その下隣の第１セパレータ２１の各凹状部２４の底部との間に薄膜２６が介在されている。さらに、第２セパレータ３１の各凸状部３３と、下隣の第１セパレータ２１の各凸状部２３との間には、冷却液の流路２７が形成されている。

【0026】

図１及び図２に示すように、セルユニット２０毎の第１セパレータ２１のセパレータ基材２２において、凸状部２３及び凹状部２４のカソード電極層１３側の面には、導電性を有し、かつ同セパレータ基材２２よりも高い耐腐食性を有する第１薄膜４１が全面にわたって積層されている。本実施形態では、窒化チタン（ＴｉＮ）等の導電性粒子を樹脂材料に混合させることによって形成したものが、第１薄膜４１とされている。

【0027】

同様に、図１に示すように、セルユニット２０毎の第２セパレータ３１のセパレータ基材３２において、凸状部３３及び凹状部３４のアノード電極層１４側の面には、導電性を有し、かつ同セパレータ基材３２よりも高い耐腐食性を有する第１薄膜５１が全面にわたって積層されている。

【0028】

図１及び図２に示すように、各第１セパレータ２１における第１薄膜４１のうち、凸状部２３の頂面に積層された部分には、第２薄膜４２が積層されている。各第２薄膜４２は、膜電極接合体１１とセパレータ基材２２との間の接触抵抗の増大を抑制して、同接触抵抗が、燃料ガス及び酸化ガスの膜電極接合体１１での反応に及ぼす影響を小さくするために設けられている。各第２薄膜４２は、上記薄膜２６と同様の材料を用い、インクジェット印刷法により、厚さが例えば数１００ｎｍ～数１００μｍとなるように形成されている。各第２薄膜４２は、各セパレータ基材２２よりも高い親水性を有している。各第１セパレータ２１は、各第２薄膜４２においてガス拡散層１５に接している。表現を変えると、第１セパレータ２１毎の各第２薄膜４２は、ガス拡散層１５を介してカソード電極層１３に間接的に接している。

【0029】

各第２薄膜４２には、凸状部２３の延びる方向に対し交差する方向、本実施形態では直交する方向（図１の左右方向）へ延びる溝４３が形成されている。各溝４３は、凸状部２３の延びる方向に互いに離間した複数箇所に形成されている。各溝４３の深さは、第２薄膜４２の厚みと同一に設定されており、同溝４３が形成された箇所では第１薄膜４１が露出している。

【0030】

第２薄膜４２に溝４３が形成された凸状部２３の両側には流路２５が位置している。各溝４３は、一方の端部において一方の流路２５に繋がり、他方の端部において他方の流路２５に繋がっている。各凸状部２３の両側の流路２５は、溝４３によって連通されている。

【0031】

図１に示すように、各第２セパレータ３１における第１薄膜５１のうち、各凸状部３３の頂面に積層された部分には、第２薄膜５２が積層されている。各第２薄膜５２は、第１セパレータ２１における第２薄膜４２と同様の目的で、同様の材料を用い、同様の方法によって、同様の厚み及び親水性を有するように形成されている。第２セパレータ３１は、凸状部３３毎の第２薄膜５２においてガス拡散層１６に接している。各第２薄膜５２には、第１セパレータ２１における溝４３と同様の方向に延びて、両端が異なる流路３５に繋がる溝５３が形成されている。各凸状部３３の両側の流路３５は、溝５３によって連通されている。

【0032】

なお、上記第１セパレータ２１は、次のようにして製造される。まず、平坦なステンレス鋼板が準備され、その片側の面の全面に対し、窒化チタン（ＴｉＮ）等の導電性粒子を樹脂材料に混合させたものが塗布されることにより、第１薄膜４１が形成される。次に、上記のように第１薄膜４１が形成されたステンレス鋼板をプレス成形することにより、複数の凸状部２３及び複数の凹状部２４を有するセパレータ基材２２が形成される。さらに、第１薄膜４１のうち、各凸状部２３の頂面に積層された部分に対し、インクジェット印刷法によって、セパレータ基材２２よりも導電性の高い材料が塗布されることで、溝４３を有する第２薄膜４２が形成される。第２セパレータ３１も、上記第１セパレータ２１と同様の工程を経ることにより製造される。

【0033】

次に、上記のようにして構成された本実施形態の作用及び効果について説明する。
燃料電池１０においては、酸化ガス（空気）が各流路２５を流れ、燃料ガス（水素）が各流路３５を流れる。各流路２５を流れる酸化ガスは、ガス拡散層１５を介してカソード電極層１３に供給される。各流路３５を流れる燃料ガスは、ガス拡散層１６を介してアノード電極層１４に供給される。供給された燃料ガス及び酸化ガスの膜電極接合体１１での反応に基づき発電が行われる。この反応に伴い、酸化ガスが供給されたカソード電極層１３では水が生成される。

【0034】

詳しくは、燃料ガス（水素）がアノード電極層１４に供給されると、そこで水素原子から電子がとられて同アノード電極層１４に送り出され、その電子が同アノード電極層１４から外部回路（図示略）の導線を通ってカソード電極層１３に流れる。そして、アノード電極層１４で電子がとられることによってプラスの電荷を帯びた水素イオン（プロトン）は、電解質膜１２を伝わってカソード電極層１３に移動する。一方、酸化ガス（空気）が供給されているカソード電極層１３では、上述したように流された電子を酸素分子が受け取って酸素イオンとなる。さらに、アノード電極層１４から電解質膜１２を伝わってカソード電極層１３に移動した水素イオンが上記酸素イオンと結合し、カソード電極層１３で水が生成される。

【0035】

生成した水の一部は、カソード電極層１３と各第２薄膜４２との間のガス拡散層１５に位置する。この水のうち、流路２５に近いものは、図２において矢印で示すように、同流路２５を流れる酸化ガスによって同流路２５に引っ張られる。流路２５へ出た水は、同流路２５を流れる酸化ガスに乗って同流路２５を流れる。また、上記ガス拡散層１５の水のうち、溝４３に近いものも上記酸化ガスによって、図１において矢印で示すように、溝４３を介して流路２５へ引っ張られる。この水もまた流路２５へ出て、酸化ガスに乗って同流路２５を流れる。上記のように、酸化ガスに乗って流路２５を流れる水は、最終的には燃料電池１０の外部へ排出される。

【0036】

従って、溝４３がない場合に比べ、燃料電池１０の外部へ排出される水の量が多くなり、排水性能が高まる。また、溝４３がない場合とは異なり、生成された水がガス拡散層１５に滞留することが抑制される。滞留が原因で、酸化ガスの拡散が十分に行われず、燃料ガス及び酸化ガスの反応が低下する現象が起こりにくくなる。

【0037】

特に、本実施形態では、各溝４３の一方の端部が、各凸状部２３を挟む両側の流路２５のうちの一方の流路２５に繋がるとともに、他方の端部が他方の流路２５に繋がっている。そのため、ガス拡散層１５のうち溝４３の近くにある水が、凸状部２３を挟む両側の流路２５を流れる酸化ガスによって、溝４３の長さ方向における両側から引っ張られ、溝４３を介して流路２５に出やすく、各流路２５を流れる酸化ガスに乗って燃料電池１０の外部へ排出されやすい。

【0038】

ここで、カソード電極層１３及びアノード電極層１４にある程度の水分を含ませることにより、発電効率を向上させることができる。そのため、膜電極接合体１１を薄くすることが考えられる。こうすると、カソード電極層１３側で生成された水が電解質膜１２を伝わってアノード電極層１４側に移動しやすくなる。ただし、ガス拡散層１６に必要以上の水が保持されてアノード電極層１４側に余剰の水が溜まると、燃料ガス（水素）がアノード電極層１４に接触しにくくなって、膜電極接合体１１での燃料ガス及び酸化ガスの反応が低下するおそれがある。

【0039】

しかし、ガス拡散層１６における水のうち、流路３５に近いものは、同流路３５を流れる燃料ガスによって同流路３５に引っ張られる。流路３５へ出た水は、燃料ガスに乗って同流路３５を流れる。

【0040】

また、本実施形態では、第２セパレータ３１における第２薄膜５２にも溝５３が形成されていて、ガス拡散層１６に必要以上の水が保持される現象が、溝５３によって抑制される。すなわち、ガス拡散層１６における水のうち溝５３に近いものは、図１において矢印で示すように、同溝５３を介して流路３５に引っ張られ、さらに同流路３５の燃料ガスに乗って流れる。

【0041】

上記のように、燃料ガスに乗って流路３５を流れる水は、最終的には燃料電池１０の外部へ排出される。従って、アノード電極層１４側に余剰な水が溜まるのを抑制することができる。

【0042】

さらに、本実施形態では、溝５３についても上記溝４３と同様に、一方の端部と他方の端部とが互いに異なる流路３５に繋がっている。そのため、上記溝４３と同様の理由により、第２薄膜５２とアノード電極層１４との間のガス拡散層１６であって、溝５３の近くの水を燃料ガスによって、溝５３の長さ方向における両側から引っ張って、溝５３を介して流路３５に出やすくする。そして、この水を、各流路３５を流れる燃料ガスに乗せて燃料電池１０の外部へ排出することができる。

【0043】

ところで、電解質膜１２での反応の副産物として酸性の物質が生ずると、ステンレス鋼板製のセパレータ基材２２，３２がこの酸性物質との電気化学的な反応によって浸食、すなわち、腐食するおそれがある。この際、セパレータ基材２２，３２から鉄イオンが溶出し、膜電極接合体１１の構成部材、例えば電解質膜１２、触媒（図示略）等の性能低下を招く懸念がある。

【0044】

しかし、本実施形態によれば、鉄イオンの溶出が第１薄膜４１，５１によって抑制される。従って、溶出した鉄イオンが原因で、膜電極接合体１１の構成部材の性能が低下する現象を、第１薄膜４１，５１によって抑制することができる。

【0045】

本実施形態によると、上記以外にも、次の効果が得られる。
・各第１セパレータ２１における各第２薄膜４２の親水性が低いと、各溝４３内の水が同溝４３の内側面に対し弾かれやすくなって、同溝４３内で移動しにくくなる。各溝４３内の水が、流路２５側へ移動しにくくなる。

【0046】

しかし、各第２薄膜４２がセパレータ基材２２よりも高い親水性を有している本実施形態では、各溝４３内の水が同溝４３の内側面に対し広がりやすい。これに伴い、各溝４３内の水が流路２５側へ移動しやすくなる。

【0047】

また、各第２セパレータ３１における各第２薄膜５２がセパレータ基材３２よりも高い親水性を有しているため、上記第１セパレータ２１と同様に、各溝５３内の水が流路３５側へ移動しやすくなる。

【0048】

・溝４３，５３を有する第２薄膜４２，５２をインクジェット印刷法によって形成している。そのため、第２薄膜４２，５２における溝４３，５３の形状を、インクジェット印刷法のパターン調整を通じて簡単に変更することができる。

【0049】

・各第２薄膜４２，５２において溝４３，５３が形成された箇所では、第１薄膜４１，５１を露出させている。表現を変えると、該当する箇所では、第１薄膜４１，５１上に第２薄膜４２，５２を形成していない。従って、溝４３，５３を形成する予定の箇所には、インクジェット印刷法によって第１薄膜４１，５１上に材料を塗布しなくてすみ、溝４３，５３を形成しやすい。

【0050】

なお、上記実施形態は、これを以下のように変更した変形例として実施することもできる。
＜セパレータ基材２２，３２について＞
・セパレータ基材２２，３２は、導電性を有するものであることを条件に、ステンレス鋼とは異なる金属材料、例えば、チタンによって形成されてもよい。

【0051】

＜第１薄膜４１，５１及び第２薄膜４２，５２について＞
・第２薄膜４２，５２が第１薄膜４１，５１と同一の材料によって形成されてもよい。
・第２薄膜４２，５２は、凸状部２３，３３の頂面に加え、同凸状部２３，３３の他の箇所や凹状部２４，３４に形成されてもよい。ただし、第２薄膜４２，５２を形成する工程の煩雑さ、コスト等を考えると、凸状部２３，３３の頂面にのみ形成されることが好ましい。

【0052】

また、第２薄膜４２，５２が凸状部２３，３３の頂面とは異なる箇所に形成されると、その分、流路２５，３５の流路断面積が小さくなる。そのため、第２薄膜４２，５２は、必要な箇所である凸状部２３，３３の頂面にのみ設けられることが好ましい。

【0053】

・上記実施形態では、第２薄膜４２，５２の親水性をセパレータ基材２２，３２の親水性よりも高くしたが、こうしたことは必須ではない。
・第１セパレータ２１における第１薄膜４１と、第２セパレータ３１における第１薄膜５１との一方が省略されてもよい。

【0054】

・第１セパレータ２１における第２薄膜４２と、第２セパレータ３１における第２薄膜５２との一方が省略されてもよい。
＜溝４３，５３について＞
・溝４３，５３は、凸状部２３，３３の延びる方向に対し、斜めに交差する方向へ延びてもよい。

【0055】

・図３に示すように、第１セパレータ２１における各溝４３の一方の端部が流路２５に繋がれ、他方の端部が流路２５に繋がれなくてもよい。この場合には、ガス拡散層１５に位置する水が溝４３を介して流路２５に排出されやすくなる。これは、各溝４３の他方の端部が閉塞されているため、流路２５内を流れる酸化ガスによって、溝４３内に出た水が引っ張られやすくなり、排水が促進されるためと考えられる。

【0056】

第２セパレータ３１における溝５３についても、上記と同様の理由により同様の変更が行われてもよい。
・上記のように、第１セパレータ２１において、一方の端部のみが流路２５に繋がれた溝４３が、凸状部２３の延びる方向の複数箇所に設けられる場合、隣り合う溝４３は、凸状部２３を挟む両側の流路２５のうち、互いに異なる流路２５に繋がれることが望ましい。これは、ガス拡散層１５において溝４３の近くの水を、両流路２５に略均等に引っ張って流れさせることができるからである。

【0057】

第２セパレータ３１における溝５３についても、上記と同様の理由により同様の変更が行われてもよい。
・凸状部２３の延びる方向において隣り合う溝４３が、凸状部２３を挟む両側の流路２５のうち同じ側の流路２５に繋がれてもよい。溝５３についても同様の変更が行われてもよい。

【0058】

・第１セパレータ２１における溝４３と、第２セパレータ３１における溝５３とのいずれか一方が省略されてもよい。
・溝４３，５３の深さが、第２薄膜４２，５２において同溝４３，５３の設けられていない箇所の厚みよりも小さく設定されてもよい。この場合には、第２薄膜４２，５２において溝４３，５３の形成された箇所にも、同第２薄膜４２，５２の一部が形成される。上記実施形態とは異なり、第２薄膜４２，５２において溝４３，５３の形成された箇所では、第１薄膜４１，５１が露出しない。インクジェット印刷法であれば、このように、他よりも厚みの小さな箇所を有する第２薄膜４２，５２を形成することが可能である。

【0059】

＜その他＞
・第１セパレータ２１及び第２セパレータ３１は、ガス拡散層１５，１６が形成されない燃料電池にも適用可能である。

【符号の説明】

【0060】

１０…燃料電池、１１…膜電極接合体、１２…電解質膜、１３…カソード電極層（電極層）、１４…アノード電極層（電極層）、２１…第１セパレータ（燃料電池用セパレータ）、２２，３２…セパレータ基材、２３，３３…凸状部、２４，３４…凹状部、２５，３５…流路、３１…第２セパレータ（燃料電池用セパレータ）、４１，５１…第１薄膜、４２，５２…第２薄膜、４３，５３…溝。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】