特許 7480662 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】2024-04-30

(45)【発行日】2024-05-10

(54)【発明の名称】燃料電池用セパレータ

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0228 20160101AFI20240501BHJP

   H01M 8/0213 20160101ALI20240501BHJP

   H01M 8/0221 20160101ALI20240501BHJP

   H01M 8/0226 20160101ALI20240501BHJP

   H01M 8/0258 20160101ALI20240501BHJP

   H01M 8/2483 20160101ALI20240501BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20240501BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0228

H01M8/0213

H01M8/0221

H01M8/0226

H01M8/0258

H01M8/2483

H01M8/10 101

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020167448

(22)【出願日】2020-10-02

(65)【公開番号】P2022059696

(43)【公開日】2022-04-14

【審査請求日】2022-12-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000110321

【氏名又は名称】トヨタ車体株式会社

(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】杉野 祐記

【審査官】山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２７８２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１７４８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２３６８４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／０２９７

Ｈ０１Ｍ ８／０８－ ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性の第１炭素粒子、及び樹脂材を含む板状の基材を備え、燃料電池の発電部に接触して設けられる燃料電池用セパレータであって、
前記発電部に対向するとともに反応ガスが流れるガス流路部と、前記基材の厚さ方向に貫通して形成され、前記反応ガスが排出される排出マニホールドと、前記排出マニホールドに隣り合う隣接部と、を有しており、
前記隣接部は、前記厚さ方向において前記発電部側に位置する表面を有しており、
前記表面には、導電性の第２炭素粒子を含み、前記発電部における生成水を前記排出マニホールドに向けて誘導する誘導層が設けられており、
前記第２炭素粒子は、前記樹脂材を介して前記基材に結合されるとともに、前記樹脂材から露出しており、
前記第２炭素粒子の平均粒子径は、前記第１炭素粒子の平均粒子径よりも大きい、
燃料電池用セパレータ。

【請求項2】

前記ガス流路部を第１ガス流路部とするとき、
前記第１ガス流路部から前記排出マニホールドに向かって延びるとともに前記反応ガスが流れる第２ガス流路部を有しており、
前記隣接部は、前記第２ガス流路部と前記排出マニホールドとの間に設けられている、
請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。

【請求項3】

前記第１ガス流路部の表面及び前記第２ガス流路部の表面の双方には、前記誘導層が設けられており、
前記第１ガス流路部の前記表面に設けられた前記誘導層と、前記第２ガス流路部の前記表面に設けられた前記誘導層と、前記隣接部の前記表面に設けられた前記誘導層と、は連なっている、
請求項２に記載の燃料電池用セパレータ。

【請求項4】

前記隣接部は、前記隣接部の前記表面に連なって設けられ、前記排出マニホールドの内面を形成する側面を有しており、
前記側面には、前記誘導層が設けられており、
前記隣接部の前記表面に設けられた前記誘導層と、前記側面に設けられた前記誘導層とは、連なっている、
請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータ。

【請求項5】

前記隣接部の前記表面を第１表面とするとき、
前記隣接部は、前記隣接部の前記側面に連なって設けられ、前記厚さ方向において前記第１表面とは反対側に位置する第２表面を有しており、
前記第２表面には、前記誘導層が設けられており、
前記側面に設けられた前記誘導層と、前記第２表面に設けられた前記誘導層とは、連なっている、
請求項４に記載の燃料電池用セパレータ。

【請求項6】

導電性の炭素粒子、及び樹脂材を含む板状の基材を備え、燃料電池の発電部に接触して設けられる燃料電池用セパレータであって、
前記発電部に対向するとともに反応ガスが流れるガス流路部と、前記基材の厚さ方向に貫通して形成され、前記反応ガスが排出される排出マニホールドと、前記排出マニホールドに隣り合う隣接部と、を有しており、
前記隣接部は、前記厚さ方向において前記発電部側に位置する表面と、前記表面に連なって設けられ、前記排出マニホールドの内面を形成する側面と、を有しており、
前記表面及び前記側面には、前記発電部における生成水を前記排出マニホールドに向けて誘導する多数の微細な突起が設けられており、
前記隣接部における前記突起の数は、前記反応ガスの流れ方向の下流側ほど多くなっており、
前記突起の高さは、前記炭素粒子の平均粒子径よりも大きい、
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、燃料電池用セパレータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、固体高分子形燃料電池は、膜電極接合体を有する発電部と、発電部の周囲に接合されたフレームと、発電部及びフレームを挟持する２つのセパレータとを含む単セルが複数積層されたスタックを備えている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

単セルは、燃料ガスや酸化剤ガスなどの反応ガスが供給される供給マニホールドと、当該反応ガスが排出される排出マニホールドとを有している。供給マニホールドと排出マニホールドとは、フレーム及び２つのセパレータを貫通してそれぞれ設けられている。セパレータの各々には、発電部との間において反応ガスが流れるガス流路部が形成されている。フレームには、供給マニホールドとガス流路部とを連通する複数の供給路と、ガス流路部と排出マニホールドとを連通する複数の排出路とが形成されている。供給路及び排出路は、フレームを厚さ方向に貫通している。

【0004】

供給マニホールドに供給された反応ガスは、複数の供給路を通じてガス流路部に供給される。そして、同反応ガスは、複数の排出路を通じて排出マニホールドから外部に排出される。ガス流路部を流れる反応ガスが発電部に到達することで、反応ガスの電気化学反応により発電が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１８１５００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ガス流路部には、発電部における電気化学反応によって生成された水（以下、生成水と称する）が存在することがある。こうした生成水は、反応ガスと共に複数の排出路を通じて排出マニホールドから外部に排出される。しかしながら、生成水の量が多くなった場合には、ガス流路部が生成水により閉塞されたり、ガス流路部における反応ガスの圧力損失が過度に増大したりするおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための燃料電池用セパレータは、導電性の第１炭素粒子、及び樹脂材を含む板状の基材を備え、燃料電池の発電部に接触して設けられる燃料電池用セパレータであって、前記発電部に対向するとともに反応ガスが流れるガス流路部と、前記基材を厚さ方向に貫通して形成され、前記反応ガスが排出される排出マニホールドと、前記排出マニホールドに隣り合う隣接部と、を有しており、前記隣接部は、前記厚さ方向において前記発電部側に位置する表面を有しており、前記表面には、導電性の第２炭素粒子を含み、前記発電部における生成水を前記排出マニホールドに向けて誘導する誘導層が設けられており、前記第２炭素粒子は、前記樹脂材を介して前記基材に結合されるとともに、前記樹脂材から露出しており、前記第２炭素粒子の平均粒子径は、前記第１炭素粒子の平均粒子径よりも大きい。

【0008】

同構成によれば、誘導層では、第１炭素粒子の平均粒子径よりも大きい平均粒子径を有する第２炭素粒子が基材の樹脂材から露出している。このため、誘導層の表面には、第２炭素粒子によって微細な凹凸が形成される。この凹凸は、第１炭素粒子によって形成される凹凸に比べて大きい。これにより、誘導層の表面粗さが大きくなるため、誘導層の表面においては、生成水に作用する毛管力が大きくなる。こうした誘導層が排出マニホールドに隣り合う隣接部に設けられているため、誘導層に到達した生成水が排出マニホールドに向かって移動しやすくなる。その結果、生成水が排出マニホールドを通じて外部に排出されやすくなる。したがって、生成水の排出性を高めることができる。

【0009】

上記燃料電池用セパレータにおいて、前記ガス流路部を第１ガス流路部とするとき、前記第１ガス流路部から前記排出マニホールドに向かって延びるとともに前記反応ガスが流れる第２ガス流路部を有しており、前記隣接部は、前記第２ガス流路部と前記排出マニホールドとの間に設けられていることが好ましい。

【0010】

燃料電池においては、例えば、隣接部が、燃料電池の単セルを構成するフレームなどの別部材に接触することで隣接部に反応ガスが流れない場合がある。
この場合、上記構成によれば、隣接部の表面に設けられた誘導層が、上記別部材に接触する。この場合であっても、生成水は、誘導層の表面に形成された微細な凹凸と、別部材との隙間を伝って排出マニホールドに向かって移動することができる。このため、生成水は、反応ガスと共に第２ガス流路部を通じて排出マニホールドに向かうとともに、上記隙間を通じて排出マニホールドに向かう。したがって、生成水の排出性を高めることができる。

【0011】

上記燃料電池用セパレータにおいて、前記第１ガス流路部の表面及び前記第２ガス流路部の表面の双方には、前記誘導層が設けられており、前記第１ガス流路部の前記表面に設けられた前記誘導層と、前記第２ガス流路部の前記表面に設けられた前記誘導層と、前記隣接部の前記表面に設けられた前記誘導層と、は連なっていることが好ましい。

【0012】

同構成によれば、第１ガス流路部の表面に設けられた誘導層と、第２ガス流路部の表面に設けられた誘導層と、隣接部の表面に設けられた誘導層とが連なっている。このため、第１ガス流路部に存在する生成水が、第１ガス流路部の表面、第２ガス流路部の表面、及び隣接部の表面にそれぞれ設けられた誘導層を通じて、排出マニホールドに向かって移動しやすくなる。これにより、生成水が早期に外部に排出されやすくなる。したがって、生成水の排出性を一層高めることができる。

【0013】

上記燃料電池用セパレータにおいて、前記隣接部は、前記隣接部の前記表面に連なって設けられ、前記排出マニホールドの内面を形成する側面を有しており、前記側面には、前記誘導層が設けられており、前記隣接部の前記表面に設けられた前記誘導層と、前記側面に設けられた前記誘導層とは、連なっていることが好ましい。

【0014】

同構成によれば、隣接部の表面に設けられた誘導層と、隣接部の側面に設けられた誘導層とは連なっている。このため、誘導層に到達した生成水は、排出マニホールドの内部まで移動しやすくなる。ここで、燃料電池において、排出マニホールドの内部を流れる反応ガスの流量は、ガス流路部を流れる反応ガスの流量よりも大きい。このため、生成水は、排出マニホールドの内部に到達することで、反応ガスによって誘導層から吹き飛ばされやすくなる。したがって、生成水の排出性をより一層高めることができる。

【0015】

上記燃料電池用セパレータにおいて、前記隣接部の前記表面を第１表面とするとき、前記隣接部は、前記隣接部の前記側面に連なって設けられ、前記厚さ方向において前記第１表面とは反対側に位置する第２表面を有しており、前記第２表面には、前記誘導層が設けられており、前記側面に設けられた前記誘導層と、前記第２表面に設けられた前記誘導層とは、連なっていることが好ましい。

【0016】

同構成によれば、隣接部の側面に設けられた誘導層と、隣接部の第２表面に設けられた誘導層とは連なっている。このため、誘導層に到達した生成水は、側面に設けられた誘導層を介して第２表面に向かって移動しやすくなる。これにより、生成水が、排出マニホールドの内部におけるより広い範囲に移動しやすくなる。したがって、生成水の排出性をより一層高めることができる。

【0017】

また、上記課題を解決するための燃料電池用セパレータは、導電性の炭素粒子、及び樹脂材を含む板状の基材を備え、燃料電池の発電部に接触して設けられる燃料電池用セパレータであって、前記発電部に対向するとともに反応ガスが流れるガス流路部と、前記基材を厚さ方向に貫通して形成され、前記反応ガスが排出される排出マニホールドと、前記排出マニホールドに隣り合う隣接部と、を有しており、前記隣接部は、前記厚さ方向において前記発電部側に位置する表面を有しており、前記表面には、前記発電部における生成水を前記排出マニホールドに向けて誘導する多数の微細な突起が設けられており、前記突起の高さは、前記炭素粒子の平均粒子径よりも大きい。

【0018】

同構成によれば、隣接部の表面には、基材を構成する炭素粒子の平均粒子径よりも大きい高さを有する多数の微細な突起が設けられている。これにより、隣接部の表面粗さが大きくなるため、隣接部の表面においては、生成水に作用する毛管力が大きくなる。このため、隣接部に到達した生成水が排出マニホールドに向かって移動しやすくなる。その結果、生成水が排出マニホールドを通じて外部に排出されやすくなる。したがって、生成水の排出性を高めることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、生成水の排出性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】燃料電池用セパレータの第１実施形態について、単セルの構成を示す分解斜視図。

【図2】図１のＡ部におけるスタックの断面図。

【図3】図２のＢ部における第２セパレータの拡大図。

【図4】図１のＣ部におけるスタックの断面図。

【図5】図４のＤ部における隣接部の拡大図。

【図6】燃料電池用セパレータの第２実施形態について、第２セパレータを示す斜視図。

【図7】同実施形態における第２セパレータの平面図。

【図8】同実施形態における隣接部の拡大断面図。

【図9】第１変更例における隣接部の拡大断面図。

【図10】第２変更例における隣接部の拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

＜第１実施形態＞
以下、図１～図５を参照して、燃料電池用セパレータの第１実施形態について説明する。

【0022】

各図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率については実際と異なる場合がある。
図１及び図２に示すように、固体高分子形燃料電池は、複数の単セル１０が積層されたスタック１を備えている。燃料電池用セパレータ（以下、セパレータ４０と称する）は、単セル１０に用いられるものである。なお、セパレータ４０は、後述する第１セパレータ５０及び第２セパレータ６０の総称である。

【0023】

（単セル１０）
図１に示すように、単セル１０は、平面視において長辺及び短辺を有する長方形状をなしている。

【0024】

以降において、図１の左右方向、すなわち、単セル１０の長辺に沿う方向をＸ軸方向と称し、図１の上下方向、すなわち、単セル１０の短辺に沿う方向をＹ軸方向と称する。また、図１における右方及び左方をそれぞれ単に右方及び左方と称する。また、図１における上方及び下方をそれぞれ単に上方及び下方と称する。

【0025】

単セル１０は、シート状の発電部２０と、発電部２０の周囲に接合されたフレーム３０と、発電部２０及びフレーム３０を挟持する２つのセパレータ４０とを備えている。
単セル１０は、反応ガスとして、例えば、水素ガスなどの燃料ガスを供給する燃料ガス供給マニホールド１１と、燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニホールド１２とを有している。燃料ガス供給マニホールド１１は、単セル１０の右方の端部における下方の部分に設けられている。燃料ガス排出マニホールド１２は、単セル１０の左方の端部における上方の部分に設けられている。

【0026】

単セル１０は、反応ガスとして、例えば、空気などの酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給マニホールド１３と、酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出マニホールド１４とを有している。酸化剤ガス供給マニホールド１３は、単セル１０の左方の端部における下方の部分に設けられている。酸化剤ガス排出マニホールド１４は、単セル１０の右方の端部における上方の部分に設けられている。

【0027】

単セル１０は、冷却水を供給する冷却水供給マニホールド１５と、冷却水を排出する冷却水排出マニホールド１６とを有している。冷却水供給マニホールド１５は、単セル１０の右方の端部における燃料ガス供給マニホールド１１と酸化剤ガス排出マニホールド１４との間に設けられている。冷却水排出マニホールド１６は、単セル１０の左方の端部における燃料ガス排出マニホールド１２と酸化剤ガス供給マニホールド１３との間に設けられている。

【0028】

マニホールド１１～１６の各々は、フレーム３０と２つのセパレータ４０とを厚さ方向において貫通している。
（発電部２０）
図２に示すように、発電部２０は、膜電極接合体２１と、膜電極接合体２１を挟持するアノード側ガス拡散層２４及びカソード側ガス拡散層２５とにより構成されている。

【0029】

膜電極接合体２１は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有する固体高分子材料からなる電解質膜２２と、電解質膜２２を挟持する２つの電極触媒層２３とを備えている。電極触媒層２３には、反応ガスの電気化学反応を促進するために、例えば白金などの触媒が担持されている。

【0030】

アノード側ガス拡散層２４は、膜電極接合体２１と第１セパレータ５０との間に設けられている。カソード側ガス拡散層２５は、膜電極接合体２１と第２セパレータ６０との間に設けられている。アノード側ガス拡散層２４及びカソード側ガス拡散層２５は、共に炭素繊維により形成されている。

【0031】

（フレーム３０）
図１に示すように、フレーム３０の中央部には、発電部２０が配置される開口３１が設けられている。フレーム３０は、絶縁性を有する樹脂材料により形成されている。

【0032】

フレーム３０のうち、燃料ガス供給マニホールド１１と開口３１との間の部分には、Ｘ軸方向に延びる複数の貫通孔３２がＹ軸方向に互いに間隔をおいて設けられている。フレーム３０のうち、燃料ガス排出マニホールド１２と開口３１との間の部分には、Ｘ軸方向に延びる複数の貫通孔３３がＹ軸方向に互いに間隔をおいて設けられている。

【0033】

フレーム３０のうち、酸化剤ガス供給マニホールド１３と開口３１との間の部分には、Ｘ軸方向に延びる複数の貫通孔３４がＹ軸方向に互いに間隔をおいて設けられている。フレーム３０のうち、酸化剤ガス排出マニホールド１４と開口３１との間の部分には、Ｘ軸方向に延びる複数の貫通孔３５がＹ軸方向に互いに間隔をおいて設けられている。

【0034】

（セパレータ４０）
図２に示すように、第１セパレータ５０は、板状の基材７０を備えている。第１セパレータ５０は、Ｘ軸方向に延びる複数の突条５１と、複数の第１ガス流路部５２とを有している。第１ガス流路部５２は、互いに隣り合う２つの突条５１の間において突条５１に沿って延びている。すなわち、第１セパレータ５０には、突条５１と第１ガス流路部５２とがＹ軸方向に交互に並んで設けられている。

【0035】

突条５１の各々は、アノード側ガス拡散層２４に接触している。第１ガス流路部５２とアノード側ガス拡散層２４とで区画される部分には、燃料ガスが流通する燃料ガス流路が形成されている。

【0036】

図１に示すように、第１セパレータ５０は、第１ガス流路部５２にそれぞれ連なるとともに燃料ガスが流れる第２ガス流路部５３Ａ及び第２ガス流路部５３Ｂを有している。第２ガス流路部５３Ａは、第１ガス流路部５２から燃料ガス供給マニホールド１１に向かって延びている。第２ガス流路部５３Ｂは、第１ガス流路部５２から燃料ガス排出マニホールド１２に向かって延びている。第２ガス流路部５３Ａ，５３Ｂは、第１ガス流路部５２と同様に、互いに隣り合う２つの突条５１の間において突条５１に沿って延びている。なお、図１においては、便宜上、ガス流路部５２，５３Ａ，５３Ｂの数を省略して図示している。

【0037】

図２に示すように、第２セパレータ６０は、板状の基材７０を備えている。第２セパレータ６０は、Ｘ軸方向に延びる複数の突条６１と、複数の第１ガス流路部６２とを有している。第１ガス流路部６２は、互いに隣り合う２つの突条６１の間において突条６１に沿って延びている。すなわち、第２セパレータ６０には、突条６１と第１ガス流路部６２とがＹ軸方向に交互に並んで設けられている。

【0038】

突条６１の各々は、カソード側ガス拡散層２５に接触している。第１ガス流路部６２とカソード側ガス拡散層２５とで区画される部分には、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路が形成されている。

【0039】

図１に示すように、第２セパレータ６０は、第１ガス流路部６２にそれぞれ連なるとともに酸化剤ガスが流れる第２ガス流路部６３Ａ及び第２ガス流路部６３Ｂを有している。第２ガス流路部６３Ａは、第１ガス流路部６２から酸化剤ガス供給マニホールド１３に向かって延びている。第２ガス流路部６３Ｂは、第１ガス流路部６２から酸化剤ガス排出マニホールド１４に向かって延びている。第２ガス流路部６３Ａ，６３Ｂは、第１ガス流路部６２と同様に、互いに隣り合う２つの突条６１の間において突条６１に沿って延びている。なお、図１においては、便宜上、ガス流路部６２，６３Ａ，６３Ｂの数を省略して図示している。

【0040】

図２に示すように、互いに隣り合う２つの単セル１０において、一方の単セル１０における第１セパレータ５０の第１ガス流路部５２と、他方の単セル１０における第２セパレータ６０の第１ガス流路部６２とは接触している。同第１セパレータ５０の突条５１と、同第２セパレータ６０の突条６１とで区画される部分には、冷却水が流通する冷却水流路が形成されている。

【0041】

燃料電池においては、燃料ガスと酸化剤ガスとが発電部２０において電気化学反応することにより発電が行われる。このとき、発電部２０では、燃料ガスと酸化剤ガス、すなわち水素と酸素との電気化学反応により水（以下、生成水と称する）が生成される。こうした生成水は、第２セパレータ６０の第１ガス流路部６２に流入した後に、酸化剤ガスの圧力により第２ガス流路部６３Ｂに移動する。

【0042】

図４に矢印にて示すように、生成水は、酸化剤ガスＯＧと共に、貫通孔３５を通じてフレーム３０と第１セパレータ５０との間を流れることで、酸化剤ガス排出マニホールド１４から排出される。

【0043】

第２セパレータ６０は、酸化剤ガス排出マニホールド１４に隣り合う隣接部６４を有している。隣接部６４は、第２ガス流路部６３Ｂと酸化剤ガス排出マニホールド１４との間に設けられている。

【0044】

図５に示すように、隣接部６４は、基材７０の厚さ方向において発電部２０側に位置する第１表面６４ａと、厚さ方向において第１表面６４ａとは反対側に位置する第２表面６４ｂとを有している。第１表面６４ａは、フレーム３０のうち貫通孔３５と酸化剤ガス排出マニホールド１４との間の部分に接触している（図４参照）。

【0045】

隣接部６４は、第１表面６４ａと第２表面６４ｂとに連なる側面６４ｃを有している。側面６４ｃは、酸化剤ガス排出マニホールド１４の内面を形成している。
（基材７０）
図３に示すように、基材７０は、導電性の第１炭素粒子７１、及び樹脂材７２を含んでいる。第１炭素粒子７１としては、例えば、球状黒鉛などの天然黒鉛が挙げられる。樹脂材７２としては、例えば、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。

【0046】

突条６１の発電部２０側に位置する表面、及び第１ガス流路部６２の発電部２０側に位置する表面には、発電部２０における生成水を酸化剤ガス排出マニホールド１４に向けて誘導する誘導層７３が設けられている。突条６１の表面に設けられた誘導層７３と、第１ガス流路部６２の表面に設けられた誘導層７３とは連なっている。誘導層７３は、親水性を有している。

【0047】

誘導層７３は、導電性の第２炭素粒子７４を含んでいる。第２炭素粒子７４としては、例えば、球状黒鉛などの天然黒鉛が挙げられる。第１炭素粒子７１と第２炭素粒子７４とは、同種の炭素材であってもよいし、互いに異なる炭素材であってもよい。

【0048】

第２炭素粒子７４は、樹脂材７２を介して基材７０に結合されるとともに、樹脂材７２から露出している。第２炭素粒子７４の平均粒子径は、第１炭素粒子７１の平均粒子径よりも大きい。

【0049】

本明細書における「平均粒子径」とは、レーザ回折・散乱法などによって測定される体積基準の粒度分布における積算値が５０％となるときの粒子径、すなわちメジアン径を指す。なお、各図においては、便宜上、第１炭素粒子７１のうち、当該第１炭素粒子７１のメジアン径を有する炭素粒子と、第２炭素粒子７４のうち、当該第２炭素粒子７４のメジアン径を有する炭素粒子とを図示している。

【0050】

図４に示すように、第２ガス流路部６３Ｂの発電部２０側に位置する表面には、誘導層７３が設けられている。第１ガス流路部６２の表面に設けられた誘導層７３と、第２ガス流路部６３Ｂの表面に設けられた誘導層７３とは連なっている。

【0051】

図５に示すように、隣接部６４の第１表面６４ａ、第２表面６４ｂ、及び側面６４ｃには、誘導層７３がそれぞれ設けられている。第１表面６４ａに設けられた誘導層７３と、側面６４ｃに設けられた誘導層７３とは連なっている。側面６４ｃに設けられた誘導層７３と、第２表面６４ｂに設けられた誘導層７３とは連なっている。また、第２ガス流路部６３Ｂの表面に設けられた誘導層７３と、第１表面６４ａに設けられた誘導層７３とは連なっている。

【0052】

誘導層７３は、例えば、基材７０の表面に第２炭素粒子７４を付着させた後に、プレス装置により基材７０を加熱するとともに加圧することで形成される。これにより、第２炭素粒子７４が樹脂材７２を介して基材７０に結合される。

【0053】

本実施形態の作用について説明する。
誘導層７３では、第１炭素粒子７１の平均粒子径よりも大きい平均粒子径を有する第２炭素粒子７４が基材７０の樹脂材７２から露出している。このため、誘導層７３の表面には、第２炭素粒子７４によって微細な凹凸が形成される。この凹凸は、第１炭素粒子７１によって形成される凹凸に比べて大きい。これにより、誘導層７３の表面粗さが大きくなるため、誘導層７３の表面においては、生成水に作用する毛管力が大きくなる。こうした誘導層７３が酸化剤ガス排出マニホールド１４に隣り合う隣接部６４に設けられているため、誘導層７３に到達した生成水が酸化剤ガス排出マニホールド１４に向かって移動しやすくなる。

【0054】

本実施形態の効果について説明する。
（１）隣接部６４の第１表面６４ａには、誘導層７３が設けられている。
こうした構成によれば、上述した作用を奏することから、生成水が酸化剤ガス排出マニホールド１４を通じて外部に排出されやすくなる。したがって、生成水の排出性を高めることができる。

【0055】

（２）隣接部６４は、第２ガス流路部６３Ｂと酸化剤ガス排出マニホールド１４との間に設けられている。
隣接部６４は、フレーム３０に接触しているため、隣接部６４とフレーム３０との間には、酸化剤ガスがほとんど流れない。

【0056】

この場合であっても、生成水は、誘導層７３の表面に形成された微細な凹凸と、フレーム３０との隙間を伝って酸化剤ガス排出マニホールド１４に向かって移動することができる。このため、生成水は、酸化剤ガスと共に第２ガス流路部６３Ｂを通じて酸化剤ガス排出マニホールド１４に向かうとともに、上記隙間を通じて酸化剤ガス排出マニホールド１４に向かう。したがって、生成水の排出性を高めることができる。

【0057】

（３）第１ガス流路部６２の表面に設けられた誘導層７３と、第２ガス流路部６３Ｂの表面に設けられた誘導層７３と、隣接部６４の表面に設けられた誘導層７３とは連なっている。

【0058】

こうした構成によれば、第１ガス流路部６２に存在する生成水が、第１ガス流路部６２の表面、第２ガス流路部６３Ｂの表面、及び隣接部６４の表面にそれぞれ設けられた誘導層７３を通じて、酸化剤ガス排出マニホールド１４に向かって移動しやすくなる。これにより、生成水が早期に外部に排出されやすくなる。したがって、生成水の排出性をより一層高めることができる。

【0059】

（４）隣接部６４の表面に設けられた誘導層７３と、側面６４ｃに設けられた誘導層７３とは連なっている。
こうした構成によれば、誘導層７３に到達した生成水は、酸化剤ガス排出マニホールド１４の内部まで移動しやすくなる。ここで、燃料電池において、酸化剤ガス排出マニホールド１４の内部を流れる酸化剤ガスの流量は、ガス流路部を流れる酸化剤ガスの流量よりも大きい。このため、生成水は、酸化剤ガス排出マニホールド１４の内部に到達することで、酸化剤ガスによって誘導層７３から吹き飛ばされやすくなる。したがって、生成水の排出性を一層高めることができる。

【0060】

（５）側面６４ｃに設けられた誘導層７３と、第２表面６４ｂに設けられた誘導層７３とは連なっている。
こうした構成によれば、誘導層７３に到達した生成水は、側面６４ｃに設けられた誘導層７３を介して第２表面６４ｂに向かって移動しやすくなる。これにより、生成水が、酸化剤ガス排出マニホールド１４の内部におけるより広い範囲に移動しやすくなる。したがって、生成水の排出性をより一層高めることができる。

【0061】

＜第２実施形態＞
以下、図６～図８を参照して、燃料電池用セパレータの第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

【0062】

各図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率については実際と異なる場合がある。
図６に示すように、第２実施形態における第２セパレータ６０の発電部２０側に位置する表面には、誘導層７３に代えて、発電部２０における生成水を酸化剤ガス排出マニホールド１４に向けて誘導する多数の微細な突起７５が設けられている。

【0063】

突起７５は、突条６１の発電部２０側に位置する表面、第１ガス流路部６２の発電部２０側に位置する表面、及び第２ガス流路部６３Ｂの発電部２０側に位置する表面に設けられている。

【0064】

図７に示すように、突起７５の各々は、平面視において、突条６１が延びる方向、すなわちＸ軸方向に長い長円状をなしている。複数の突起７５は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に互いに所定の間隔をおいて設けられている。

【0065】

図８に示すように、突起７５は、隣接部６４の第１表面６４ａ、第２表面６４ｂ、及び側面６４ｃに設けられている。第１表面６４ａに設けられた突起７５は、フレーム３０に接触している。突起７５の高さは、第１炭素粒子７１の平均粒子径よりも大きい。

【0066】

突起７５は、例えば、突起７５を転写可能に構成された金型を用いて、基材７０をプレス成形することにより形成されている。
本実施形態の作用について説明する。

【0067】

隣接部６４の第１表面６４ａには、基材７０を構成する第１炭素粒子７１の平均粒子径よりも大きい高さを有する多数の微細な突起７５が設けられている。これにより、隣接部６４の表面粗さが大きくなるため、隣接部６４の第１表面６４ａにおいては、生成水に作用する毛管力が大きくなる。このため、隣接部６４に到達した生成水が酸化剤ガス排出マニホールド１４に向かって移動しやすくなる。

【0068】

本実施形態の効果について説明する。
（６）隣接部６４の第１表面６４ａには、発電部２０における生成水を酸化剤ガス排出マニホールド１４に向けて誘導する多数の微細な突起７５が設けられている。突起７５の高さは、第１炭素粒子７１の平均粒子径よりも大きい。

【0069】

こうした構成によれば、上述した作用を奏することから、生成水が酸化剤ガス排出マニホールド１４を通じて外部に排出されやすくなる。したがって、生成水の排出性を高めることができる。

【0070】

＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0071】

・突起７５の形状は、適宜変更可能である。突起７５は、例えば、平面視において円形状をなすものであってもよいし、長方形状をなすものであってもよい。
・突起７５の数や配置は、適宜変更可能である。例えば、酸化剤ガスの流れ方向における下流側ほど、第２セパレータ６０の表面粗さが大きくなるように突起７５の数や配置を変更してもよい。こうした構成によれば、下流側ほど生成水に作用する毛管力が大きくなるため、生成水が第２セパレータ６０の表面に滞留することを抑制できる。

【0072】

・図９に示すように、第１実施形態において、隣接部６４の第２表面６４ｂに設けられた誘導層７３は省略することができる。すなわち、隣接部６４における誘導層７３は、第１表面６４ａと側面６４ｃとにのみ設けられるものであってもよい。この場合であっても、上述した効果（４）を奏することができる。なお、図示は省略するが、第２実施形態の突起７５についても同様の変更を実施することができる。すなわち、隣接部６４における突起７５は、第１表面６４ａと側面６４ｃとにのみ設けられるものであってもよい。

【0073】

・図１０に示すように、第１実施形態において、隣接部６４の第２表面６４ｂ及び側面６４ｃに設けられた誘導層７３は省略することができる。すなわち、隣接部６４における誘導層７３は、第１表面６４ａにのみ設けられるものであってもよい。この場合であっても、上述した効果（５）を奏することができる。なお、図示は省略するが、第２実施形態の突起７５についても同様の変更を実施することができる。すなわち、隣接部６４における突起７５は、第１表面６４ａにのみ設けられるものであってもよい。

【0074】

・第１実施形態において、第１ガス流路部６２の表面に設けられた誘導層７３、及び第２ガス流路部６３Ｂの表面に設けられた誘導層７３の少なくとも一方は、省略することができる。

【0075】

・第２実施形態において、第１ガス流路部６２の表面に設けられた突起７５、及び第２ガス流路部６３Ｂの表面に設けられた突起７５の少なくとも一方は、省略することができる。

【0076】

・各実施形態において、隣接部６４は、フレーム３０に接触する部分であったが、隣接部６４は、フレーム３０に接触していなくてもよい。この場合、隣接部６４は、第２ガス流路部６３Ｂの一部であって、酸化剤ガス排出マニホールド１４に隣り合う部分となる。すなわち、隣接部６４は、酸化剤ガスが流れる流路として機能する。こうした構成によれば、酸化剤ガスは、貫通孔３５を通じて、第１セパレータ５０とフレーム３０との間、及び隣接部６４とフレーム３０との間の双方を通じて酸化剤ガス排出マニホールド１４に向かって流れる。この場合であっても、第１実施形態においては、隣接部６４に誘導層７３が設けられているため、上述した効果（１）を奏することができる。また、第２実施形態においては、隣接部６４に突起７５が設けられているため、上述した効果（６）を奏することができる。

【0077】

・誘導層７３は、第２炭素粒子７４に加えて、第２炭素粒子７４の平均粒子径とは異なる平均粒子径の炭素粒子を有するものであってもよい。
・誘導層７３における第２炭素粒子７４の密度や、第２炭素粒子７４の平均粒子径は、適宜変更可能である。例えば、酸化剤ガスの流れ方向における下流側ほど、第２セパレータ６０の表面粗さが大きくなるように上記密度や平均粒子径を変更してもよい。こうした構成によれば、下流側ほど生成水に作用する毛管力が大きくなるため、生成水が第２セパレータ６０の表面に滞留することを抑制できる。

【0078】

・第１実施形態において、第１セパレータ５０に誘導層７３を設けることもできる。
・第２実施形態において、第１セパレータ５０に突起７５を設けることもできる。

【符号の説明】

【0079】

１１…燃料ガス供給マニホールド
１２…燃料ガス排出マニホールド
１３…酸化剤ガス供給マニホールド
１４…酸化剤ガス排出マニホールド（排出マニホールド）
２０…発電部
５０…第１セパレータ
５２…第１ガス流路部
５３Ａ…第２ガス流路部
５３Ｂ…第２ガス流路部
６０…第２セパレータ
６２…第１ガス流路部
６３Ａ…第２ガス流路部
６３Ｂ…第２ガス流路部
６４…隣接部
６４ａ…第１表面
６４ｂ…第２表面
６４ｃ…側面
７０…基材
７１…第１炭素粒子
７２…樹脂材
７３…誘導層
７４…第２炭素粒子
７５…突起

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】