燃料电池用金属隔板以及发电单电池的制作方法

1.本发明涉及具备包围流体连通孔的凸起密封件的燃料电池用金属隔板以及发电单电池。


背景技术：

2.固体高分子燃料电池具备电解质膜-电极结构体(mea)，该电解质膜-电极结构体(mea)在由高分子离子交换膜形成的电解质膜的一方的面形成阳极电极，在另一方的面形成阴极电极。电解质膜-电极结构体被隔板(双极性板)夹持，由此构成发电单电池(燃料电池单体)。另外，由仅层叠规定数量的发电单电池而成的层叠体来构成燃料电池堆。该燃料电池堆例如被组装入燃料电池车辆(燃料电池电动汽车)等。
3.在燃料电池堆中，存在作为隔板而使用金属隔板的情况。此时，为了防止氧化剂气体(例如空气)、燃料气体(例如氢气)以及冷却介质的泄漏，在金属隔板设置密封构件。作为金属隔板的密封构件，采用使金属隔板形成为凸形状并且由金属形成密封构造的凸起密封件。例如，在专利文献1、专利文献2的说明书以及专利文献3的说明书记载有这样的燃料电池堆。
4.凸起密封件的一部分形成为包围在将金属隔板在层叠方向贯通的连通孔的周围。另外，为了在发电区域与连通孔之间使反应气体连通，在金属隔板设置桥部，该桥部是形成有一个或多个将包围一部分连通孔的凸起密封件的内侧与外侧连通的连结流路的区域。桥部的各个连结流路构成为，从凸起密封件的侧壁分别向凸起密封件的内侧以及外侧突出并且向隔板厚度方向鼓出形成的通道。
5.形成凸起密封件的金属隔板作为发电单电池的一部分被组入，另外在厚度方向层叠多个发电单电池并且被施加层叠方向的压缩载荷来构成燃料电池堆。因此，压缩载荷作用于金属隔板的凸起密封件。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开2019-046755号公报
9.专利文献2：美国专利申请公开第2018/0131016号
10.专利文献3：美国专利第10355289号


技术实现要素：

11.发明所要解决的问题
12.在金属隔板中，在包围连通孔的凸起密封件的内侧，形成沿着与金属隔板的构成主面的底板部相同的平面朝向连通孔突出的凸缘部。但是，已判明会发生如下问题，伴随着凸起密封件被压缩，产生沿着凸缘部的延伸方向的应力，在应力容易集中的角部(弯曲部)附近，凸缘部在厚度方向因挠曲而变形。当发生这样的凸缘部挠曲时，作用于包围连通孔的凸起密封件的压缩载荷不均匀，有可能会导致密封性能降低。
13.因而，本发明的目的在于提供在燃料电池用金属隔板被压缩时能够抑制包围连通孔的凸缘部变形的燃料电池用金属隔板以及发电单电池。
14.用于解决问题的方案
15.本发明的一观点，涉及燃料电池用金属隔板，具备：反应气体流路，其使氧化剂气体或者燃料气体在沿着电极面的方向流通；流体连通孔，其与所述反应气体流路连通，并且是在隔板厚度方向贯通形成的；金属制的凸起密封件，其围绕在所述流体连通孔的外周，并且向所述隔板厚度方向突出；凸缘部，其设置在所述凸起密封件的根基部与所述流体连通孔之间；以及形成有连结流路的桥部，所述连结流路从所述凸起密封件的侧壁突出并且向所述隔板厚度方向突出来使所述流体连通孔与所述反应气体流路连通，所述燃料电池用金属隔板层叠于电解质膜-电极结构体并且在层叠方向被施加压缩载荷，在所述燃料电池用金属隔板中，所述凸缘部的内周缘部为多个直线部与将所述直线部彼此连接的弯曲部接合而形成为环状，在除所述桥部之外的部分，在所述凸缘部中的与所述弯曲部邻接的所述直线部，具备与所述凸起密封件相连并且向所述隔板厚度方向鼓出形成通道。
16.本发明的另一观点涉及发电单电池，具备：上述观点的燃料电池用金属隔板；以及层叠于所述燃料电池用金属隔板的电解质膜-电极结构体。
17.发明的效果
18.根据上述观点的燃料电池用金属隔板以及发电单电池，在燃料电池用金属隔板被压缩时，能够抑制包围连通孔的凸缘部变形。
19.参照附图来说明以下的实施方式，从而能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
20.图1是燃料电池堆的立体说明图。
21.图2是燃料电池堆的分解立体图。
22.图3是沿着图2的iii-iii线的剖视图。
23.图4是构成燃料电池堆的发电单电池的分解立体说明图。
24.图5是从第一金属隔板侧观察接合隔板的正面图。
25.图6a是第一金属隔板的包围氧化剂气体入口连通孔的连通孔凸起部的俯视图，图6b是沿着图6a的vib-vib线的剖视图。
26.图7a是沿着图6a的viia-viia线的剖视图，图7b是从图7a的通道的氧化剂气体入口连通孔侧的内周缘部观察的端面图。
27.图8是从第二金属隔板侧观察接合隔板的正面图。
28.图9是示出比较例涉及的凸缘部挠曲的说明图。
29.图10a是示出实施方式涉及的作用于凸缘部的通道的应力的说明图，图10b是示出由通道产生的应力缓和作用的剖视说明图。
30.图11是变形例涉及的凸缘部的应力缓和结构的主要部分说明图。
具体实施方式
31.以下，例举优选的实施方式并参照附图详细说明燃料电池用金属隔板以及发电单
电池。
32.如图1以及图2所示，燃料电池堆10具备多个发电单电池12(燃料电池)在水平方向(箭头符号a方向)或者重力方向(箭头符号c方向)层叠而成的层叠体14。燃料电池堆10例如被搭载于未图示的燃料电池电动汽车等燃料电池车辆。
33.在层叠体14的层叠方向(箭头符号a方向)的一端，朝向外方依次配设接线板16a、绝缘件18a以及端板20a(参照图2)。在层叠体14的层叠方向另一端，朝向外方依次配设接线板16b、绝缘件18b以及端板20b。
34.如图1所示，端板20a、20b形成为横长(也可以是纵长)的长方形，并且在各边之间配置连结杆24。各连结杆24的两端借助螺栓26被固定在端板20a、20b的内表面，对多个层叠的发电单电池12施加层叠方向(箭头符号a方向)的紧固载荷。而且，也可以构成为，在燃料电池堆10具备以端板20a、20b作为端板的机壳，在机壳内收容层叠体14。
35.如图3以及图4所示，在发电单电池12中，在外周处带树脂膜的mea28被第一金属隔板30和第二金属隔板32夹持。第一金属隔板30以及第二金属隔板32例如是将钢板、不锈钢板、铝板、镀处理钢板、或者在其金属表面实施了用于防腐蚀的表面处理而成的金属薄板的截面冲压成型为波形来构成的。第一金属隔板30和第二金属隔板32通过焊接、钎焊、嵌塞(日文：
かしめ
)等方法对外周部进行接合而一体化，来构成接合隔板33。
36.如图4所示，在发电单电池12的长边方向、即箭头符号b方向(在图4中为水平方向)的一端缘部，以在箭头符号a方向相互连通的方式，设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b沿箭头符号c方向排列设置。氧化剂气体入口连通孔34a供给氧化剂气体、例如含氧气体。冷却介质入口连通孔36a供给冷却介质(制冷剂)，燃料气体出口连通孔38b排出燃料气体、例如含氢气体。
37.在发电单电池12的箭头符号b方向的另一端缘部，以在箭头符号a方向相互连通的方式，在箭头符号c方向排列设置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。燃料气体入口连通孔38a供给燃料气体，冷却介质出口连通孔36b排出冷却介质，氧化剂气体出口连通孔34b排出氧化剂气体。氧化剂气体入口连通孔34a以及氧化剂气体出口连通孔34b、冷却介质入口连通孔36a以及冷却介质出口连通孔36b、燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b的配置不限定于本实施方式。能够根据要求的规格适当设定。
38.如图3所示，在外周处具有框形状的树脂膜46的带树脂膜的mea28具备电解质膜-电极结构体28a。电解质膜-电极结构体28a具有电解质膜40、夹持电解质膜40的阳极电极42和阴极电极44。
39.电解质膜40例如为固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。固体高分子电解质膜例如是含有水分的全氟磺酸的薄膜。电解质膜40除了能够使用氟系电解质以外，还能够使用hc类(烃类)电解质膜。电解质膜40具有比阳极电极42以及阴极电极44小的平面尺寸。
40.在阳极电极42的外周缘部与阴极电极44的外周缘部之间，夹持具有框形状的树脂膜46。树脂膜46的内周端面与电解质膜40的外周端面接近、或者重叠、或者抵接。如图4所示，在树脂膜46的箭头符号b方向的一端缘部设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。在树脂膜46的箭头符号b方向的另一端缘部，设
置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。
41.树脂膜46例如由pps(聚苯硫醚)、ppa(聚邻苯二甲酰胺)、pen(聚萘二甲酸乙二醇酯)、pes(聚醚砜)、lcp(液晶聚合物)、pvdf(聚偏氟乙烯)、硅树脂、氟树脂、或者m-ppe(改性聚苯醚树脂)、pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、pbt(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或者改性聚烯烃构成。而且也可以是，不使用树脂膜46，而使电解质膜40向外方突出。另外也可以是，在向外方突出的电解质膜40的两侧设置框形状的膜。
42.如图4所示，在第一金属隔板30的朝向带树脂膜的mea28的表面30a(以下称为“表面30a”)，设置例如在箭头符号b方向延伸的氧化剂气体流路48。如图5所示，氧化剂气体流路48与氧化剂气体入口连通孔34a和氧化剂气体出口连通孔34b可流通流体地连通。氧化剂气体流路48在箭头符号b方向延伸的多个凸部48a之间具有直线状流路槽48b。也可以是，代替多个直线状流路槽48b，而设置多个波状流路槽。
43.在第一金属隔板30的表面30a，通过冲压成型，朝向带树脂膜的mea 28鼓出形成第一密封线51(金属凸起密封件)。第一密封线51具有外侧凸起部52、多个连通孔凸起部53(凸起密封件)。如图3所示，通过印刷或者涂布等将树脂件56a固定在第一密封线51的凸部前端面。树脂件56a例如使用聚酯纤维。树脂件56a并不是必不可缺的，也可以没有。
44.如图5所示，外侧凸起部52从第一金属隔板30的表面30a朝向带树脂膜的mea 28(图4)突出，并且包围氧化剂气体流路48、入口缓冲部50a以及出口缓冲部50b。
45.多个连通孔凸起部53从第一金属隔板30的表面30a一体地朝向带树脂膜的mea 28突出，并且个别地围绕在氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、冷却介质入口连通孔36a、冷却介质出口连通孔36b、燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b的周围。
46.连通孔凸起部53在俯视观察时形成为用平滑的折弯部将多个直线状的部分相连而成的多边形状。连通孔凸起部53的平面形状例如能够设为四边形、五边形或者六边形等。连通孔凸起部53中的直线状的部分是指大体上看来是直线的部分，并不一定限定于直线图案。例如，在俯视观察时呈波形地蜿蜒曲折并且大体上看来呈直线状在预定方向延伸的图案也包括于直线状的部分。
47.如图6a以及图7a所示，连通孔凸起部53具有：从第一金属隔板30的构成主面的底板部30p立起的内周侧壁53s1以及外周侧壁53s2；以及将内周侧壁53s1与外周侧壁53s2相连的顶部53t。连通孔凸起部53的内周侧壁53s1以及外周侧壁53s2相对于隔板厚度方向(底板部30p的法线方向)倾斜。从而，连通孔凸肋部53沿着隔板厚度方向的截面形状形成为梯形。
48.而且，也可以是，连通孔凸起部53的内周侧壁53s1以及外周侧壁53s2与隔板厚度方向平行。该情况下，连通孔凸起部53沿着隔板厚度方向的截面形状形成为矩形形状。
49.如图5所示，在连通孔凸起部53的内侧(连通孔侧)，形成与底板部30p沿着同一平面形成的凸缘部70。凸缘部70从连通孔凸起部53的根基部朝向氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、冷却介质入口连通孔36a、冷却介质出口连通孔36b、燃料气体入口连通孔38a或者燃料气体出口连通孔38b延伸。凸缘部70的内周缘部71构成连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b的缘。
50.如图6a所示，凸缘部70的内周缘部71具备多个直线部71a、将不同的方向的直线部
71a连接的弯曲部71b。在图示的例中，内周缘部71具备四个直线部71a和四个弯曲部71b，在俯视观察时形成为纵长的四边形。内周缘部71的形状不限定为四边形，也可以是五边形、六边形等多边形。
51.这里，着眼于氧化剂气体流路48和与其连通的连通孔凸起部53a、53b。如图5所示，分别将氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b包围的连通孔凸起部53a、53b被外侧凸起部52包围。而且，在这些连通孔凸起部53a、53b设置有：桥部80、82，其作为形成有一个或多个将内侧(连通孔34a、34b)与外侧(氧化剂气体流路48侧)连通的连结流路的区域；以及通道74，其作为应力缓和结构。
52.桥部80设置于包围氧化剂气体入口连通孔34a的环状的连通孔凸起部53a。桥部80设置在连通孔凸起部53a中的氧化剂气体流路48与氧化剂气体入口连通孔34a之间的部位。
53.桥部82设置于在包围氧化剂气体出口连通孔34b的环状的连通孔凸起部53b。桥部82设置在连通孔凸起部53b中的氧化剂气体流路48与氧化剂气体出口连通孔34b之间的部位。
54.连通孔凸起部53a与连通孔凸起部53b同样地构成。另外，氧化剂气体入口连通孔34a侧的桥部80与氧化剂气体出口连通孔34b侧的桥部82同样地构成。
55.如图6b所示，在桥部80设置有多个连结流路。连结流路具备从连通孔凸起部53a的侧壁突出并且通过向隔板厚度方向冲压成型而鼓出形成的通道86。连结流路的通道86具有：从连通孔凸起部53a的内周侧壁53s1朝向氧化剂气体入口连通孔34a突出的多个内侧通道86a；以及从连通孔凸起部53a的外周侧壁53s2朝向氧化剂气体流路48(图5)突出的多个外侧通道86b。
56.多个内侧通道86a与多个外侧通道86b，从连通孔凸起部53a在隔板面方向(与层叠方向垂直的方向)相互向相反的方向突出。如图6a所示，内侧通道86a与多个外侧通道86b隔着连通孔凸起部53a而相互相向配置。而且，也可以是，内侧通道86a与外侧通道86b沿着连通孔凸起部53a的延伸方向相互错开地配置为锯齿状。
57.如图6b所示，多个内侧通道86a的与连接于连通孔凸起部53a的一侧相反的那侧端部向氧化剂气体入口连通孔34a开口。外侧通道86b沿着连通孔凸起部53a的延伸方向隔开间隔地配置。在外侧通道86b的与连接于连通孔凸起部53a一侧相反的那侧端部，设置将外侧通道86b的内外贯通的开口部86c。
58.连通孔凸起部53a的内部空间53f与内侧通道86a的内部空间86a连通，并且与外侧通道86b的内部空间86b连通。因而，氧化剂气体入口连通孔34a经由构成桥部80的内侧通道86a、连通孔凸起部53a以及外侧通道86b，来与氧化剂气体流路48(图5)连通。
59.第一金属隔板30具有连通孔凸起部53a与外侧凸起部52并列的双重凸起部。在与双重密封部邻接的凸缘部70，设置作为应力缓和结构的通道74。
60.如图7a所示，通道74与桥部80的内侧通道86a(图6a)同样地，通过冲压成型向隔板厚度方向一体地鼓出形成为凸状。从连通孔凸起部53a的内周侧壁53s1朝向凸缘部70的内周缘部71延伸来形成通道74。通道74的内周缘部在凸缘部70的内周缘部71处开口。
61.如图7b所示，通道74的横截面形成为朝向前端而前端变细的梯形，通道74的侧壁相对于隔板厚度方向倾斜。从通道74的凸缘部70向隔板厚度方向的突出距离(高度l)低于连通孔凸起部53a的高度l。另外，通道74的底边长(宽度)、上边长(宽度)以及高度能够设为
与桥部80的内侧通道86a(图6a)的底边长(宽度)、上边长(宽度)以及高度同样的值。
62.另外，在第二金属隔板32侧，在与通道74相向的部分，形成向通道74的相反方向突出的通道74a。通道74a的截面形状为使通道74上下翻转而成的对称形状。
63.如图6a所示，在凸缘部70中，在内周缘部71的与弯曲部71b邻接的直线部71a设置通道74。即，与内周缘部71的直线部71a的中央相比，在靠弯曲部71b的部分配置通道74。即使在内周缘部71的弯曲部71b中，通道74也不会与同桥部80邻接的直线部71a相接，并且在与双重密封邻接的部分中，与弯曲大的弯曲部71b邻接地设置通道74。因此这样的弯曲部71b应力容易变大，容易产生厚度方向的弯曲。
64.而且，当将通道74设置在凸缘部70的弯曲部71b时，凸缘部70的弯曲刚性会下降，在施加紧固载荷时弯曲部71b附近可能会发生大的弯曲，因此优选为，通道74避开弯曲部71b而设置在直线部71a。另外，当通道74形成在远离弯曲部71b的部分时，在施加紧固载荷时抑制弯曲部71b的应力集中的效果降低，因此优选为通道74设置在接近弯曲部71b的部位。
65.通道74也可以设置在夹着弯曲部71b的两个直线部71a双方。另外，通道74也可以仅设置于邻接于弯曲部71b的单方的直线部71a。通道74不需要设置于全部的弯曲部71b，优选为，仅设置在弯曲部71b中有应力容易集中倾向的第一金属隔板30的靠外周的一部分弯曲部71b的附近。
66.在如连通孔凸起部53a、53b那样设置桥部80、82的情况下，通道74形成于形成有桥部80的直线部71a之外的直线部71a。
67.在连通孔凸起部53b也形成与桥部80同样的桥部82以及通道87，也在其内侧的凸缘部70形成同样的通道74。另外，在第一金属隔板30的将燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b包围的凸缘部70，在与后述的第二金属隔板32侧的通道96相向的部分设置通道96a。
68.而且，也可以是，如包围冷却介质入口连通孔36a、冷却介质出口连通孔36b的凸缘部70那样，在没有被外侧凸起部52和连通孔凸起部53双重密封的部分的凸缘部70也设置通道74。即，也可以是，在图5的燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b那样的单重密封的部分的凸缘部70设置通道74。
69.如图8所示，在第二金属隔板32形成有与在第一金属隔板30设置的多个通道74、86、87、88、89、96a相向并且从包围连通孔34a、34b、38a、38b的连通孔凸起部63向隔板面方向突出的多个通道74a、91、93、94、95、96。这些通道是朝向在与第一金属隔板30相反的方向邻接的带树脂膜的mea 28通过冲压成型一体地鼓出形成的。另外，如图7a、图7b所示，这些通道74a、91、93、94、95、96沿着隔板厚度方向的截面形状形成为梯形。
70.如图7b所示，如上所述，第二金属隔板32的通道74a是在与第一金属隔板30的通道74相向的部分形成的通道。另外，通道94是与第一金属隔板30的桥部80的通道86相向地设置的通道。通道95是与第一金属隔板30的桥部82的通道87相向地设置的通道。在这些通道94、95不形成贯通孔，不与第二金属隔板32的表面32a侧连通。
71.如图4所示，在第二金属隔板32的朝向带树脂膜的mea 28的表面32a(以下为表面32a)，例如形成在箭头符号b方向延伸的燃料气体流路58。如图8所示，燃料气体流路58与燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b可流通流体地连通。燃料气体流路58在箭
头符号b方向延伸的多个凸部58a之间具有直线状流路槽58b。也可以是，代替多个直线状流路槽58b，而设置多个波状流路槽。
72.在第二金属隔板32的表面32a，在燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58之间设置入口缓冲部60a，该入口缓冲部60a具有多个由在箭头符号c方向排列的多个压花部60a形成的压花列。另外，在第二金属隔板32的表面32a，在燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58之间设置出口缓冲部60b，出口该缓冲部60b具有由多个压花部60b形成的压花列。
73.而且，在第二金属隔板32的与燃料气体流路58相反侧的背面32b，在入口缓冲部60a的上述压花列之间，设置由在箭头符号c方向排列的多个压花部69a形成的压花列，并且在出口缓冲部60b的上述压花列之间，设置由在箭头符号c方向排列的多个压花部69b形成的压花列。压花部69a、69b构成制冷剂面侧的缓冲部。
74.在第二金属隔板32的表面32a，通过冲压成型，朝向带树脂膜的mea 28鼓出形成第二密封线61。第二密封线61具有外侧凸起部62、多个连通孔凸起部63(凸起密封件)。外侧凸起部62从第二金属隔板32的表面32a朝向带树脂膜的mea 28突出，并且包围连通孔凸起部63，该连通孔凸起部63包围燃料气体流路58、入口缓冲部60a和出口缓冲部60b以及燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b。
75.如图3所示，在第二密封线61的凸部前端面，通过印刷或者涂布等固定树脂件56b。树脂件56b例如使用聚酯纤维。树脂件56b也可以设置在树脂膜46侧。树脂件56b并不是必不可缺的，也可以没有。
76.如图8所示，多个连通孔凸起部63从第二金属隔板32的表面32a的底板部32p一体地突出，并且个别地围绕在氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a以及冷却介质出口连通孔36b的周围。在各个连通孔凸起部63的内侧，形成沿着表面32a方向延伸的平坦的凸缘部70a。连通孔凸起部63a、63b与在第一金属隔板30设置的连通孔凸起部53a、53b(图5)同样地构成。
77.在第二金属隔板32设置桥部90、92和通道96，该桥部90、92是设置有一个或多个连结流路的区域，所述连结流路使将燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b个别地包围的连通孔凸起部63a、63b的内侧(连通孔38a、38b侧)与外侧(燃料气体流路58侧)连通。
78.在包围燃料气体入口连通孔38a的形状(环状)的连通孔凸起部63a中的、燃料气体流路58与燃料气体入口连通孔38a之间的部位设置桥部90。在包围燃料气体出口连通孔38b的形状(环状)的连通孔凸起部63b中的、燃料气体流路58与燃料气体出口连通孔38b之间的部位设置桥部92。
79.在第二金属隔板32设置的这些桥部90、92与在第一金属隔板30设置的上述的桥部80、82(图5)同样地构成。桥部90、92分别具有多个通道91、93。
80.另外，在第二金属隔板32的凸缘部70a设置作为应力缓和结构的通道96。通道96与在第一金属隔板30的凸缘部70设置的通道74同样地构成。
81.如图5所示，在第一金属隔板30设置与在第二金属隔板32设置的多个通道91、93(桥部90、92)(图8)相向并且向隔板面方向的相反侧突出的多个通道88、89。多个通道88、89与上述的多个通道94、95(图8)同样地构成。
82.另外，在第一金属隔板30设置与在第二金属隔板32的凸缘部70a设置的多个通道96相向并且向隔板面方向的相反侧突出的多个通道96a。多个通道96a与上述的多个通道96同样地构成。
83.如图3以及图4所示，在相互接合的第一金属隔板30的背面30b与第二金属隔板32的背面32b之间形成与冷却介质入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b连通的冷却介质流路66。形成有氧化剂气体流路48的第一金属隔板30的背面形状与形成有燃料气体流路58的第二金属隔板32的背面形状重合来形成冷却介质流路66。将外周以及连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b的周围焊接来将第一金属隔板30与第二金属隔板32接合。也可以是代替焊接而通过钎焊来将第一金属隔板30与第二金属隔板32接合。
84.如图2所示，接线板16a、16b由具有导电性的材料构成，例如由铜、铝或者不锈钢等金属构成。在接线板16a、16b的大致中央设置向层叠方向外方延伸的端子部68a、68b。
85.绝缘件18a、18b由绝缘性材料形成、例如聚碳酸酯(pc)、酚醛树脂等。在绝缘件18a、18b的中央部形成朝向层叠体14开口的凹部76a、76b，在凹部76a、76b的底面设置孔部72a、72b。
86.在绝缘件18a和端板20a的箭头符号b方向的一端缘部，设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。在绝缘件18a以及端板20a的箭头符号b方向另一端缘部，设置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。
87.如图2以及图3所示，在绝缘件18a的凹部76a收容接线板16a，另一方面，在绝缘件18b的凹部76b收容接线板16b。
88.如图1所示，在端板20a、20b的各边之间配置连结杆24。各连结杆24的两端借助螺栓26被固定在端板20a、20b的内表面，对层叠体14施加层叠方向的紧固载荷，来组装燃料电池堆10。
89.以下说明这样构成的燃料电池堆10的动作。
90.首先，如图1所示，向端板20a的氧化剂气体入口连通孔34a供给含氧气体等氧化剂气体、例如空气。向端板20a的燃料气体入口连通孔38a供给含氢气体等燃料气体。向端板20a的冷却介质入口连通孔36a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。
91.如图4所示，从氧化剂气体入口连通孔34a经由桥部80(参照图5)向第一金属隔板30的氧化剂气体流路48导入氧化剂气体。这时，如图7a那样，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔34a向第一金属隔板30的背面30b侧(第一金属隔板30与第二金属隔板32之间)暂时流入，经由桥部80，从开口部86c向第一金属隔板30的表面30a侧流出。而且，如图4所示，氧化剂气体沿着氧化剂气体流路48在箭头符号b方向移动，被供给到电解质膜-电极结构体28a的阴极电极44。
92.另一方面，燃料气体从燃料气体入口连通孔38a经由桥部90(参照图8)被导入第二金属隔板32的燃料气体流路58。燃料气体沿着燃料气体流路58在箭头符号b方向移动，被供给到电解质膜-电极结构体28a的阳极电极42。
93.因而，在各电解质膜-电极结构体28a中，被供给到阴极电极44的氧化剂气体与被供给到阳极电极42的燃料气体在第二电极催化剂层44a以及第一电极催化剂层42a内通过电化学反应被消耗，来进行发电。
94.然后，被供给到阴极电极44并被消耗了的氧化剂气体从氧化剂气体流路48经由桥部82向氧化剂气体出口连通孔34b流动，沿着氧化剂气体出口连通孔34b在箭头符号a方向被排出。同样地，被供给到阳极电极42并被消耗了的燃料气体从燃料气体流路58经由桥部92向燃料气体出口连通孔38b流动，沿着燃料气体出口连通孔38b在箭头符号a方向被排出。
95.另外，被供给到冷却介质入口连通孔36a的冷却介质被导入在第一金属隔板30与第二金属隔板32之间形成的冷却介质流路66之后，在箭头符号b方向流通。该冷却介质将电解质膜-电极结构体28a冷却之后，从冷却介质出口连通孔36b被排出。
96.本实施方式涉及的具备第一金属隔板30以及第二金属隔板32的发电单电池12(燃料电池堆10)实现以下的效果。
97.本实施方式涉及的燃料电池用金属隔板(第一金属隔板30以及第二金属隔板32)具备：反应气体流路(氧化剂气体流路48、燃料气体流路58)，其使氧化剂气体或者燃料气体在沿着电极面的方向流通；流体连通孔(连通孔34a、34b、38a、38b)，其与反应气体流路连通，并且是在隔板厚度方向贯通形成的；金属制的凸起密封件(连通孔凸起部53、63)，其围绕在流体连通孔的外周，并且向隔板厚度方向突出；凸缘部70、70a，其设置在凸起密封件的根基部与流体连通孔之间；以及桥部80、82、90、92，其形成有从凸起密封件的侧壁突出并且向隔板厚度方向突出并且使流体连通孔与反应气体流路连通的连结流路，所述燃料电池用金属隔板层叠于电解质膜-电极结构体28a并且在层叠方向被施加压缩载荷。
98.当将上述那样的燃料电池用金属隔板组入发电单电池12并施加层叠方向的紧固载荷时，应力作用于凸缘部70、70a使其在面内方向延伸，面内方向的压缩应力集中于弯曲部71b。因此，如图9所示，在凸缘部70、70a没有设置通道74、74a、96、96a的比较例的燃料电池用金属隔板中，凸缘部70、70a的弯曲部71b附近会发生挠曲。
99.与之相对，在本实施方式的燃料电池用金属隔板中，在凸缘部70、70a中，在多个直线部71a与将直线部71a彼此连接的弯曲部71b相连接合而形成为环状的内周缘部71中的、除桥部80、82、90、92之外的部分，在与弯曲部71b邻接的直线部71a，设置与凸起密封件相连并且向隔板厚度方向鼓出形成的通道74、74a、96、96a。
100.根据上述的燃料电池用金属隔板，如图10a以及图10b所示，通道74、74a、96、96a的侧壁部弹性变形，由此吸收凸缘部70、70a的面内方向的压缩应力。由此，能够防止弯曲部71b挠曲，能够向包围流体连通孔的凸起密封件施加均匀的表面压力，能够维持良好的密封性。
101.在上述的燃料电池用金属隔板中，也可以是，在包围流体连通孔的凸缘部70、70a中的、与靠燃料电池用金属隔板外周的弯曲部71b邻接的部分，形成通道74、74a、96、96a。根据该结构，在应力容易集中的弯曲部71b的附近形成作为应力缓和结构的通道74、74a、96、96a，因此能够更有效的防止弯曲部71b挠曲。另外，通道74、74a、96、96a设置在避开弯曲部71b的位置，由此能够防止凸缘部70、70a的刚性下降，能够防止弯曲部71b变形。
102.在上述的燃料电池用金属隔板中，也可以是，还具备包围反应气体流路和凸起密封件(连通孔凸起部53、63)的第二凸起密封件(外侧凸起部52)，通道74、74a、96、96a设置于被凸起密封件和第二凸起密封件双重地包围的凸缘部70、70a。
103.在上述的燃料电池用金属隔板中，也可以是，桥部80、82、90、92具有从凸起密封件的侧壁突出的多个连结流路(通道86、86a)，连结流路与通道74、74a、96、96a在隔板厚度方
向形成为相同的高度。
104.在上述的燃料电池用金属隔板中，也可以是，通道74、74a、96、96a的截面形成为梯形。根据该结构，通道74、74a、96、96a容易弹性变形，能够可靠地吸收凸缘部70、70a的面方向的应力。
105.本实施方式的发电单电池12具备上述的燃料电池用金属隔板、层叠于燃料电池用金属隔板的电解质膜-电极结构体28a。根据该结构，能够防止凸缘部70、70a变形，能够实现可靠性更高的发电单电池12。
106.(变形例)
107.也可以是，如图11所示，在上述的第一金属隔板30以及第二金属隔板32(燃料电池用金属隔板)中，还具有夹着连通孔凸起部53、63(凸起密封件)而从通道74、74a、96、96a的相反侧(外侧)突出的通道98。根据该结构，通道74、74a、96、96a的附近的凸起密封件的刚性能够均匀化，因此能够维持凸起密封件的密封性。
108.也可以是，如上所述，在连通孔凸起部53、63(凸起密封件)的外侧设置通道98的情况下，连通孔凸起部53、63的内侧的通道74、74a、96、96a与连通孔凸起部53、63的外侧的通道98在连通孔凸起部53、63的延伸方向上偏移地配置。根据该结构，能够抑制凸起密封件的刚性的偏差，抑制作用于连通孔凸起部53、63的紧固载荷的偏差，因此能够维持连通孔凸起部53、63的良好的密封性。
109.在上述中，举出优选的实施方式说明了本发明，但是本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然能够进行各种改变。