CN101512808B - 燃料电池 - Google Patents

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Abstract

在高分子电解质膜燃料电池(100B)中，阴极侧隔离器(140)中的槽(142)(阴极侧气体流路)和阳极侧隔离器(150)中的槽(152)(阳极侧气体流路)被形成为使得空气和氢沿着与重力的方向相反的方向流动。可以对这些槽(142和152)的表面施加表面处理，使得在这些槽中，下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性。

Description

燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池。
背景技术
通过氢和氧之间的电化学反应产生电能的燃料电池作为能量源已经引起关注。这种燃料电池的一个示例是高分子电解质燃料电池，其使用高分子电解质膜作为电解质膜。在该高分子电解质燃料电池中，为了获得期望的发电性能，需要调节电解质膜的膜湿度，以维持合适的质子传导性。为此，在高分子电解质燃料电池中，需要在发电过程期间对电解质膜加湿。而且，为了使发电性能在电池单元的平面中均匀，还需要维持在电解质膜的平面上的均匀湿度。
对供应至阴极的氧化剂气体进行加湿的加湿器已经被用于对高分子电解质燃料电池的电解质膜进行加湿。加湿器的使用已经造成燃料电池系统尺寸的增大。近年来，已经提出了一种技术，其中在发电期间通过上述电化学反应产生的水在燃料电池内再循环，以在不使用加湿器的情况下对氧化剂气体和电解质膜加湿(例如，见日本专利申请公开No.2002-42844(JP-A-2002-42844))。此后，将通过在发电期间产生的水在燃料电池内的再循环来对氧化剂气体、燃料气体或电解质膜进行加湿的操作称为“自加湿”。
日本专利申请公开No.2002-42844(JP-A-2002-42844)中所述的技术能够进行氧化剂气体的自加湿。根据此技术，由水对氧化剂气体加湿，并且这样加湿的氧化剂气体用于对电解质膜加湿。但是，此技术不能对电解质膜在氧化剂气体流动方向上的上游侧提供充分加湿。因此在电解质膜的平面中发生湿度的较大波动。这种湿度的波动不仅发生在氧化剂气体侧，而且还发生在燃料气体侧。这是因为在阴极产生的水还可以通过电解质膜传送到阳极。
发明内容
本发明在高分子电解质燃料电池中提供了对电解质膜的自加湿并在电解质膜的平面中均匀地分布湿度。
本发明的第一方面提供了一种燃料电池，其具有在两侧均由隔离器支撑的膜电极组件，所述膜电极组件具有分别接合到高分子电解质膜的表面的阳极和阴极。所述燃料电池包括：阳极侧气体流路，其设置在所述阳极与所述隔离器之间，并将包含氢的燃料气体供应到所述阳极；以及阴极侧气体流路，其设置在所述阴极与所述隔离器之间，并将包含氧的氧化剂气体供应到所述阴极。所述阴极侧气体流路被形成为使得所述氧化剂气体沿着与作用在发电期间通过所述燃料气体中包含的氢与所述氧化剂气体中包含的氧之间的电化学反应而在所述阴极处产生的水上的外力的方向大体相反的方向流动，并且使得所述阴极侧气体流路的所述氧化剂气体的流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性。可以通过对所述阴极侧气体流路的所述氧化剂气体的流动方向上的上游侧施加疏水处理，使得所述氧化剂气体的流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性。
一般而言，在燃料电池中，趋于在电解质膜的上游侧(即，氧化剂气体的入口侧)发生干燥。因此，在膜电极组件的下游侧的发电量和产生的水量趋于大于在膜电极组件的上游侧的发电量和产生的水量。
根据本发明，阴极侧气体流路的氧化剂气体流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性。因此，发电期间在膜电极组件的下游侧产生的水被阴极侧气体流路的下游侧的区域(其具有较高的亲水性)吸引并保持。因为阴极侧气体流路被形成为使得氧化剂气体沿着与施加在水上的外力(例如，重力)大体相反的方向流动，所以水由于此外力而与氧化剂气体的流动相逆地向阴极侧气体流路的上游侧流动。因为阴极侧气体流路被形成为使得阴极侧气体流路的氧化剂气体流动方向的上游侧的疏水性较高，所以已经移动至上游侧的水被排斥并向膜电极组件的氧化剂气体流动方向的上游侧的表面移动，由此使得可以对电解质膜的上游侧(其易于干燥)进行加湿。因此，根据本发明，通过使液体在燃料电池内再循环，可以实现电解质膜的自加湿，并维持电解质膜平面中均匀的湿度分布。
在上述燃料电池中，所述阴极侧气体流路可以被形成为使得在所述氧化剂气体的流动方向的上游侧，所述隔离器的上游侧部分与所述隔离器和所述阴极的边界部分重叠的部分的亲水性高于所述隔离器的所述上游侧部分的其它部分的亲水性。
因此，已经由于外力向氧化剂气体流动方向的上游侧移动的水可以被容易地引入到该边界，并向膜电极组件移动。
在上述任一种燃料电池中，所述阴极侧气体流路可以是形成在所述隔离器的与所述阴极接触的表面中的槽。此外，所述阴极侧气体流路可以形成在金属多孔构件中。
在前一情况下，可以通过例如向形成在隔离器的与阴极接触的表面中的槽涂覆亲水剂或疏水剂的涂层，来形成如上所述设定的亲水性和疏水性的阴极侧气体流路。如果阴极侧气体流路形成在金属多孔构件中，则可以例如通过用亲水剂或疏水剂注入金属多孔构件来形成阴极侧气体流路的亲水性和疏水性。
在上述任一种燃料电池中，所述阳极侧气体流路可以被形成为使得所述燃料气体沿着与所述外力的方向大体相同的方向流动。
在此情况下，如上所述，在燃料电池中趋于氧化剂气体流动方向的上游侧(氧化剂气体的入口侧)的电解质膜中发生干燥。因此，在氧化剂气体流动方向的下游侧的膜电极组件中的发电量和产生的水量趋于大于在氧化剂气体流动方向的上游侧的膜电极组件中的发电量和产生的水量。此外，在阴极处产生水，并且该水还通过电解质膜传送至阳极。因此，传送至阳极的水量也趋于在氧化剂气体流动方向的下游侧(即，燃料气体流动方向的上游侧)比在氧化剂气体流动方向的上游侧(即，燃料气体流动方向的下游侧)大。
当阳极侧气体流路被形成为使得燃料气体沿着与外力的方向大体相同的方向流动时，在发电时氧化剂气体流动方向的下游侧的膜电极组件的阴极处产生并通过电解质传送到阳极的水可以借助于上述外力和燃料气流动两者从膜电极组件的燃料气体流动方向的上游侧的表面向膜电极组件的燃料气体流动方向的下游侧的表面移动。因此，从阳极侧对氧化剂气体流动方向的上游侧的膜电极组件(其易于干燥)进行加湿。
所述阳极侧气体流路还可以被形成为使得：所述燃料气体沿着与所述外力的方向大体相反的方向流动，并且所述燃料气体的流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性。
因此，在发电期间在膜电极组件的氧化剂气体流动方向的下游侧的阴极处产生并通过电解质膜传送至阳极的水被阳极侧气体流路的燃料气体流动方向的下游侧的区域(其具有较高亲水性)吸引并保持。因为阳极侧气体流路被形成为使得燃料气体沿着与施加在水上的外力(例如，重力)的方向大体相反的方向流动，所以水由于此外力与燃料气体的流动相逆地向燃料气体流动方向的上游侧移动。因为阳极侧气体流路被形成为使得燃料气体流动方向的上游侧的疏水性较高，所以已经移动至燃料气体流动方向的上游侧的水被排斥并向膜电极组件的燃料气体流动方向的上游侧的表面移动。由此使得可以从阳极侧对氧化剂气体流动方向的上游侧的电解质膜(其易于干燥)进行加湿。
在上述燃料电池中，所述阳极侧气体流路可以被形成为使得在所述燃料气体的流动方向的上游侧，所述隔离器的上游侧部分与所述隔离器和所述阳极的边界部分重叠的部分的亲水性高于所述隔离器的所述上游侧部分的其它部分的亲水性。
因此，已经由于外力移动至燃料气体流动方向的上游侧的水易于被引入该边界并向膜电极组件移动。
在上述燃料电池中，所述阳极侧气体流路可以是形成在所述隔离器的与所述阳极接触的表面中的槽。此外，所述阳极侧气体流路可以形成在金属多孔构件中。
在前一情况下，可以通过例如向形成在隔离器的与阳极接触的表面中的槽涂覆亲水剂或疏水剂的涂层，来形成如上所述设定亲水性和疏水性的阳极侧气体流路。如果阳极侧气体流路形成在金属多孔构件中，则可以例如通过用亲水剂或疏水剂注入金属多孔构件来形成阳极侧气体流路的亲水性和疏水性。
本发明的第二方面涉及一种燃料电池，其具有在两侧均由隔离器支撑的膜电极组件，所述膜电极组件具有分别接合到高分子电解质膜的相反表面的阳极和阴极，所述燃料电池包括：阳极侧气体流路，其设置在所述阳极与所述隔离器之间，并将包含氢的燃料气体供应到所述阳极；以及阴极侧气体流路，其设置在所述阴极与所述隔离器之间，并将包含氧的氧化剂气体供应到所述阴极。所述阳极侧气体流路被形成为使得所述燃料气体沿着与作用在发电期间通过所述燃料气体中包含的氢与所述氧化剂气体中包含的氧之间的电化学反应而在所述阴极处产生的水上的外力的方向大体相反的方向流动，并且使得所述阳极侧气体流路的所述燃料气体的流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性。可以通过对所述阳极侧气体流路的燃料气体的流动方向的上游侧施加疏水处理，使得燃料气体的流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性。
如上所述，在阴极处产生水，并且该水还通过电解质膜传送至阳极。
根据本发明，阳极侧气体流路被形成为使得燃料气体流动方向的下游侧的亲水性较高。因此，发电时在膜电极组件的燃料气体流动方向的下游侧产生并通过电解质膜传送至阳极的水被阳极侧气体流路的燃料气体流动方向的下游侧的区域(其具有较高的亲水性)吸引并保持。因为阳极侧气体流路被形成为使得燃料气体沿着与施加在水上的外力(例如，重力)大体相反的方向流动，所以水由于此外力而与燃料气体的流动相逆地向燃料气体流动方向的上游侧流动。因为阳极侧气体流路被形成为使得燃料气体流动方向的上游侧的疏水性较高，所以已经移动至燃料气体流动方向的上游侧的水被排斥并向膜电极组件的燃料气体流动方向的上游侧的表面移动，由此使得可以从阳极侧对燃料气体流动方向的上游侧的电解质膜(其易于干燥)进行加湿。因此，根据本发明，通过使液态水在燃料电池内再循环，可以实现电解质膜的自加湿，并维持电解质膜的平面中均匀的湿度分布。
在上述燃料电池中，所述阳极侧气体流路可以被形成为使得在所述燃料气体的流动方向的上游侧，与所述阳极的边界部分的亲水性高于上游侧部分的其它部分的亲水性。
因此，已经由于外力向燃料气体流动方向的上游侧移动的水可以被容易地引入到该边界，并向膜电极组件移动。
根据本发明的第二方面，所述阳极侧气体流路可以是形成在所述隔离器的与所述阳极接触的表面中的槽。此外，所述阳极侧气体流路可以形成在金属多孔构件中。
在前一情况下，可以通过例如向形成在隔离器的与阳极接触的表面中的槽涂覆亲水剂或疏水剂的涂层，来形成如上所述设定亲水性和疏水性的阳极侧气体流路。如果阳极侧气体流路形成在金属多孔构件中，则可以例如通过用亲水剂或疏水剂注入金属多孔构件来形成阳极侧气体流路的亲水性和疏水性。
应该注意，在根据本发明的第二方面的燃料电池中，所述阴极侧气体流路优选地被形成为使得所述氧化剂气体沿着与所述外力的方向大体相反的方向流动
因此，由于氧化剂气体的流动引起力沿着与外力的方向大体相反的方向施加在阴极处产生的水上。因此，可以通过外力使水沿着外力的方向移动，以用于对电解质膜加湿，并且可以通过氧化剂气体的流动降低水沿着外力方向移动的速度。因而可以防止水在未被用于电解质膜的加湿的情况下从膜电极组件的阴极表面排出。
在根据本发明的第一或第二方面的燃料电池中，所述外力的方向可以是重力方向。
因此，可以在重力施加在水上并且水容易沿着重力方向移动的环境下，对电解质膜进行自加湿，并可以在电解质膜的平面方向上均匀地分布湿度。
除了上述燃料电池之外，本发明还可以构造为包括燃料电池的燃料电池系统。
附图说明
参照附图，从以下对示例性实施例的描述，本发明的前述和其他特征和优点将变得清楚，附图中相似标记用于表示相似元件，并且其中：
图1A和1B是示意性地示出根据本发明的第一实施例的燃料电池100的剖视结构的解释图；
图2A和2B是示意性地示出根据本发明的第二实施例的燃料电池100A的剖视结构的解释图；
图3A和3B是示意性地示出根据本发明的第三实施例的燃料电池100B的剖视结构的解释图；
图4是示意性地示出根据本发明的第四实施例的燃料电池100C的剖视结构的解释图；以及
图5示出了包括根据第一实施例的燃料电池的燃料电池系统。
具体实施方式
将以如下顺序基于实施例对本发明的实施方式进行说明：A.第一实施例；B.第二实施例；C.第三实施例；D.第四实施例；E.修改方案。
A.第一实施例
图1A和1B是示意性地示出根据本发明的第一实施例的燃料电池100的剖视结构的解释图；图1A是从与燃料电池100中的气体流动的方向平行的方向观察的剖视图，并且图1B是沿着图1A的线IB-IB所取的剖视图。
通过将阴极侧气体扩散层120和阳极侧气体扩散层130分别接合到膜电极组件110的相反表面，并将得到的结构支撑在阴极侧隔离器140与阳极侧隔离器150之间，来形成燃料电池100。
膜电极组件110具有分别接合到具有质子传导性的电解质膜112的表面的阴极侧催化剂层114和阳极侧催化剂层116。在此实施例中，诸如Nafion(注册商标)之类的高分子电解质膜用作电解质膜112。阴极侧催化剂层114和阳极侧催化剂层116携带了促进氢和氧之间电化学反应的催化剂。阴极侧气体扩散层120和阳极侧气体扩散层130分别接合到阴极侧催化剂层114和阳极侧催化剂层116的表面。阴极侧气体扩散层120使向阴极侧催化剂层114供应的空气扩散。阳极侧气体扩散层130使向阳极侧催化剂层116供应的氢扩散。阴极侧催化剂层114和阴极侧气体扩散层120的每个用作阴极，阳极侧催化剂层116和阳极侧气体扩散层130的每个用作阳极。
作为燃料气体的氢和作为氧化剂气体的包含氧的空气分别向膜电极组件110的阳极和阴极供应，并通过氢和氧之间的电化学反应发电。此时，阴极侧催化剂层114中通过阴极反应产生水。应该注意，在阴极处产生的水还通过电解质膜112传送至阳极侧催化剂层116。
图5示出了包括上述燃料电池的燃料电池系统。氢从氢罐经由管路2向燃料电池100供应。使用泵将空气经由管路4向燃料电池100供应。作为氧化剂气体的氧气可以从氧罐向燃料电池100供应。
根据此实施例的燃料电池100是将固体高分子电解质膜用作电解质膜112的高分子电解质燃料电池。因此，为了获得预定的发电性能，需要调节电解质膜112的湿度，以维持合适的质子传导性。因此，根据此实施例的燃料电池100使水以液态在燃料电池100内再循环，以对电解质膜112进行自加湿。以下将说明用于实现此自加湿的构造。
如图1A所示，布置在膜电极组件110的阴极侧的阴极侧隔离器140具有形成在与阴极侧气体扩散层120接触的表面中的槽142。槽142形成了空气在其中流动的气体流路。槽142可以视为根据本发明的阴极侧气体流路。布置在膜电极组件110的阳极侧的阳极侧隔离器150具有形成在与阳极侧气体扩散层130接触的表面中的槽152。槽152形成了氢在其中流动的气体流路。槽152可以视为根据本发明的阳极侧气体流路。
如图1B所示，阴极侧隔离器140中的槽142被形成为使得空气沿着与重力相反的方向(即，从下向上)流动。对槽142的表面进行表面处理。具体而言，对槽142的空气流动方向的下游区域142L施加亲水处理作为表面处理，而对槽142的空气流动方向的上游区域142U施加疏水处理。在此实施例中，对槽142的空气流动方向的中游区域142M未施加表面处理。即，槽142被形成为使得空气流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性。在槽142的空气流动方向的上游区域，对阴极侧隔离器140与阴极侧气体扩散层120的上游侧边界部分142UB施加亲水处理作为表面处理。应该注意，在此实施例中，分别通过用亲水剂和疏水剂对槽142的表面进行涂覆来施加上述亲水处理和疏水处理。在槽142中，施加上述表面处理的区域的面积，或者亲水性和疏水性的程度可以根据燃料电池100的发电性能等以任意方式设定。
通过以上述方式在阴极侧隔离器140中形成槽142，在阴极侧催化剂层114中产生的水如下所述移动(见图1B中的空白箭头)。应该注意，一般而言，在燃料电池100中，趋于在电解质膜112的上游侧发生干燥。因此，在空气流动方向的下游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量趋于大于在空气流动方向的上游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量。
在根据此实施例的燃料电池100中，阴极侧隔离器140中的槽142被形成为使得空气流动方向的下游侧的亲水性较高。因此，发电时在空气流动方向的下游侧的膜电极组件110中产生的水被槽142的具有较高亲水性的下游区域142L吸引并保持。因为槽142被形成为使得空气沿着与重力的方向相反的方向流动，所以水由于重力而与空气流动相逆地从下游区域142L通过中游区域142M向上游区域142U流动。因为槽142被形成为使得空气流动方向的上游侧的疏水性较高，所以已经移动到上游区域142U的水被排斥并引入具有较高亲水性的上游侧边界部分142UB，并进一步通过阴极侧气体扩散层120和阴极侧催化剂层114向膜电极组件110的位于上游侧的表面移动，由此可以对电解质膜112的易于干燥的上游侧进行加湿。
另一方面，如图1B所示，阳极侧隔离器150中的槽152被形成为使得氢沿着与重力相同的方向(即，从上向下)流动。应该注意，在此实施例中，对阴极侧隔离器140中的槽142的表面施加的表面处理(即，亲水处理和疏水处理)并未对阳极侧隔离器150中的槽152施加。
通过以上述方式在阳极侧隔离器150中形成槽152，在阴极侧催化剂层114中产生并通过电解质膜112传送至阳极侧催化剂层116的水借助于重力和氢流动两者向氢流动方向的下游侧移动，即，向膜电极组件110的空气流动方向的上游侧的表面移动。因此从阳极侧对电解质膜的易于干燥的上游侧进行加湿。
根据如上所述的第一实施例的燃料电池100，通过使液态的水在燃料电池100内再循环，可以对电解质膜112进行自加湿，并维持电解质膜112的平面中湿度的均匀分布。
B.第二实施例
图2A和2B是示意性地示出根据本发明的第二实施例的燃料电池100A的剖视结构的解释图。图2A是从与燃料电池100A中的气体流动的方向平行的方向观察的剖视图，并且图2B是沿着图2A的线IIB-IIB所取的剖视图。
如同根据第一实施例的燃料电池100，通过将阴极侧气体扩散层120和阳极侧气体扩散层130分别接合到膜电极组件110的表面，并将得到的结构支撑在阴极侧隔离器140A与阳极侧隔离器150A之间，来形成燃料电池100A。
因为膜电极组件110、阴极侧气体扩散层120和阳极侧气体扩散层130分别与第一实施例中的膜电极组件110、阴极侧气体扩散层120和阳极侧气体扩散层130相同，所以将不再重复其说明。
现在，将描述用于实现燃料电池100A中的电解质膜112的自加湿的构造。
如图2A所示，布置在膜电极组件110的阴极侧的阴极侧隔离器140A具有形成在与阴极侧气体扩散层120接触的表面中的槽142。槽142形成了空气在其中流动的气体流路。槽142可以视为根据本发明的阴极侧气体流路。布置在膜电极组件110的阳极侧的阳极侧隔离器150A具有形成在与阳极侧气体扩散层130接触的表面中的槽152。槽152形成了氢在其中流动的气体流路。槽152可以视为根据本发明的阳极侧气体流路。
如图2B所示，阴极侧隔离器140A中的槽142被形成为使得空气沿着与重力方向相反的方向(即，从下向上)流动。应该注意，与第一实施例中的阴极侧隔离器140不同，对槽142的表面并未施加表面处理(即，亲水处理和疏水处理)。
在燃料电池100A中，趋于在电解质膜112的上游侧发生干燥。因此，在下游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量趋于变成大于在上游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量。
在燃料电池100A中，在阴极侧隔离器140A中形成槽142，使得空气沿着与重力方向相反的方向(即，从下向上)流动。因此，由于空气的流动，方向与重力的方向大体相反的力施加在阴极侧催化剂层114中产生的水上，并且重力也施加在水上。因此水被重力向下拉，以用于电解质膜112的加湿，并且通过空气的流动降低了水沿着重力方向移动的速度。因而可以防止水在未用于电解质膜112的加湿的情况下从膜电极组件110的阴极表面排出。
另一方面，如图2B所示，阳极侧隔离器150A中的槽152也被形成为使得氢沿着与重力方向相反的方向(即，从下向上)流动。对槽152的表面施加表面处理。具体而言，对槽152的氢流动方向的下游区域152L施加亲水处理作为表面处理，而对槽152的氢流动方向的上游区域152U施加疏水处理。在此实施例中，对槽152的氢流动方向的中游区域152M未施加表面处理。即，槽152被形成为使得氢流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性，并且上游侧的疏水性高于下游侧的疏水性。在槽152的氢流动方向的上游区域，对阳极侧隔离器150A与阳极侧气体扩散层130的上游侧边界部分152UB施加亲水处理。应该注意，在此实施例中，分别通过用亲水剂和疏水剂对槽152的表面进行涂覆来施加上述亲水处理和疏水处理。在槽152中，施加上述表面处理的区域的面积，或者亲水性和疏水性的程度可以根据燃料电池100A的发电性能等以任意方式设定。
通过以上述方式在阳极侧隔离器150A中形成槽152，在阴极侧催化剂层114中产生并通过电解质膜112传送至阳极侧催化剂层116的水如下所述移动(见图2B中的空白箭头)。应该注意，如上所述，在燃料电池100A中，趋于在电解质膜112的上游侧发生干燥。因此，在下游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量趋于大于在上游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量。因此，传送至阳极侧催化剂层116的水量在空气流动方向(即，氢流动方向)的下游侧也趋于大于上游侧。
在根据此实施例的燃料电池100A中，阳极侧隔离器150A中的槽152被形成为使得氢流动方向的下游侧的亲水性较高。因此，发电时在空气流动方向的下游侧的膜电极组件110的阴极侧催化剂层114中产生并通过电解质膜112传送至阳极侧催化剂层116的水被槽152的具有较高亲水性的下游区域152L吸引并保持。因为槽152被形成为使得氢沿着与重力方向的方向相反的方向流动，所以水由于重力而与氢流动相逆地从下游区域152L通过中游区域152M向上游区域152U流动。因为槽152被形成为使得氢流动方向的上游侧的疏水性较高，所以已经移动到上游区域152U的水被排斥并引入具有较高亲水性的上游侧边界部分152UB，并进一步通过阴极侧气体扩散层130和阳极侧催化剂层116向膜电极组件110的上游侧的表面移动。由此可以从阳极侧对电解质膜112的易于干燥的上游侧进行加湿。
根据如上所述的第二实施例的燃料电池100A，通过使液态的水在燃料电池100A内再循环，可以实现电解质膜112的自加湿，并维持电解质膜112的平面中湿度的均匀分布。
C.第三实施例
图3A和3B是示意性地示出根据本发明的第三实施例的燃料电池100B的剖视结构的解释图。图3A是从与燃料电池100B中的气体流动的方向平行的方向观察的剖视图，并且图3B是沿着图3A的线IIIB-IIIB所取的剖视图。
如同根据第一实施例的燃料电池100，通过将阴极侧气体扩散层120和阳极侧气体扩散层130分别接合到膜电极组件110的表面，并将得到的结构支撑在阴极侧隔离器140B与阳极侧隔离器150B之间，来形成燃料电池100B。
因为膜电极组件110、阴极侧气体扩散层120和阳极侧气体扩散层130分别与第一实施例中的膜电极组件110、阴极侧气体扩散层120和阳极侧气体扩散层130相同，所以将不再重复其说明。
现在，将描述用于实现燃料电池100B中的电解质膜112的自加湿的构造。
如图3A所示，布置在膜电极组件110的阴极侧的阴极侧隔离器140B具有形成在与阴极侧气体扩散层120接触的表面中的槽142。槽142形成了空气在其中流动的气体流路。槽142可以视为根据本发明的阴极侧气体流路。布置在膜电极组件110的阳极侧的阳极侧隔离器150B具有形成在与阳极侧气体扩散层130接触的表面中的槽152。槽152形成了氢在其中流动的气体流路。槽152可以视为根据本发明的阳极侧气体流路。
如图3B所示，阴极侧隔离器140B中的槽142被形成为使得空气沿着与重力方向相反的方向(即，从下向上)流动。对槽142的表面施加与对第一实施例的阴极侧隔离器140所施加的表面处理相同的表面处理。具体而言，对槽142的空气流动方向的下游区域142L施加亲水处理作为表面处理，而对槽142的空气流动方向的上游区域142U施加疏水处理。在此实施例中，对槽142的空气流动方向的中游区域142M未施加表面处理。即，槽142被形成为使得空气流动方向的下游侧的亲水性高于在上游侧的亲水性。在槽142的空气流动方向的上游区域，对阴极侧隔离器140B与阴极侧气体扩散层120的上游侧边界部分142UB施加亲水处理作为表面处理。
通过以上述方式在阴极侧隔离器140B中形成槽142，在阴极侧催化剂层114中产生的水如下所述移动(见图3B中的空白箭头)。应该注意，一般而言，在燃料电池100B中，趋于在空气流动方向的上游侧的电解质膜112发生干燥。因此，在下游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量趋于大于在上游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量。
在根据此实施例的燃料电池100B中，如同第一实施例中的阴极侧隔离器140，阴极侧隔离器140B中的槽142被形成为使得空气流动方向的下游侧的亲水性较高。因此，发电时在空气流动方向的下游侧的膜电极组件110中产生的水被槽142的具有较高亲水性的下游区域142L吸引并保持。因为槽142被形成为使得空气沿着与重力的方向相反的方向流动，所以水由于重力而与空气流动相逆地从下游区域142L通过中游区域142M向上游区域142U流动。因为槽142被形成为使得空气流动方向的上游侧的疏水性较高，所以已经移动到上游区域142U的水被排斥并引入具有较高亲水性的上游侧边界部分142UB，并进一步通过阴极侧气体扩散层120和阴极侧催化剂层114向膜电极组件110的上游侧的表面移动，由此可以对电解质膜112的易于干燥的上游侧进行加湿。
另一方面，如图3B所示，阳极侧隔离器150B中的槽152也被形成为使得氢沿着与重力方向相反的方向(即，从下向上)流动。对槽152的表面施加与对第二实施例中的阳极侧隔离器150A的槽152所施加的表面处理相同的表面处理。具体而言，对槽152的氢流动方向的下游区域152L施加亲水处理，而对槽152的氢流动方向的上游区域152U施加疏水处理。在此实施例中，对槽152的氢流动方向的中游区域152M未施加表面处理。即，槽152被形成为使得氢流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性。在槽152的氢流动方向的上游区域，对阳极侧隔离器150B与阳极侧气体扩散层130的上游侧边界部分152UB施加亲水处理。
通过以上述方式在阳极侧隔离器150B中形成槽152，在阴极侧催化剂层114中产生并通过电解质膜112传送至阳极侧催化剂层116的水如下所述移动(见图3B中的空白箭头)。应该注意，如上所述，在燃料电池100B中，趋于在电解质膜112的上游侧发生干燥。因此，在下游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量趋于大于在上游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量。因此，传送至阳极侧催化剂层116的水量在空气流动方向(即，氢流动方向)的下游侧也趋于大于上游侧。
在根据此实施例的燃料电池100B中，如同第二实施例中的阳极侧隔离器150A，阳极侧隔离器150B中的槽152被形成为使得氢流动方向的下游侧的亲水性较高。因此，发电期间在空气流动方向的下游侧的膜电极组件110的阴极侧催化剂层114中产生并通过电解质膜112传送至阳极侧催化剂层116的水被槽152的具有较高亲水性的下游区域152L吸引并保持。因为槽152被形成为使得氢沿着与重力的方向相反的方向流动，所以水由于重力而与氢流动相逆地从下游区域152L通过中游区域152M向上游区域152U流动。因为槽152被形成为使得氢流动方向的上游侧的疏水性较高，所以已经移动到上游区域152U的水被排斥并引入具有较高亲水性的上游侧边界部分152UB，并进一步通过阳极侧气体扩散层130和阳极侧催化剂层116向膜电极组件110的上游侧的表面移动。由此可以从阳极侧对电解质膜112的易于干燥的上游侧进行加湿。
此外，根据第三实施例的燃料电池100B，通过使液态的水在燃料电池100B内再循环，可以实现电解质膜112的自加湿，并维持电解质膜112的平面中湿度的均匀分布。
D.第四实施例
图4是示意性地示出根据本发明的第四实施例的燃料电池100C的剖视结构的解释图。图4是从与燃料电池100C中的气体流动的方向垂直的方向观察的剖视图。
通过将阴极侧气体扩散层120和阳极侧气体扩散层130分别接合到膜电极组件110的表面，还在得到的结构的表面上布置阴极侧金属多孔构件122和阳极侧金属多孔构件132，并将得到的结构支撑在阴极侧隔离器140C与阳极侧隔离器150C之间，来形成燃料电池100C。
膜电极组件110、阴极侧气体扩散层120和阳极侧气体扩散层130分别与上述实施例中的那些相同。在阴极侧金属多孔构件122中形成空气在其中流动的气体流路。在阴极侧金属多孔构件122中形成的气体流路可以视为根据本发明的阴极侧气体流路。阳极侧金属多孔构件132形成氢在其中流动的气体流路。阳极侧金属多孔构件132可以视为根据本发明的阳极侧气体流路。应该注意，与上述实施例的隔离器不同，阴极侧隔离器140C和阳极侧隔离器150C具有平坦形状。
如图所示，形成在阴极侧金属多孔构件122中的气体流路被形成为使得空气沿着与重力方向相反的方向(即，从下向上)流动。对阴极侧金属多孔构件122的外表面并对其孔的内表面施加表面处理。具体而言，对阴极侧金属多孔构件122的空气流动方向的下游部分122L施加亲水处理，而对阴极侧金属多孔构件122的空气流动方向的上游部分122U施加疏水处理。在此实施例中，对阴极侧金属多孔构件122的空气流动方向的中游部分122M未施加表面处理。即，阴极侧金属多孔构件122被形成为使得空气流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性，并且上游侧的疏水性高于下游侧的疏水性。在形成在阴极侧金属多孔构件122中的气体流路的空气流动方向的上游区域，对与阴极侧气体扩散层120的上游侧边界122UB施加亲水处理。应该注意，在此实施例中，分别通过用亲水剂和疏水剂注入阴极侧金属多孔构件122来施加上述亲水处理和疏水处理。在阴极侧金属多孔构件122中，施加上述表面处理的区域，或者亲水性和疏水性的程度可以根据燃料电池100A的发电性能等按照需要设定。
通过以上述方式形成阴极侧金属多孔构件122，在阴极侧催化剂层114中产生的水如下所述移动(见图4中的空白箭头)。应该注意，在燃料电池100C中，趋于在电解质膜112的上游侧发生干燥。因此，在下游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量趋于大于上游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量。
在根据此实施例的燃料电池100C中，阴极侧金属多孔构件122被形成为使得亲水性在空气流动方向的下游侧较高。因此，发电时在空气流动方向的下游侧的膜电极组件110中产生的水被阴极侧金属多孔构件122的具有较高亲水性的下游部分122L吸引并保持。因为形成在阴极侧金属多孔构件122中的气体流路被形成为使得空气沿着与重力的方向相反的方向流动，所以水被重力与空气流动相逆地从下游部分122L通过中游部分122M向上游部分122U向下拉动。因为阴极侧金属多孔构件122被形成为使得疏水性在空气流动方向的上游侧较高，所以已经移动到上游部分122U的水被排斥并引入具有较高亲水性的上游侧边界部分122UB中，并进一步通过阴极侧气体扩散层120和阴极侧催化剂层114向膜电极组件110的上游侧的表面移动，由此可以对电解质膜112的易于干燥的上游侧进行加湿。
另一方面，阳极侧金属多孔构件132也被形成为使得氢沿着与重力方向相反的方向(即，从下向上)流动。对阳极侧金属多孔构件132的外表面及其孔的内表面施加类似于阴极侧金属多孔构件的表面处理。具体而言，对阳极侧金属多孔构件132的氢流动方向的下游部分132L施加亲水处理，而对阳极侧金属多孔构件132的氢流动方向的上游部分132U施加疏水处理。在此实施例中，对阳极侧金属多孔构件132的氢流动方向的中游部分132M未施加表面处理。即，阳极侧金属多孔构件132被形成为使得氢流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性。在阳极侧金属多孔构件132的氢流动方向的上游区域，对与阳极侧气体扩散层130的上游侧边界部分132UB施加亲水处理。应该注意，在此实施例中，分别通过用亲水剂和疏水剂注入阳极侧金属多孔构件132来施加上述亲水处理和疏水处理。在阳极侧金属多孔构件132中，施加上述表面处理的区域，或者亲水性和疏水性的程度可以根据燃料电池100A的发电性能适当地设定。
通过以上述方式形成阳极侧金属多孔构件132，在阴极侧催化剂层114中产生并通过电解质膜112传送至阳极侧催化剂层116的水如下所述移动(见图4中的空白箭头)。应该注意，如上所述，在燃料电池100C中，趋于在电解质膜112的上游侧发生干燥。因此，在下游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量趋于大于在上游侧的膜电极组件110中的发电量和产生的水量。因此，传送至阳极侧催化剂层116的水量在空气流动方向(即，氢流动方向)的下游侧也趋于大于上游侧。
在根据此实施例的燃料电池100C中，阳极侧金属多孔构件132被形成为使得亲水性在氢流动方向的下游侧较高。因此，发电期间在空气流动方向的下游侧的膜电极组件110的阴极侧催化剂层114中产生并通过电解质膜112传送至阳极侧催化剂层116的水被阳极侧金属多孔构件132的具有较高亲水性的下游部分132L吸引并保持。因为阳极侧金属多孔构件132被形成为使得氢沿着与重力的方向相反的方向流动，所以水由于重力而与氢流动相逆地从下游部分132L通过中游部分132M向上游部分132U流动。因为阳极侧金属多孔构件132被形成为使得疏水性在氢流动方向的上游侧较高，所以已经移动到上游部分132U的水被排斥并引入具有较高亲水性的上游侧边界部分152UB中，并进一步通过阳极侧气体扩散层130和阳极侧催化剂层116向膜电极组件110的上游侧的表面移动。由此可以从阳极侧对电解质膜112的易于干燥的上游侧进行加湿。
根据第四实施例的燃料电池100C，如同根据第三实施例的燃料电池100B，通过使液态的水在燃料电池100C内再循环，可以实现电解质膜112的自加湿，并维持电解质膜112的平面中湿度的均匀分布。
E.修改方案
虽然已经通过实施例说明了本发明，但是本发明不限于上述实施例，而可以在不偏离其范围的情况下以各种方式实施。以下给出了可能的修改方案的示例。
E1.修改方案1
在第一实施例中，阳极侧隔离器150中的槽152被形成为使得氢沿着与重力方向相同的方向流动，本发明不限于此，槽152的构造可以适当地改变。但是，应该注意，当如第一实施例中那样阳极侧隔离器150中的槽152被形成为使得氢沿着与重力的方向相同的方向流动时，在阴极侧催化剂层114中产生并通过电解质膜112传送至阳极侧催化剂层116的水可以借助于重力和氢流动两者向氢流动方向的下游侧移动，即，向膜电极组件110的上游侧的表面移动。因此从阳极侧对电解质膜112的易于干燥的上游侧进行加湿。
E2.修改方案2
在第二实施例中，阴极侧隔离器140A中的槽142被形成为使得空气沿着与重力的方向相反的方向流动，本发明不限于此。槽142的构造可以适当地改变。但是，应该注意，当如第二实施例中那样阴极侧隔离器140A中的槽142被形成为使得空气沿着与重力的方向相反的方向流动时，被重力向下拉的水可以用于对电解质膜112加湿，并且通过空气的流动可以降低水沿着重力的方向移动的速度，由此可以防止水在未用于对电解质膜112加湿的情况下从膜电极组件110的阴极表面排出。
E3.修改方案3
在第一和第三实施例中，在阴极侧隔离器140、140B中的槽142的空气流动方向的上游区域中，对阴极侧隔离器与阴极侧气体扩散层120的上游侧边界部分142UB施加亲水处理。但是，这种亲水处理不是必须的。但是，应该注意，通过向上游侧边界部分142UB施加亲水处理，水可以容易地从上游区域142U向阴极侧气体扩散层120移动。可以对阴极侧气体扩散层120施加亲水处理。可以对阴极侧气体扩散层120的面向阴极侧隔离器140、140B的上游侧边界部分142UB的上侧部分120UB施加亲水处理。可以对上侧部分120UB和上游侧边界部分142UB两者都施加亲水处理。当对上侧部分120UB和上游侧边界部分142UB两者都施加亲水处理时，可以使上侧部分120UB的亲水性高于上游侧边界部分142UB的亲水性。上侧部分120UB可以视为阴极的边界部分的上游侧部分。
在第二和第三实施例中，在阳极侧隔离器150、150B中的槽152的氢流动方向的上游区域中，对阳极侧隔离器与阳极侧气体扩散层130的上游侧边界部分152UB施加亲水处理。但是，这种亲水处理不是必须的。但是，应该注意，通过向上游侧边界部分152UB施加亲水处理，水可以容易地从上游区域152U向阳极侧气体扩散层130移动。可以对阳极侧气体扩散层130的面向阳极侧隔离器150A、150B的上游侧边界部分152UB的上侧部分130UB施加亲水处理。可以对上侧部分130UB和上游侧边界部分152UB两者都施加亲水处理。当对上侧部分130UB和上游侧边界部分152UB两者都施加亲水处理时，可以使上侧部分130UB的亲水性高于上游侧边界部分152UB的亲水性。上侧部分130UB可以视为阳极的边界部分的上游侧部分。
在第四实施例中，在阴极侧金属多孔构件122的空气流动方向的上游区域中，对与阴极侧气体扩散层120的上游侧边界部分122UB施加亲水处理。但是，这种亲水处理不是必须的。但是，应该注意，通过向上游侧边界部分122UB施加亲水处理，水可以容易地从上游部分122U向阴极侧气体扩散层120移动。此外，在阳极侧金属多孔构件132的氢流动方向的上游区域中，类似地对与阳极侧气体扩散层130的上游侧边界部分132UB施加亲水处理。但是，这种亲水处理不是必须的。但是，应该注意，通过向上游侧边界部分132UB施加亲水处理，水可以容易地从上游部分132U向阳极侧气体扩散层130移动。
E4.修改方案4
在第一和第三实施例中，对阴极侧隔离器140、140B中的槽142的空气流动方向的下游区域142L施加亲水处理，并对槽142的空气流动方向的上游区域142U施加疏水处理。但是，本发明不限于此。只要槽142被形成为使得空气流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性，则疏水性和亲水性的程度可以被设定为从空气流动方向的上游侧朝向下游侧以连续或步进的方式改变。此情况也适用于第四实施例的阴极侧金属多孔构件122。
在第二和第三实施例中，对阳极侧隔离器150A、150B中的槽152的氢流动方向的下游区域152L施加亲水处理，并对槽152的氢流动方向的上游区域152U施加疏水处理。但是，本发明不限于此。只要槽152被形成为使得氢流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性，则疏水性和亲水性的程度可以被设定为从氢流动方向的上游侧朝向下游侧以连续或步进的方式改变。此情况也适用于第四实施例的阳极侧金属多孔构件132。
E5.修改方案5
在第一实施例中，阴极侧隔离器140中的槽142被形成为使得空气沿着与重力的方向相反的方向流动。在第二实施例中，阳极侧隔离器150A中的槽152被形成为使得氢沿着与重力的方向相反的方向流动。此外，在第三实施例中，阴极侧隔离器140B中的槽142和阳极侧隔离器150B中的槽152被形成为使得空气和氢两者均沿着与重力的方向相反的方向流动，并且，对这些槽中的每一者都施加了如上所述的亲水处理和疏水处理。但是，本发明不限于此。在燃料电池在除了重力之外的外力(例如离心力)恒定地施加于水的环境下使用时，槽可以被替代地形成为使得气体沿着与施加在水上的外力的方向相反的方向流动。此情况也适用于上述第四实施例中的阴极侧金属多孔构件122和阳极侧金属多孔构件132。

Claims (24)

1.一种燃料电池，其具有在两侧均由隔离器支撑的膜电极组件(110)，所述膜电极组件具有分别接合到高分子电解质膜(112)的相反表面的阳极和阴极，所述燃料电池包括：
阳极侧气体流路(152；132)，其设置在所述阳极与所述隔离器之间，并将包含氢的燃料气体供应到所述阳极；以及
阴极侧气体流路(142)，其设置在所述阴极与所述隔离器之间，并将包含氧的氧化剂气体供应到所述阴极，
其中，所述阴极侧气体流路(142；122)被形成为使得所述氧化剂气体沿着与作用在发电期间通过所述燃料气体中包含的氢与所述氧化剂气体中包含的氧之间的电化学反应而在所述阴极处产生的水上的重力的方向相反的方向流动，并且使得所述阴极侧气体流路的所述氧化剂气体的流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中：
所述阴极侧气体流路(142；122)被形成为使得在所述氧化剂气体的流动方向的上游侧，所述隔离器的上游侧部分与所述隔离器和所述阴极的边界部分重叠的部分的亲水性高于所述隔离器的所述上游侧部分的其它部分的亲水性。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中：
所述阴极的上游侧部分与所述阴极(120，114)和所述隔离器(140)的边界部分重叠的部分的亲水性高于所述隔离器的上游侧部分的亲水性。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中：
所述阴极(120，114)的上游侧部分与所述阴极和所述隔离器的边界部分重叠的部分的亲水性高于所述阴极的其它部分的亲水性。
5.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中：
所述阴极侧气体流路(142)是形成在所述隔离器(140)的与所述阴极接触的表面中的槽。
6.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中：
所述阴极侧气体流路形成在金属多孔构件(122)中。
7.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中：
对所述阴极侧气体流路(142；122)的下游侧施加亲水性处理，并对上游侧施加疏水性处理。
8.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中：
在所述阴极侧气体流路(142；122)的下游侧比在中游区域设定更高的亲水性，并在所述阴极侧气体流路的上游侧比在所述中游区域设定更高的疏水性。
9.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中：
所述阳极侧气体流路(152；132)被形成为使得所述燃料气体沿着与所述重力的方向相同的方向流动。
10.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中，所述阳极侧气体流路(152；132)被形成为使得：
所述燃料气体沿着与所述重力的方向相反的方向流动；并且
所述阳极侧气体流路(152；132)的所述燃料气体的流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性。
11.根据权利要求10所述的燃料电池，其中：
所述阳极侧气体流路(152；132)被形成为使得在所述燃料气体的流动方向的上游侧，所述隔离器的上游侧部分与所述隔离器和所述阳极的边界部分重叠的部分的亲水性高于所述隔离器的所述上游侧部分的其它部分的亲水性。
12.根据权利要求10所述的燃料电池，其中：
所述阳极侧气体流路(152)是形成在所述隔离器的与所述阳极接触的表面中的槽。
13.根据权利要求10所述的燃料电池，其中：
所述阳极侧气体流路形成在金属多孔构件(132)中。
14.一种燃料电池，其具有在两侧均由隔离器支撑的膜电极组件，所述膜电极组件具有分别接合到高分子电解质膜的相反表面的阳极和阴极，所述燃料电池包括：
阳极侧气体流路(152；132)，其设置在所述阳极与所述隔离器之间，并将包含氢的燃料气体供应到所述阳极；以及
阴极侧气体流路(142；122)，其设置在所述阴极与所述隔离器之间，并将包含氧的氧化剂气体供应到所述阴极，
其中，所述阳极侧气体流路(152；132)被形成为使得所述燃料气体沿着与作用在发电期间通过所述燃料气体中包含的氢与所述氧化剂气体中包含的氧之间的电化学反应而在所述阴极处产生的水上的重力的方向相反的方向流动，并且使得所述阳极侧气体流路的所述燃料气体的流动方向的下游侧的亲水性高于上游侧的亲水性。
15.根据权利要求14所述的燃料电池，其中：
所述阳极侧气体流路(152；132)被形成为使得在所述燃料气体的流动方向的上游侧，所述隔离器的上游侧部分与所述隔离器和所述阳极的边界部分重叠的部分的亲水性高于所述隔离器的所述上游侧部分的其它部分的亲水性。
16.根据权利要求14或15所述的燃料电池，其中：
所述阳极(116，130)的上游侧部分与所述阳极和所述隔离器的边界部分重叠的部分的亲水性高于所述隔离器的上游侧部分的亲水性。
17.根据权利要求14或15所述的燃料电池，其中：
所述阳极的上游侧部分与所述阳极(116，130)和所述隔离器的边界部分重叠的部分的亲水性高于所述阳极的其它部分的亲水性。
18.根据权利要求14或15所述的燃料电池，其中：
所述阳极侧气体流路(152；132)是形成在所述隔离器的与所述阳极接触的表面中的槽。
19.根据权利要求14或15所述的燃料电池，其中：
所述阳极侧气体流路(152；132)形成在金属多孔构件中。
20.根据权利要求14或15所述的燃料电池，其中：
所述阴极侧气体流路(142；122)被形成为使得所述氧化剂气体沿着与所述重力的方向相反的方向流动。
21.根据权利要求14或15所述的燃料电池，其中：
对所述阳极侧气体流路(152；132)的下游侧施加亲水性处理，并对上游侧施加疏水性处理。
22.根据权利要求14或15所述的燃料电池，其中：
在所述阳极侧气体流路(152；132)的下游侧比在中游区域设定更高的亲水性，并在所述阳极侧气体流路的上游侧比在所述中游区域设定更高的疏水性。
23.一种燃料电池系统，包括：
根据权利要求1或2所述的燃料电池(100)，
燃料气体供应源(1)，其将所述燃料气体供应到所述阳极侧气体流路，
在所述燃料气体供应源与所述阳极侧气体流路之间的第一气体通路(2)，
氧化剂气体供应源，其将所述氧化剂气体供应到所述阴极侧气体流路，使得所述氧化剂气体在所述阴极侧气体流路中沿着与所述重力的方向相反的方向流动，以及
在所述氧化剂气体供应源与所述阴极侧气体流路之间的第二气体通路(4)。
24.一种燃料电池系统，包括：
根据权利要求14或15所述的燃料电池(100)，
氧化剂气体供应源，其将所述氧化剂气体供应到所述阴极侧气体流路，
在所述氧化剂气体供应源与所述阴极侧气体流路之间的第一气体通路(4)，
燃料气体供应源(1)，其将所述燃料气体供应到所述阳极侧气体流路，使得所述燃料气体在所述阳极侧气体流路中沿着与所述重力的方向相反的方向流动，以及
在所述燃料气体供应源与所述阳极侧气体流路之间的第二气体通路(2)。
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