CN112771700B - 流体引导流路及具备该流体引导流路的燃料电池 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池单元，包括相对的第一隔板、第二隔板和层叠在所述第一和第二隔板之间的膜电极接合体，膜电极接合体包括催化剂涂覆膜和分别设于催化剂涂覆膜的第一侧和第二侧的第一气体扩散层和第二气体扩散层，电池单元还包括设在第一隔板和第一气体扩散层之间和/或第二隔板和第二气体扩散层之间的用于提供电化学反应的反应流体的流体引导流路，其中流体引导流路具有用于控制反应流体流动的肋部，肋部分隔出与反应流体供给口相通的多个第一沟道部和与反应流体排出口相通的多个第二沟道部，至少部分第一沟道部和至少部分第二沟道部相邻，肋部位于相邻的第一沟道部和第二沟道部之间的部分具有允许反应流体渗透的多孔材料。

Description

流体引导流路及具备该流体引导流路的燃料电池

技术领域

本发明涉及通过将燃料电池单元重叠成多个层叠状而构成的燃料电池，该燃料电池单元中利用阳极侧隔板和阴极侧隔板对电解质膜、阳极侧催化剂层、阴极侧催化剂层、阳极侧气体扩展层、阴极侧气体扩散层进行夹持，本发明尤其涉及具有设置于各隔板与各气体扩散层的中间位置的流体引导流路的燃料电池。

背景技术

燃料电池通过使含有氢的燃料气体与空气等含有氧的氧化气体发生电化学反应，从而能够同时产生电和热。其中，使用了固体高分子电解质膜作为电解质膜的固体高分子型燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell，PEFC)由于具有容易实现小型化、可在低温下工作等优点，因此作为便携用、移动体用电源备受关注。

例如，在固体高分子型燃料电池(PEFC)中具备下述电解质膜·电极接合体(CCM、MEA)，该电解质膜·电极接合体中，在由高分子离子交换膜形成的电解质膜的一个面侧配置有阳极电极，在另一个面侧配置有阴极电极。MEA通过被隔板夹持来构成发电单元。燃料电池通常通过层叠规定数量的发电单元，而后例如作为车载用燃料电池堆组装入燃料电池电气车辆。燃料电池中，通常层叠数十～数百个发电单元，而后例如作为车载用燃料电池堆来使用。

这种燃料电池中，在一个隔板的面内，朝向阳极电极设置有燃料气体的流路。同时，在另一个隔板的面内，朝向阴极电极设置有氧化气体的流路。

为了能够得到发电效率较高的燃料电池，伴随着MEA均匀且有效地利用反应区域的整体是必不可少的要素。随之而产生的是涉及用于提高发电区域的气体扩散性的流体引导流路结构的多种对策。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-64483号公报

专利文献2：日本专利特开2018-55790号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1、2所示的是形成于隔板的闭塞梳型气体流路，其整体由致密性碳或冲压成型的金属板等气体非透过性的材料构成。存在有着眼于下述方面的技术，即：通过提高供给流路与排出流路间的压力差，来提高气体扩散层中基于横流的气体透过性。关于供给流路与排出流路间的压力差，由于与上游端和下游端相比，中游部的该压力差显著较低，因此，仅在流路的形状和宽度变更的对策中希望改善中游部的低压力差的尝试存在极限。此外，由于肋部形成加工性等限制，因此无法自由地改变流路的形状和宽度。因此，在由致密性碳或通过冲压成型得到的完全闭塞梳型气体流路中，难以使电极整体的气体反应均等化。此外，还存在伴随着发电而产生的生成水的排出、气体扩散层的间隙的滞留水的充塞等导致发电效率下降的缺点。

本发明的目的在于，提供一种包括肋部和沟道部的半闭塞流体引导流路，其具有多孔的肋部，用于使包含未反应流体、被用于反应的流体、水蒸气的反应流体能够渗透，从而使流体反应均等化。

此外，在这种反应流体能够渗透的肋部中，通过改变肋部孔隙率的大小和肋部配置，能够实现仅反应流体通过的功能或反应流体通过和反应生成水排出这两个功能。

并且，在这种反应流体能够通过的肋部中，由于能够通过改变肋部间的间隔来固定地、阶段性地、或者连续地改变沟道宽度，以及自由地变更肋部剖面形状和尺寸，因此能够容易地应对规格变更。

上述目的能够通过提供具备半闭塞的流体引导流路的发电效率高的燃料电池单元来实现，该半闭塞的流体引导流路能够不受传统制造加工限制自由地设计流体引导流路，能够容易地实现电极整体的流体反应的均等化、沟道内的生成水的排出及气体扩散层间隙的滞留水的排出。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的一个方面提供一种燃料电池单元，包括相对的第一隔板、第二隔板和层叠在所述第一和第二隔板之间的膜电极接合体，所述膜电极接合体包括催化剂涂覆膜和分别设于所述催化剂涂覆膜的第一侧和第二侧的第一气体扩散层和第二气体扩散层，所述电池单元还包括设在所述第一隔板和所述第一气体扩散层之间和/或所述第二隔板和所述第二气体扩散层之间的用于提供电化学反应的反应流体的流体引导流路，其中所述流体引导流路具有用于控制所述反应流体流动的肋部，所述肋部分隔出与所述反应流体供给口相通的多个第一沟道部和与所述反应流体排出口相通的多个第二沟道部，至少部分第一沟道部和至少部分第二沟道部相邻，所述肋部位于相邻的第一沟道部和第二沟道部之间的部分具有允许所述反应流体渗透的多孔材料。

在本发明的一实施例中，所述流体引导流路是附着在对应的第一隔板面向对应的气体扩散层的表面和/或对应的气体扩散层面向对应的隔板的表面。

在本发明的一实施例中，所述多个第一沟道部和所述多个第二沟道部是交错排列。

在本发明的一实施例中，孔隙所述肋部是连续分布的梳型结构。

在本发明的一实施例中，所述肋部的一部分或全部由仅反应流体能够通过的多孔材料构成。

在本发明的一实施例中，所述肋部的多孔材料含有仅反应流体能够通过的单一尺寸的孔隙、或者多个尺寸的孔隙。

在本发明的一实施例中，所述肋部的一部分或全部由反应流体和反应生成水能够通过的多孔材料构成。

在本发明的一实施例中，所述肋部的多孔材料具备仅反应流体能够通过的第一孔隙以及反应生成水能够通过的第二孔隙，所述第二孔隙大于所述第一孔隙。

在本发明的一实施例中，所述肋部的一部分由反应流体无法通过的致密材料构成。

在本发明的一实施例中，所述肋部的多孔材料的孔隙率和/或孔隙尺寸分布设为相同。

在本发明的一实施例中，所述肋部在靠近所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的两端的孔隙率和/或孔隙尺寸大于远离所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的中部的孔隙率和/或孔隙尺寸。

在本发明的一实施例中，所述第一沟道部的截面积从所述反应流体的进口朝向下游端连续地或阶段性地减小，所述第二沟道部的截面积从上游端朝向所述反应流体的出口连续地或阶段性地增大。

在本发明的一实施例中，所述肋部在垂直于所述燃料电池单元的延伸面的截面是梯形。

在本发明的一实施例中，所述肋部的全部或局部在所述燃料电池单元的延伸面内是锯齿形和/或波浪形。

在本发明的一实施例中，所述肋部的锯齿形和/或波浪形状的周期在所述流体引导流路方向上是一定的或者是全部或局部可变的，所述肋部在所述燃料电池单元的延伸面内的宽度是一定的或者是全部或局部可变的。

在本发明的一实施例中，所述的燃料电池单元，其中所述肋部在流体引导流路方向上的锯齿形和/或者波状周期，在靠近所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的两端的周期值小于远离所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的中部的周期值。

在本发明的一实施例中，所述肋部在所述燃料电池单元的延伸面上的宽度，在靠近所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的两端的宽度值大于远离所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的中部的宽度值。

在本发明的一实施例中，位于所述第一隔板和所述第一气体扩散层之间的肋部在与所述第一隔板或所述第一气体扩散层接触的一端的轮廓是曲面，位于所述第二隔板和所述第二气体扩散层之间的肋部在与所述第二隔板和所述第二气体扩散层接触的一端的轮廓是曲面。

在本发明的一实施例中，所述肋部由相同材料形成。

在本发明的一实施例中，所述肋部的至少一部分是通过不同的多个材料的组合来形成。

在本发明的一实施例中，所述流体引导流路是以涂布、印刷、点胶、喷射或转印的方式形成于对应的隔板表面和/或气体扩散层表面。

在本发明的一实施例中，所述流体引导流路的肋部的顶面、所述第一和第二沟道部底面的部分或全部是经亲水性处理的。

附图概述

本发明的特征、性能由以下的实施例及其附图进一步描述。

图1是表示本发明的一实施方式的燃料电池堆的结构的外观图。

图2是本发明的实施方式1的半闭塞的流体引导流路的简要俯视图。

图3是本发明的实施方式1的半闭塞的流体引导流路的简要剖视图。

图4是表示本发明所涉及的供给侧流路和排出侧流路的压力分布的图表。

图5是表示流过本发明所涉及的供给侧流路和排出侧流路的反应气体的流量、流速的图表。

图6是本发明实施方式1的半闭塞的流体引导流路的简要俯视图。

图7是本发明的实施方式2的半闭塞的流体引导流路的简要俯视图。

图8A-8C是本发明的实施方式2的半闭塞的流体引导流路的简要剖视图。

图9是本发明的实施方式3的半闭塞的流体引导流路的简要俯视图。

图10A、10B是本发明的实施方式3的半闭塞的流体引导流路的简要剖视图。

图11是本发明的实施方式4的半闭塞的流体引导流路的简要俯视图。

图12A-12C是本发明的实施方式4的半闭塞的流体引导流路的简要剖视图。

图13A、13B是作为本发明的变形例1的半闭塞的流体引导流路的简要剖视图。

图14A、14B是作为本发明的变形例2的半闭塞的流体引导流路的简要剖视图。

图15A-15D是构成本发明一实施例的半闭塞的流体引导流路的肋部剖面形状的一些示例。

图16A-16D是表示用于比较本发明一实施例的半闭塞的流体引导流路的效果的流速的图表。

标号说明：

1 电解质膜

2 阳极侧催化剂层

3 阴极侧催化剂层

4 阳极侧气体扩散层(基材)

5 阴极侧气体扩散层(基材)

6 阳极侧隔板(基材)

7 阴极侧隔板(基材)

8 单元

9 堆叠结构体

10 膜电极接合体

11 肋部

12 供给侧头部流路

13 排出侧头部流路

14 阳极侧流体引导流路

15 阴极侧流体引导流路

16 冷却流路

17 流体供给口

18 流体排出口

19 密封材料

21 沟道

22 供给沟道

23 排出沟道

本发明的较佳实施方式

此处，参照附图，举例示出优选的实施方式来详细说明本发明的燃料电池。另外，在以下的说明中，以燃料电池为固体高分子型燃料电池的情况为例进行说明。其中，本发明的一实施方式中所记载的结构构件的材质、尺寸、形状、角度、其相对配置等只要没有特别地进行特定记载，那么本发明的范围就不仅限于这些记载。

下面，参照适当的附图对本发明的一实施方式进行详细说明。在参照的附图中，图1是表示构成应用了本发明一实施方式的燃料电池单元的简要结构的剖面示意图。该燃料电池单元8包括膜电极接合体10、从两面夹持膜电极接合体10的阳极侧的隔板6和阴极侧的隔板7、位于气体扩散层4、5和隔板间的流体引导流路14、15、以及位于隔板6和隔板7间的冷却流路16。膜电极接合体10由电解质膜1、形成在电解质膜1的各个面上的阳极侧的催化剂层2和阴极侧的催化剂层3、与上述各催化剂层相邻设置的阳极侧的气体扩散层4和阴极侧的气体扩散层5构成。

通常，燃料电池使用反应气体来进行电化学发电。本发明的一实施方式中，燃料电池是固体高分子型燃料电池，将含有氢的燃料气体、以及含有氧的氧化气体用作为反应气体。该一实施方式中，燃料电池中所使用的燃料气体是储存于储存箱的氢气，但在其他的一实施方式中，也可以是储存于吸氢合金的氢气，还可以是对碳化氢类燃料进行改质而得到的氢气。本发明的一实施方式中，燃料电池所使用的氧化气体是从外部气体取入的空气。在本发明的实施例中，作为燃料和氧化的可以不是气体，也可以是液体等其他流体。

本发明的燃料电池单元8具有由阳极催化剂层2和阴极催化剂层3夹持电解质膜1而得到的催化剂涂覆膜(catalyst coated membrane，CCM)，进一步经由从外侧夹住该CCM而得到膜·电极接合体(MEA)10的一对气体扩散层4、5，以及进一步夹住MEA 10的一对隔板6、7。在隔板6与气体扩散层4，以及隔板7与气体扩散层5之间，分别设置有半闭塞的流体引导流路14和15。在阴极侧的是氧化流体引导流路15、在阳极侧的是燃料流体引导流路14。本发明的氧化流体引导流路15和燃料流体引导流路14中，燃料气体与氧化气体的流动方向可以是彼此相对的相对流，也可以是同方向流动的平行流。

〔燃料电池的工作原理〕

燃料电池的工作原理如下所述。燃料气体被提供给阳极(被称为燃料极)，借助催化剂的帮助，电子从所提供的燃料气体中分离并向外部电路移动。这里，氢变化为氢离子(被称为质子)。另一方面，氧被提供给阴极(被称为空气极)。氧与从电解质膜通过的质子和从外部电路流入的电子进行反应从而生成水。

作为一个示例，本发明的燃料电池是下述固体高分子型燃料电池，即：电解质膜1使用固体高分子电解质，向该电解质膜1添加阳极侧催化剂层2(称为第一催化剂层)和阴极侧催化剂层3(称为第二催化剂层)，构成催化剂涂覆膜(catalyst coated membrane，CCM)。在阳极侧催化剂层2以隔着阳极侧气体扩散层4(称为第一气体扩散层)的方式附加上阳极侧隔板6(称为第一隔板)，并在阴极侧催化剂层3以隔着阴极侧气体扩散层5(称为第二气体扩散层)的方式附加上阴极侧隔板7(称为第二隔板)，由此来构成燃料电池单元8，堆叠多个该燃料电池单元8而得到固体高分子型燃料电池。

关于本发明的一实施方式所涉及的燃料电池单元8的构成构件和与它们关联的要素，可以使用公知的基材来形成。此外，可以使用惯用技术来制作燃料电池单元8的构成构件和与它们相关联的要素。本发明的实施例中，关于公知的基材和惯用技术没有特别的限制。下面，对各构成构件简单进行说明。

〔电解质膜〕

电解质膜1由湿润状态下具有良好的质子传导性的固体高分子材料、例如氟系高分子膜制作而成。作为起电部的电解质膜1所要求具有的主要功能可列举出：良好的质子传导性、反应气体的非透过性、电子绝缘性及物理和化学高耐久性。作为本发明的实施例所使用的电解质膜，只要是由离子(质子)透过性优异且不会流过电流的材料形成的，则没有特别的限制。

〔催化剂层〕

在配置于电解质膜1的两侧的阳极侧催化剂层2中进行氢的氧化反应，在阴极侧催化剂层3中进行氧的还原反应。在阳极侧催化剂层2，促使进行氢分解成质子和电子的反应(氢氧化反应)。在阴极侧催化剂层3，促使进行由质子、电子、氧生成水的反应(氧还原反应)。本发明所使用的催化剂层没有特别的限制，可使用以往所使用的通常的材料。

〔气体扩散层〕

气体扩散层4、5具有下述三个功能。第一个是不仅使从流体引导流路流来的反应气体向流体引导流路的垂直下方扩散，还使它们扩散至肋部的垂直下方的气体扩散性功能。第二个是适度地使催化剂层内湿润，并排出过剩水的水管理功能。第三个是形成电子移动路径的集电性功能。气体扩散层4、5是具有高效地沿着电解质膜1的面方向对化学反应所需的燃料气体和氧化气体进行引导的功能的层。即，在阳极侧气体扩散层4设有能够使燃料气体扩散的流体引导流路14，在阴极侧气体扩散层5设有能够使氧化气体扩散的流体引导流路15。除了碳纸之外，由碳纤维构成的碳布或碳毡等只要具有足够的气体扩散性和导电性就没有特别的限制，可以沿用现有的燃料电池所使用的成品的气体扩散层。

〔隔板〕

隔板是对作为发电体的燃料电池单元8彼此进行划分的薄板，在一对隔板6、7之间收纳有发电所需的电解质膜1、阳极侧催化剂层2、阴极侧催化剂层3、阳极侧气体扩散层4、5、阴极侧气体扩散层5。另外，该隔板也起到对发电得到的电进行集电的集电体的功能。隔板6和7典型的由金属制成。可以理解，隔板6和7也可以使用其他导电材料，或者是包含导电材料的复合材料。

在阳极侧形成有用于向电解质膜1提供燃料气体(氢)的燃料流体引导流路14。燃料流体引导流路14形成在阳极侧隔板6和气体扩散层4之间，形成为沿着燃料气体流动方向延伸出的凹凸状。在阴极侧形成有用于向电解质膜1提供氧化气体(空气)的氧化流体引导流路15。氧化流体引导流路15形成在阴极侧隔板7和气体扩散层5之间，形成为沿着氧化气体流动方向延伸出的凹凸状。

〔流体引导流路〕

向燃料电池提供气体的流路由条状的凸部和凹部构成。凸部被称为肋部11，经由膜电极接合体(MEA)和气体扩散层被接触，起到电的通电部的作用。凹部被称为沟道21，是从外部向燃料电池中提供气体的通路和水等的排出通路。通常，肋部11由与形成气体流路的基材相同的气体非透过性的材料构成，但在后述的该一实施方式中，肋部11的特征在于通过附着与基材不同的材质的多孔质材料来形成。另外，肋部11可以是在气体流动方向上连续的突起，或者，肋部也可以是不连续的或者零散的突起。

接着，作为流体引导流路图案的一个示例，对流路进行说明。流体引导流路可包括由肋部11限定的供给侧头部流路、沟道21以及排出侧头部流路。沟道21可包括供给沟道22和排出沟道23。供给侧头部流路与气体供给口连通，在隔板的宽度方向上延伸。多个供给沟道22从供给侧头部流路开始分支，在隔板的长边方向上大致平行地以大致直线状延伸。多个供给沟道22的下游端封闭。排出侧流路也同样。下游侧封闭的供给侧流路和上游侧封闭的排出侧流路在气体扩散层上彼此隔开间隔交替地并排设置。

提供给供给侧流路的气体从供给侧流路进入气体扩散层，在通过其内部之后，流入相邻的排出侧流路。将该流动的情况称为“横流”。通过这种强制对流，气体催化剂层附近的气体浓度分布提高，因此能够提高气体扩散性。

由此，通过层叠膜电极接合体、一对气体扩散层、一对隔板来构成燃料电池堆。

另外，在燃料电池堆中，在隔板与固体高分子电解质膜之间、或者燃料电池单元和与之相邻的其他的燃料电池单元之间配置有气体密封材料19，但本说明书中省略了它们的记载。

此外，在燃料电池堆中，配置有在构成堆时起到用于连结各单位的连结单元的作用的歧管，但本说明书中省略了它们的记载。

此外，在设置有使反应气体流通的流体引导流路的面的相反侧的隔板面设置有使在燃料电池堆运行使用于冷却燃料电池堆的制冷剂(例如，冷却水等)流通的冷却介质用流路，但本说明书中省略了该记载。

以上本发明中构成构件及与它们相关联的要素的形态不限于上述结构，可适当进行变更。

以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。另外，在各图中，对相同或相当的部分标注相同的标号，并适当地简化或省略其重复说明。需要注意的是，这些附图的尺寸比率为了便于说明而进行了夸大，有时会与实际的比率不同，并没有采用正确的比例尺，与实际相比进行了放大显示。

进一步对本发明的一实施方式所涉及的半闭塞的流体引导流路的结构进行详细说明。这里，为了简化说明，在没有特别限制的情况下阳极侧流体引导流路和阴极侧流体引导流路具有相同的结构。因此，在对它们共通的事项进行说明的情况下，将它们简称为“流体引导流路”。此外，本说明书中所提到的“反应气体”包含燃料气体、氧化气体、水蒸气、以及包含其他气体的流体。“基材”是形成有本发明的半闭塞的流体引导流路的基板(隔板6、7、气体扩散层4、5)。

实施方式1

以下，使用图1～6，对本发明的实施方式1的具备半闭塞梳型的流体引导流路的燃料电池进行说明。另外，本发明不仅仅限于实施方式1。

在本发明的实施方式1所涉及的具备半闭塞梳型的流体引导流路的燃料电池中，如图1～6所示，半闭塞的流体引导流路的特征在于，使用具有规定的孔隙率的多孔质材料(以下，称为高多孔材料、低多孔材料)来形成。以下，对本实施方式1中具有使用多孔材料形成的肋部的半闭塞的流体引导流路的结构、物性及原理进行说明。

本实施方式1中，使用多孔材料形成的肋部11的剖面形状采用矩形。此外，本实施方式1中将沟道宽度设为均等。本实施方式1中，为了进行比较，着重关注使用孔隙率(porosity)不同的多孔质的肋部11构成的半闭塞的流体引导流路。

图2是本发明的实施方式1的半闭塞梳型的的流体引导流路的简要俯视图。根据图2，本实施方式的燃料电池中的半闭塞的流体引导流路中，上游端为供给侧头部流路12，下游端为排出侧头部流路13，中部为交替分布的供给沟道22(称为第一沟道)和排出沟道23(称为第二沟道)。两个相邻的梳型流体引导流路的沟道部形成为彼此咬合。供给侧流路的供给沟道22与歧管的反应气体，例如氧气供给口17相连接，排出侧流路的排出沟道23与歧管的反应气体，例如氧气排出口18相连接。供给沟道22和供给沟道23隔着肋部11交替形成，作为槽状的凹部彼此独立而并不相连，供给沟道22和排出沟道23各自的末端被封闭。

需要指出是，尽管本实施例中，所有的供给沟道22和排出沟道23交替分布，但可以理解，这种方式是示例性的。本发明的实施方式中，只要有一部分供给沟道22和一部分排出沟道23相邻，即可促成反应气体的横流。

图3是放大本发明的实施方式1的半闭塞的流体引导流路的一部分而得到的简要剖视图II-II。由图3可知，构成半闭塞的流体引导流路的肋部11形成在表面平滑的基材(气体扩散层4与隔板6或气体扩散层5和隔板7)之间。本实施方式的半闭塞的流体引导流路形成在气体扩散层4、5和隔板6、7的中间位置，并没有设置在气体扩散层内，也没有与隔板一体化。本实施方式的半闭塞的流体引导流路形成在基材表面，是不与基材一体化的流体引导流路，若设为其他的方式，则也可以作为气体扩散层或隔板的附加流路来形成。

本实施方式的半闭塞流路中的反应气体的流动由在沟道的气体扩散层面方向上流动的一次流动(图3的箭头①)、以及在沟道的肋部侧面方向上流动的反应气体的两个二次流动(图3的箭头②和箭头③)构成。一次流动是下述横流(图3的箭头①)：反应气体从歧管的供给口17(参考图2)注入，在供给沟道22中流动，它的大部分流入气体扩散层4、5，在引起电池主反应之后，按压出排出沟道23，从歧管的排出口18进行排气。本实施方式的半闭塞梳型流路中反应气体的两个二次流动是下述流动：反应气体从歧管的供给口17注入，在供给沟道22中流动，它的一部分在通过存在于肋部11的孔隙之后，向气体扩散层渗透的由箭头③所示的流动；以及分支成直接按压至排出沟道23的由箭头②所示的流动，而后从歧管的排出口18进行排气。本说明书中，将直接经由肋部进行的二次流动称为“直接肋流”。

此外，图3中，用箭头示出了在交替设置的供给沟道22和排出沟道23的周边的反应气体的流线。图3中，箭头的大小表示横流和直接肋流的大小。箭头①所示的流线表示反应气体从供给沟道22向气体扩散层4、5连通，在电池主反应后，未反应气体(包含水蒸气)和反应生成水被按压出排出沟道23这样的横流。箭头②和箭头③所示的流线是直接肋流，是反应气体或反应气体和反应生成水从供给沟道22渗透至多孔质肋部然后进行分支后的两个分支流。箭头②所示的主要分支流中，反应气体或反应气体和反应生成水通过肋部，并排出至排出沟道23。箭头③所示的其他分支流通过气体扩散层，与促进电池主反应的流动合流。并且，箭头③所示的流动促进与肋部11相接的周围的生成水的排出。

对本实施方式所涉及的多孔质材料的特性进行详细叙述。构成本实施方式的半闭塞的流体引导流路的肋部中包含有不透过反应气体的“致密材料”、以及使反应气体透过及/或使生成水排出的“多孔材料”。肋部的“致密材料”部由没有孔隙或孔隙非常少的不透过反应气体的导电材料构成。肋部的“多孔材料”部中，其内部的孔隙是合成多孔材料的导电性粒子的凝聚体的间隙，可通过改变大小不同的导电性粒子数和分布来控制其孔隙率和孔隙直径。“低多孔材料”是使反应气体透过的具有较低孔隙率和较小的孔隙直径的导电材料。“高多孔材料”是同时使反应气体透过和生成水排出的具有较高孔隙率和较大孔隙直径的导电材料。具有较大孔隙直径的“高多孔材料”可应用不含有“低多孔材料”的较小孔隙直径的情况、以及既引入这样的较小孔隙直径也包含较大孔隙直径的含有多个尺寸的孔隙直径的情况。粉末导电材料使用金属粉末、碳粉末、石墨烯复合粉末或者其他粉末等形成的材料。

对构成能够使反应气体或反应气体和反应水通过这些孔隙的肋部11的该多孔质材料实施亲水性处理。本实施方式中，利用具有这种气体通过性及/或反应水的排出性的肋部材料，使供给沟道22和排出沟道23隔开，因此，能够使通过存在于该多孔质材料的无数的孔隙的一部分反应气体作为直接肋流而通过。由于利用上述的多孔材料构成肋部，因此，本实施方式的流体引导流路的主要特征在于不是完全闭塞型，而是半闭塞的流路。

图15A-15D示出了使用多孔质材料形成的肋部11的剖面形状。如图15A-15D所示，定义肋部剖面形状的尺寸值中包含有上边、下边、高度、角度α、角度β。通过对定义肋部剖面形状的这些尺寸值任意地进行变更，从而能够形成由各种剖面形状形成的肋部，并且定义肋部剖面形状的这些尺寸值也是对作为沟道部的空间的宽度、高度产生影响的值。

另外，本发明中构成半闭塞的流体引导流路的肋部剖面形状不限于图15A-15D所示的剖面形状，作为其形状的种类是无限的，因此，在此处对它们的全部进行公开实际上是不可能的。作为本说明书中所提及的肋部剖面形状，作为典型例而仅列举了矩形和梯形，但也可以包含其他的多边形、半圆、半椭圆状、半长圆状等，无视这些形状的表里、方向、大小的比率的不同，作为肋部剖面形状的“形”它们是全部相同的，它们的全部均包含在本发明的权利要求书范围内。即，本发明的肋部剖面形状中包含有与本发明的说明书所记载的形状具有相似关系的所有剖面形状。具体而言，矩形、梯形、具有满足其他的相似条件的相似关系的所有的形状，加上它们的镜像，均包含在构成本发明的半闭塞梳型的流体引导流路的肋部剖面形状中。

虽然直接测定通过多孔质体内的反应气体的流动在技术上较为困难，但由于沟道内的气体的流动很大程度取决于气体扩散层和肋部材料各自的孔隙率和孔隙直径分布的差，因此，对于有多大程度的量的反应气体透过肋部11进行一定程度的推定。实际所使用的透过反应气体的肋部材料的孔隙率与气体扩散层的孔隙率相比，显著较低。对于孔隙直径，与气体扩散层的孔隙直径相比，肋部材料的孔隙直径非常小。此外，兼具反应气体的透过性和反应水的排出性的肋部材料的孔隙率与气体扩散层相比，显著较低。用于进行反应水的排出的孔隙直径非常小。此外，排出侧的压力是供给侧的压力的几分之一的程度或其以下。因此，例如在将供给量设为100％时，反应气体从供给沟道22向排出沟道23扩散的路径及其比例如下所述。(a)流过供给沟道22的反应气体量的70～90％以上直接通过位于其上部的气体扩散层，(b)在MEA中未反应的反应气体的10％以下被按压出排出沟道23，(c)流过供给沟道22的反应气体量的10～30％以下透过存在于肋部的孔隙，(d)其一部分(10％以下)向肋部垂直下方或上方的气体扩散层移动，(e)通过肋部的孔隙并向排出沟道23排出的反应气体为5～20％以下，其中的一半或一半以上的反应气体被排出至外部。即，整体的2～3成程度以下的反应气体经由肋部与排出沟道23或气体扩散层连通。以上只是一个示例，通过控制肋部的孔隙率和孔隙直径，能够调整渗透到肋部11的孔隙的反应气体的流量。

参照将本发明所涉及的半闭塞流量的压力分布可视化的图4的图表，边对以没有孔隙(气体非透过)的方式形成的肋部的事例(实线)、用低多孔材料形成的肋部的事例(低孔隙率、虚线)、以及用高多孔材料形成的肋部的事例(高孔隙率、虚线)进行比较，边对各流路内的压力的情况进行说明。

图4中，图表上的实线(a)、(b)、(c)示出将由没有孔隙且剖面形状为矩形的肋部形成的完全闭塞流路作为基准，上游侧和下游侧之间的各个供给沟道压力分布、排出沟道的压力分布以及由它们的差形成的差压分布。同样地，虚线(d)、(e)、(f)示出由使用低多孔材料形成的剖面形状为矩形的肋部构成的半闭塞流路中上游侧和下游侧之间的各个供给沟道压力分布、排出沟道的压力分布以及由它们的差构成的差压分布。虚线(g)、(h)、(i)示出由使用高多孔材料形成的剖面形状为矩形的肋部构成的半闭塞流路中上游侧和下游侧之间的各个供给沟道压力分布、排出沟道的压力分布以及由它们的差构成的差压分布。

图4中，实线(a)是表示由没有孔隙的肋部形成的完全闭流路的供给侧的流路方向的流路内压力变化的曲线。如实线(a)所示，供给沟道22的上游端的压力最高，该压力到供给沟道22的中游部为止急剧下降，然后继续缓缓下降直到下游端为止。实线(b)是表示由没有孔隙的肋部形成的完全闭塞梳型流路的排出侧的流路方向的流路内压力变化的曲线。如实线(b)所示，对比鲜明地，排出沟道23的上游端的压力朝向排出沟道23的下游端到中游部为止没有大幅下降，而后急剧下降直到下游端。由供给侧流路的压力(实线(a))与排出侧流路的压力(实线(b))的差构成的流路方向的差压分布用实线(c)的曲线来表示。如实线(c)所示，由于供给沟道22与排出沟道23的差压与上游端和下游端相比在中游部显著变低，因此，可知中游部的横流的流速或流路极低，有碍电池主反应的进行。

图4中，虚线(d)是表示由使用低多孔材料形成的剖面形状为矩形的肋部形成的半闭塞的流体引导流路中供给侧流路的流路方向的压力分布的曲线。如虚线(d)所示，关于供给沟道22的流路方向的压力分布，根据供给沟道22与排出沟道23的压力差，一部分的供给反应气体通过低多孔材料(直接肋流)，因此压力分布发生变化。与实线(a)所示的完全闭塞流路的供给沟道22的流路方向的压力变化相比，中游部的压力稍稍下降，而上游端和下游端两侧的压力大幅下降。

另一方面，虚线(e)是表示由使用低多孔材料形成的剖面形状为矩形的肋部形成的半闭塞的流体引导流路中排出侧流路的流路方向的压力变化的曲线。如虚线(e)所示，关于排出沟道23的流路方向的压力分布，与实线(b)所示的完全闭塞流路的排出沟道23的流路方向的压力变化相比，根据供给沟道22与排出沟道23的压力差，反应气体通过低多孔材料，并流入排出沟道23(直接肋流)，因此，虽然压力分布相似，但与中游部的压力上升相比，上游端和下游端的两侧的压力上升大。

因此，虚线(f)是表示由使用低多孔材料形成的剖面形状为矩形的肋部形成的半闭塞的流体引导流路中供给侧流路压力(虚线(d))与排出侧流路的压力(虚线(e))的差所构成的流路方向的差压分布的曲线。如虚线(f)所示，供给沟道22与排出沟道23的差压与实线(c)所示的完全闭塞流路的差压相比，在中游部稍稍降低，在上游端和下游端大幅降低。通过使两端侧的差压接近中游部的差压值，可力图实现流路方向的差压分布的均等化。由此，中游部的横流的流速或流量较低从而妨碍电池主反应的进行的问题得到大幅改善。

图4中，虚线(g)是表示由使用高多孔材料形成的剖面形状为矩形的肋部形成的半闭塞的流体引导流路中供给侧流路的流路方向的压力分布的曲线。如虚线(g)所示，关于供给沟道22的流路方向的压力分布，根据供给沟道22与排出沟道23的压力差，反应气体和反应水均通过高多孔材料(直接肋流)，因此压力分布发生变化。与虚线(d)所示的由低多孔材料形成的半闭塞的流体引导流路的供给沟道22的流路方向的压力变化相比，中游部的压力稍稍下降，而上游端和下游端两侧的压力大幅下降。

另一方面，虚线(h)是表示由使用高多孔材料形成的剖面形状为矩形的肋部形成的半闭塞的流体引导流路中排出侧流路的流路方向的压力变化的曲线。如虚线(h)所示，关于排出沟道23的流路方向的压力分布，根据供给沟道22与排出沟道23的压力差，反应气体和反应水均通过高多孔材料，并流入排出沟道23(直接肋流)，因此，与虚线(e)所示的由低多孔材料形成的半闭塞的流体引导流路的排出沟道23的流路方向的压力分布相比，示出更大的压力值。虽然两者的压力分布相似，但关于上游端和下游端的两端侧的压力，由高多孔材料形成的排出沟道23的值比由低多孔材料形成的排出沟道23的值要高。

因此，虚线(i)是表示由使用高多孔材料形成的剖面形状为矩形的肋部构成的半闭塞的流体引导流路中供给侧流路压力(虚线(g))与上述的排出侧流路的压力(虚线(h))的差压的流路方向的分布的曲线。如虚线(i)所示，关于供给沟道22与排出沟道23的差压，与虚线(f)所示的由低多孔材料形成的半闭塞的流体引导流路的差压相比，在中游部稍稍变高，在上游和下游的两端侧大幅下降，示出与中游部的差压相接近的值。因此，可力图实现流路方向的差分分布的均等化。由此，中游部的横流的流速或流量较低从而妨碍电池主反应的进行的问题得以解决。

对图4中所绘制的表示供给沟道22与排出沟道23之间的流路方向的差压分布的没有孔隙的曲线(c)、低多孔材料的曲线(f)、高多孔材料的曲线(i)分别进行比较后得到的结果是，低多孔的曲线(f)具有比没有孔隙的曲线(c)要大的曲率半径。在实施方式1的由低多孔材料形成的肋部的事例中，所构成的半闭塞流路的上游端和下游端的两侧的差压值与中游部间的差压值的差异极小。并且，可知高多孔的曲线(i)具有最大的曲率半径，绘制了接近于直线的曲线。即，在实施方式1的由高多孔材料形成的肋部的事例中，由高多孔的肋部构成的半闭塞流路的流路方向的差压分布最为均等，可认为接近于基本相同的差压值。因此，本实施方式的半闭塞流路中，由于利用多孔质材料来形成肋部，尤其是若利用高多孔的肋部来形成，则可获得差压的流路方向的变化显著变小的优选结果。

本实施方式的半闭塞流路中，在流体引导流路的供给侧，由于由外部施加了压力，因此能够使供给侧的压力始终较高。另一方面，为了提高半闭塞流路的排出侧流路的压力，除了反应气体和反应生成水从气体扩散层移动的横流之外，还通过经由肋部孔隙，从供给沟道22一部分的反应气体或反应气体和反应生成水通过，并流入排出沟道23的直接肋流的两个流动来实行。但是，排出侧流路的压力值不会高于供给侧流路的最低压力值。

本发明的实施方式1的半闭塞流路的特征在于，通过具备肋部孔隙，所供给的气体的一部分从压力较高的供给沟道22向压力较低的排出沟道23排出。作为气体的反应气体从肋部孔隙排出是指，反应气体(未反应或反应完成)不经由气体扩散层直接从供给侧流路向排出侧流路移动。由于存在这种直接肋流，供给侧流路与排出侧流路的流路方向的压力变化变小。若利用高多孔材料形成肋部，则能够进一步减小两流路的流路方向的压力变化，其结果是，能够实现可使由供给侧流路压力与排出侧流路压力的差构成的流路方向的差压分布均等化的半闭塞的梳型流体引导流路。本实施方式中，反应气体作为直接肋流排出至排出侧流路，因此，能够解决在利用没有孔隙的肋部形成的流体引导流路中出现的上游端和下游端两侧的差压与中游部的差压的过剩的差所带来的问题。

生成水有滞留于下游端的倾向。与位于上游端的肋部的孔隙相比，尤其是位于下游端的肋部的孔隙被以成膜的方式附着于肋部表面的生成水阻碍而无法起到通气孔的作用的可能性较高。即使在面对这种情况时，在供给侧流路中，尤其在阴侧的供给侧流路中，在压力注入时，附着于肋部表面的水滴被吹走，从而可以压出水分并带走。此外，在半闭塞流路中，尤其在阴极，由于处于空气始终移动的状态，因此即使认为导入了天然的换气机构也并不过分，利用始终移动的空气，具有吹走过剩的水分的干燥效果。并且，由于毛细管效果，因此会出现变化为水蒸气而进入到孔隙的水分从肋部渗出的现象。通过提高供给侧流路的反应气体的压力，能够提高多孔质肋部的水分排出力。另外，本实施方式中，对肋部整体设置了孔隙，但可以根据部位的不同而将孔隙率设为不同，也可以局部使用没有孔隙的致密性较高的材料。

参照将本发明所涉及的半闭塞流路的反应气体的流速的变动可视化后得到的图5的图表，边比较没有孔隙的肋部的事例、低多孔材料的肋部的事例、以及高多孔材料的肋部的事例，边对各流路内的流速或流量的状态进行详细叙述。在图5的表示横流的流路方向的流速分布的图中，作为基准例，图表上所绘制的实线示出了由剖面形状为矩形且没有孔隙的肋部所形成的完全闭塞流路中的流路方向的流速分布。虚线示出由使用高/低多孔材料形成的剖面形状为矩形的肋部构成的半闭塞流路中的流路方向的流速分布。这里所说的流速是指供给侧流路与排出侧流路之间引起的横流的速度。

图5所示的横流的流速在很大程度上取决于图4所示的供给侧流路压力与排出侧流路压力的差压的大小。该差压越大，流速也越大。若不考虑流体密度变化等影响因子，则横流的流速与该差压的1/2幂程度成比例。此外，也可以不考虑流体的压缩性和粘性等影响因子，若流动的截面积相同，则流速与流量成正比，考虑相同的意思，即处于不需要特别进行区分的关系。

在图5的横流的流路方向的流速分布中，如实线的曲线所示，上游端的流速和下游端的流速基本为相同程度，中游部的流速显著地大幅下降。这是由于由没有孔隙的肋部形成的流体引导流路中引起的上游端和下游端的两侧的差压与中游部的差压之间过剩的差所引起的。

在图5的横流的流路方向的流速分布中，虚线①的曲线示出比实线的曲线要大的曲率半径，上游端的流速、下游端的两侧的流速、以及中游部的流速间的差变小。这是因为由于导入了低多孔材料肋部来形成半闭塞的流体引导流路，从而两侧的差压与中游部的差压间的差得到了抑制。

在图5的横流的流路方向的流速分布中，可知虚线②的曲线示出比虚线①的曲线要大的曲率半径，上游端的流速、下游端的两侧的流速、以及中游部的流速间的显著的差几乎消失。即，全流路内的横流的流速基本变为相同。这可理解为由于形成导入了高多孔材料的肋部的半闭塞的流体引导流路，因此两侧差压与中游部的差压间的差变得非常小，与导入了低多孔材料肋部的半闭塞的流体引导流路相比能够消除上述差压的差。

图16A-16D是表示肋部的多孔质、流路的宽度和肋部剖面形状对反应气体的流速产生的效果的图表。实线的曲线是表示由剖面形状为矩形的肋部以无孔隙的方式形成的完全闭塞的流体引导流路中的流速变化的曲线。如实线的曲线所示，上游端的流速和下游端的流速基本为相同水平，中游部的流速大幅下降。代表本实施方式1的虚线①所示的曲线是表示由使用多孔材料形成的剖面形状为矩形的肋部所形成的、半闭塞的流体引导流路的流速变化的曲线。虚线①的曲线虽然与实线的曲线相似，但示出更大的曲率半径，中游部相对于向端部的流速的减少比以无孔隙方式形成的完全闭塞的流体引导流路要小。如图16D所示，可知若将歧管的供给口附近的流速或流量保持在相同水准，则由使用了多孔材料的肋部形成的半闭塞的流体引导流路的中游部的流速比完全闭塞的流体引导流路要高。

总之，根据本实施方式1的具备半闭塞的流体引导流路的燃料电池，通过将构成流体引导流路的肋部形成为多孔质，从而实现了反应气体通过性能优异的半闭塞梳型的流体引导流路。并且，根据本实施方式1的具备半闭塞的流体引导流路的燃料电池，由于同时进行反应气体和生成水的透过，因此，从流路设计的观点出发，更希望存在于肋部孔隙的一部分或全部具有较大的孔隙直径、利用孔隙率较高的高多孔材料来形成肋部。

如上所述，根据本实施方式1所涉及的具备半闭塞的流体引导流路的燃料电池，由于具备具有一部分反应气体能够通过的多孔质肋部的半闭塞的流体引导流路，因此，利用通过多孔质肋部的孔隙并从供给侧流路排出的反应气体，供给侧与排出侧流路的差压分布以及流路整体流速接近于均等水平，因此，与由没有孔隙的肋部形成的完全闭塞流体引导流路相比，大幅抑制了发电区域的气体反应的偏差，可有助于发电率提高。

关于本实施方式1的半闭塞的流体引导流路结构，以阴极为例进行了说明，但对于阳极也可以使用类似的结构，阳极侧和阴极侧也可以不同。即，可以使用不同的多孔材料来形成阳极侧的半闭塞的流体引导流路的肋部和阴极侧的半闭塞的流体引导流路的肋部。即，若应用本实施方式1的半闭塞的流体引导流路结构，则构成阳极侧的半闭塞的流体引导流路的肋部与构成阴极侧的半闭塞梳型的流体引导流路的肋部未必需要以相同的孔隙率来形成，可以不同，也可以组合来形成。此外，在阳极侧和阴极侧，可以采用不同的肋部形状，并对沟道宽度进行改变。可以考虑阳极侧和阴极侧各自所要求的功能，来选择与各自的特性相适应的流体引导流路的结构。

作为本实施方式1的半闭塞的流体引导流路的形成方法，只要是能够高精度地形成上述流路形状的方法即可，没有特别的限制。优选在气体扩散层4、5与隔板6、7的中间位置附着流体引导流路的方法。附着包含有印刷(printing)、喷射(injecting)、涂布(coating)、点胶(dispensing)以及转印(transfering)等方法。在此，印刷的方式可为丝网印刷(screen printing)。

本实施方式1中，构成形成于基材(气体扩散层、隔板)的半闭塞的流体引导流路的肋部可以使用相同的多孔材料形成，也可以使用不同的材料，并且也可以根据部位的不同来改变多孔材料的孔隙率。图6是本发明实施方式1的孔隙率高低不同或/和孔隙尺寸不同的半闭塞的流体引导流路的简要俯视图。在阳极侧和阴极侧的肋部，可以采用比中间部的肋部高的孔隙率的材料，使两侧的差压与中游部的差压间的差得到了进一步抑制。即，上游端的流速、下游端的两侧的流速、以及中游部的流速间的差变小，容易使电池主反应的均等化得以实现。此外、为了降低生成水有滞留于下游端的倾向，下游端的肋部也可以进一步采用比上游端的肋部大的孔隙直径的材料，使水蒸气和生成水容易通过下游端的肋部、提高多孔质肋部的水分排出力。此外，作为能够用于形成本实施方式1的半闭塞梳型的流体引导流路的物质，只要能够对所产生的电进行集电、具有气体透过性、且所形成的流路有助于气体扩散性的提高，就没有特别的限制。

另外，关于作为本发明的基材起作用的气体扩散层和隔板的厚度，没有特别的限制，考虑气体扩散性、排水性、冷却效果等来适当决定即可。

如上所述，本发明的实施方式1所涉及的半闭塞梳型的流体引导流路只是一个示例，并不限定于本说明书所记载的内容。

实施方式2

接着，使用图7、8，对本发明的实施方式2的具备沟道宽度变化的半闭塞的流体引导流路的燃料电池进行说明。另外，本发明不仅仅限于实施方式2。

在上述实施方式1中，以下述情况为例进行了叙述，即：构成半闭塞的流体引导流路的肋部由几个具有孔隙率和孔隙尺寸的多孔材料形成，其肋部剖面形状为矩形。在本发明的实施方式2所涉及的具备半闭塞的流体引导流路的燃料电池中，如图7、8所示，其主要不同点在于，构成流体引导流路的肋部由高多孔材料形成，并对其沟道宽度实施了局部的改变，其他的多孔质材料的物性、肋部孔隙、肋部的剖面形状、流路的压力、流速和流量的变化及原理与图1～6所示的实施方式1基本相同。因此，此处省略。另外，对与本发明的实施方式1中所述的图1～6的内容相重复的部分标注相同的标号，并省略其一部分的说明。

本实施方式2中，使用多孔材料形成的肋部的剖面形状采用矩形。并且，本实施方式2中，使供给侧流路的供给沟道宽度朝向下游端缓缓变窄，且使排出侧流路的排出沟道宽度朝向上游端缓缓变窄。

图7是本发明的实施方式2的半闭塞梳型的流体引导流路的简要俯视图。关于该流路的俯视结构，由于与实施方式1中所说明的一致，因此省略说明，但主要的不同点在于，使在隔板的长边方向上延伸的供给沟道22在供给沟道22中朝向下游端缓缓变窄，排出沟道23的沟道宽度在排出沟道23中朝向上游端缓缓变窄。

图8A-8C是本发明的实施方式2的半闭塞的流体引导流路的简要剖视图。关于其基本的流路剖面结构，由于与实施方式1中所说明的一致，因此省略，但在实施方式2中，可知使在隔板的长边方向上延伸的供给侧流路和排出侧流路的沟道宽度分别在供给沟道22中朝向下游端逐渐变窄，在排出沟道23中朝向上游端逐渐变窄。

由该剖视图可知，在上游端的肋部、中游部的肋部、下游端的肋部中，剖面形状和尺寸相同，但所形成的沟道的宽度不同。随着沿流路方向从上游端接近下游端，供给沟道22的截面积与其宽度从最大值连续地减少，成为末端的最小值。与此相对照地，随着沿流路方向从上游端接近下游端，排出沟道23的截面积与其宽度从最小值连续地增加，在末端成为最大值。

本实施方式2中，分别使供给沟道22和排出沟道23的沟道宽度在供给侧流路中朝向下游端变窄，在排出侧流路中朝向上游端变窄。若沟道高度相同，则沟道的截面积也随着沟道宽度变窄而减小。这就相当于气体的体积(沟道的体积)在供给侧流路中朝向下游端变小，在排出侧流路中朝向上游端变小。通过减小沟道的体积，在供给侧沟道22的下游端以及排出沟道23的上游端，能够增加反应气体的压力。

对照地，在上述的流路设计中，供给沟道22和排出沟道23的沟道宽度分别在供给侧流路中朝向上游端变广，在排出侧流路中朝向下游端变广。若沟道高度相同，则沟道的截面积也随着沟道宽度变广而增大。这就相当于气体的体积(沟道的体积)在供给侧流路中朝向上游端变大，在排出侧流路中朝向下游端变大。通过增大沟道的体积，在供给沟道22的上游端以及排出沟道23的下游端，能够减小反应气体的压力。

因此，本实施方式2中，通过使供给侧流路和排出侧流路的沟道宽度分别在供给沟道22中朝向下游端逐渐变窄，在排出沟道23中朝向上游端逐渐变窄，从而能够使半闭塞梳型的流体引导流路的上游端和下游端的两侧差压的增减彼此朝向相反方向扩大。在流路的上游端，由于供给沟道22的反应气体压力的减少和排出沟道23的反应气体的压力的增加而使得差压变小。另一方面，在流路的下游端，由于供给沟道22的反应气体压力的增加和排出沟道23的反应气体的压力的减少而使得差压变大。此外，在中游部的正中，由于沟道的截面积和沟道宽度没有变化，因此，差压也没有变化。

图16A-16D是表示肋部的多孔质、流路宽度和肋部剖面形状对反应气体的流速产生的效果的图表。代表本实施方式2的虚线③所示的曲线是表示由使用多孔材料形成的剖面形状为矩形的肋部所形成的、并且使沟道宽度改变后的半闭塞的流体引导流路中流路方向上的反应气体的流速分布的曲线。代表实施方式1的虚线①所示的曲线是使用了剖面形状为矩形的多孔质肋部的流路方向上的反应气体的流速分布。如图16B所示，虚线③与虚线①相比，由于流路的上游端的横流的差压的减少而使得流速减小，中央部的差压没有产生流速变化，由于下游端的横流的差压的增加而使得流速变得相当大。

如图16D所示，若将歧管的供给口附近的流速或流路保持在相同水准，则沟道宽度改变后的多孔质矩形肋部的半闭塞的流体引导流路(虚线③)与沟道宽度一定的多孔质矩形肋部的半闭塞的流体引导流路(虚线①)相比，流路上游端与中央部的横流流速的差更小，取而代之地，下游端的横流流速更高。即，从半闭塞梳型的流体引导流路的上游端朝向下游端电池主反应的均等化得以实现，在利用下游端的高横流流速进一步促进周围的电池反应的同时，整体流路的反应生成水的排出性变得更高。

总之，根据具备本实施方式2的半闭塞的流体引导流路的燃料电池，通过将构成流体引导流路的肋部设为多孔质，并且，使供给侧流路和排出侧流路的沟道宽度在供给侧流路中朝向下游端逐渐变窄，在排出侧流路中朝向上游端逐渐变窄，从而实现了沟道宽度变化的半闭塞的流体引导流路。

如上所述，根据具备本实施方式2的半闭塞的流体引导流路的燃料电池，由于使供给侧流路和排出侧流路的沟道宽度在供给沟道22中朝向下游端变窄，在排出沟道23中朝向下游端变广，因此，由于下游端的横流的差压的增加，流速变得相当大，能够强力地排出具有滞留于阴极侧的下游端的强烈倾向的反应水。此外，由于在排水沟道23中使之朝向下游端变广，因此可得到容易进行排水的半闭塞的流体引导流路。

关于本实施方式2的半闭塞的流体引导流路结构，以阴极为例进行了说明，但对于阳极也可以使用类似的结构，阳极侧和阴极侧也可以不同。即，可以使用不同的多孔材料来形成阳极侧的半闭塞梳型的流体引导流路的肋部和阴极侧的半闭塞梳型的流体引导流路的肋部。即，若应用本实施方式2的半闭塞梳型的流体引导流路结构，则构成阳极侧的半闭塞梳型的流体引导流路的肋部与构成阴极侧的半闭塞梳型的流体引导流路的肋部未必需要以相同的孔隙率来形成，可以不同，也可以组合不同的孔隙率。此外，在阳极侧和阴极侧，可以采用不同的肋部形状，并对沟道宽度进行改变。可以考虑阳极侧和阴极侧各自所要求的功能，来选择与各自的特性相适应的流体引导流路的结构。

作为本实施方式2的半闭塞梳型的流体引导流路的形成方法，只要是能够有一定精度地形成上述流路形状的方法即可，没有特别的限制。优选在气体扩散层4、5与隔板6、7的中间位置附着流体引导流路的方法。附着包含有印刷(printing)、喷射(injecting)、涂布(coating)、点胶(dispensing)以及转印(transfering)等方法。在此，印刷的方式可为丝网印刷(screen printing)。

本实施方式2中，构成形成于基材(气体扩散层、隔板)的半闭塞梳型的流体引导流路的肋部可以使用相同的多孔材料形成，也可以使用不同的材料形成。此外，可以根据部位的不同来改变多孔材料的孔隙率。作为能够用于形成本实施方式2的半闭塞梳型的流体引导流路的物质，只要能够对所产生的电进行集电、具有气体透过性、且所形成的流路有助于气体扩散性的提高，就没有特别的限制。

另外，关于作为本发明的基材起作用的气体扩散层和隔板的厚度，没有特别的限制，考虑气体扩散性、排水性、冷却效果等来适当决定即可。

如上所述，本发明的实施方式2所涉及的半闭塞梳型的流体引导流路只是一个示例，并不限定于本说明书所记载的内容。

实施方式3

接着，使用图9、10，对本发明的实施方式3的具备梯形剖面肋部的半闭塞梳型的流体引导流路的燃料电池进行说明。另外，本发明不仅仅限于实施方式3。

上述的实施方式1、2中，以下述情况为例进行了叙述，即：构成半闭塞梳型的流体引导流路的肋部由多孔材料形成，且对剖面矩形肋部的孔隙率和孔隙尺寸进行了改变、以及对沟道宽度进行了调节。在具备本发明的实施方式3所涉及的半闭塞梳型的流体引导流路的燃料电池中，如图9～10所示，其主要不同点在于，构成流体引导流路的肋部由多孔材料形成，其沟道宽度均等，且将肋部剖面形状设为梯形(以及逆梯形)，其他的多孔质材料的结构和物性、肋部孔隙、肋部的剖面形状、流路的压力、流速和流量的变化等与图1～8所示的实施方式1、2基本相同。另外，对与本发明的实施方式1、2中所述的图1～8的内容相重复的部分标注相同的标号，并省略其一部分的说明。

图9是本发明的实施方式3的半闭塞梳型的流体引导流路的简要俯视图，图10A、10B是该实施方式3的半闭塞梳型的流体引导流路的简要剖视图。关于该流路的俯视结构，由于与实施方式1中所说明的一致，因此省略，但主要不同点在于，肋部剖面形状为梯形或逆梯形，因此沟道宽度在与气体扩散层相接的面处，分别变广或变窄。

如图10A所示，肋部的剖面形状为梯形，成为设在隔板上的梯形肋部。

另一方面，如图10B所示，肋部的剖面形状为逆梯形，成为设在气体扩散层上的逆梯形肋部。若是设在隔板上的梯形肋部，则气体扩散层与梯形肋部相接的区域变窄，气体扩散层与沟道的接触面变广。若是设在气体扩散层上的逆梯形肋部，则气体扩散层与逆梯形肋部相接的区域变广，气体扩散层与沟道的接触面变窄。

如图10A所示，在设在隔板上的梯形肋部的实施方式3中，气体扩散层与沟道的接触面变广，向气体扩散层的气体渗透更为容易，横流(流动①)的流速在整个流路中变大。

另一方面，关于直接肋流，通过多孔质肋部从供给沟道22流出至排出沟道23的反应气体流动②是直接肋流的主流，通过将肋部截面积设为相同且将肋部形状设为梯形，随着多孔质肋部的反应气体通过的路径变短，供给沟道22和排出沟道23的直接肋流差压变小。即，在差压较大的上游端和下游端，通过采用梯形肋部，从而差压得到抑制，能够接近于中游部的差压，实现了横流的流速的均等化。

另一方面，关于从多孔质肋部流出至气体扩散层的反应气体流动③，从肋部垂直下方向气体扩散层进行的反应气体的渗透因与梯形肋部的接触面减小而减少。并且，该流动③是直接肋流的原本的一部分，在整个反应气体流动中所占的比例极低。即，反应气体流动③虽然因采用了梯形肋部而发生了变化，但对横流的流速带来的影响很小。

图16A-16D是表示肋部的多孔质、流路宽度和肋部剖面形状对反应气体的流速产生的效果的图表。代表本实施方式3的虚线④所示的曲线是表示由使用多孔材料形成的剖面形状为梯形的肋部所形成的、半闭塞的流体引导流路中流路方向上的反应气体的流速分布的曲线。代表实施方式1的虚线①所示的曲线是使用了多孔质矩形肋部的流路方向上的反应气体的流速分布。图16A的虚线④示出，与虚线①相比，由于流路的上游端和下游端的两侧的横流的差压的减少而使得流速变大，中央部的差压所造成的流速变化较小。由于流路的上游端和下游端的两侧的横流的差压接近于中游部的差压，因此可实现横流的流速的均等化。

如图16D所示，若将歧管的供给口附近的流速或流量保持在相同水准，则多孔质梯形肋部的半闭塞梳型的流体引导流路(虚线④)与多孔质矩形肋部的半闭塞梳型的流体引导流路(虚线①)相比，流路上游端和下游端的两侧与中央部的横流流速的差变小。即，在使用了具有与多孔质矩形肋部的高多孔化相同的作用的多孔质梯形肋部的半闭塞梳型的流体引导流路中，从上游端向下游端电池主反应的均等化在整个流路中得以实现，更进一步促进了电池反应。

如上所述，通过将肋部剖面形状设为梯形，能够任意地调整肋部与气体扩散层和隔板的接触面，随之也能够任意地调整沟道宽度。在使用了设在气体扩散层上的逆梯形多孔质肋部的实施方式3中，气体扩散层与沟道的接触面变窄，向气体扩散层的气体渗透性更小，横流(流动①)的流速整体变慢。

另一方面，关于直接肋流，②通过多孔质肋部从供给沟道22流出至排出沟道23的反应气体流动②中，即使将肋部截面积设为与上述相同且将肋部形状设为梯形，由于多孔质肋部的反应气体通过的路径变短，因此供给沟道22和排出沟道23的直接肋流差压变小。即，在差压较大的上游端和下游端，通过采用逆梯形肋部，从而差压得到抑制，能够接近于中游部的差压，实现了横流的流速的均等化。另一方面，从多孔质肋部向气体扩散层流出的反应气体流动③因从肋部垂直下方向气体扩散层进行的反应气体的渗透面积的增加而稍有变大，但在直接肋流中所占的比例极低，对横流的流速带来的影响很小。

根据具备本实施方式3的半闭塞的流体引导流路的燃料电池，通过将构成流体引导流路的肋部设为多孔质，将肋部剖面形状设为设在隔板上的梯形，或者设为设在气体扩散层上的逆梯形，从而实现了能够扩大或缩小沟道与气体扩散层的接触面的半闭塞的流体引导流路。

如上所述，根据具备本实施方式3的半闭塞梳型的流体引导流路的燃料电池，由于具备具备一部分反应气体能够渗透的多孔质肋部的半闭塞梳型的流体引导流路，因此，在因反应气体通过多孔质肋部孔隙而产生的横流的差压和流速的均等化的基础上，通过将肋部剖面形状设为梯形，使得反应气体的多孔质肋部孔隙的通过路径变短，直接肋流变大，从而更进一步促进了流路整体的横流的差压和流速的均等化。并且，通过使用设在隔板上的梯形肋部，扩大了沟道与气体扩散层的接触面，因此，能够在整个流路中使横流的流速变大。即，使用了多孔质梯形肋部的半闭塞梳型的流体引导流路中，由于横流的流速的均等化和快速化，从而能够提高燃料电池的发电效率。另一方面，在使用设在气体扩散层上的逆梯形肋部的情况下，气体扩散层与沟道的接触面变窄，横流流速稍稍变慢，但促进了流路整体的横流的差压和流速的均等化，可期待获得反应气体的冷却效果的改善效果。

关于本实施方式3的半闭塞的流体引导流路结构，同样，也可以采用设在隔板上的多孔质逆梯形肋部的半闭塞的流体引导流路，或者采用设在气体扩散层上的多孔质梯形肋部的半闭塞的流体引导流路，得到上述同样的效果。

关于本实施方式3的半闭塞梳型的流体引导流路结构，以阴极为例进行了说明，但对于阳极也可以使用类似的结构，阳极侧和阴极侧也可以不同。即，可以使用不同的肋部剖面形状来形成阳极侧的半闭塞的流体引导流路、以及阴极侧的半闭塞梳型的流体引导流路。即，若应用本实施方式3的半闭塞梳型的流体引导流路结构，则阳极侧的流体引导流路和阴极侧的流体引导流路未必需要以相同的孔隙率来形成，可以不同，也可以组合不同的孔隙率。此外，在阳极侧和阴极侧，可以采用不同的肋部形状，并对沟道宽度进行改变。可以考虑阳极侧和阴极侧各自所要求的功能，来选择与各自的特性相适应的流体引导流路的结构。

本实施方式3中，构成形成于基材(气体扩散层、隔板)的半闭塞梳型的流体引导流路的肋部可以使用相同的多孔材料形成，也可以使用不同的材料。此外，可以根据部位的不同来改变多孔材料的孔隙率。作为能够用于形成本实施方式3的半闭塞梳型的流体引导流路的物质，只要能够对所产生的电进行集电、具有气体透过性、且所形成的流路有助于气体扩散性的提高，就没有特别的限制。

如上所述，本发明的实施方式3所涉及的半闭塞梳型的流体引导流路只是一个示例，并不限定于本说明书所记载的内容。

实施方式4

接着，使用图11、12，对本发明的实施方式4的具备沟道宽度变化和梯形剖面肋部的半闭塞的流体引导流路的燃料电池进行说明。另外，本发明不仅仅限于实施方式4。

上述的实施方式1～3中，以下述情况为例进行了叙述，即：构成半闭塞的流体引导流路的肋部由具有规定的孔隙率的多孔材料形成，且对孔隙率和孔隙尺寸进行了改变、对沟道宽度进行了调节、以及肋部剖面形状为矩形或梯形。在具备本发明的实施方式4所涉及的半闭塞梳型的流体引导流路的燃料电池中，如图11～12所示，主要的不同点在于，构成流体引导流路的肋部由多孔材料形成，肋部剖面形状设为梯形，并使供给侧流路、排出侧流路的沟道宽度朝向下游端、上游端变窄来实施，其他的结构和物性、肋部剖面形状、压力分布、反应气体的流速、以及原理与已在实施方式1中说明的相同，因此此处省略。

本实施方式4中，使用多孔材料形成的肋部的剖面形状采用坐于隔板上的梯形。并且，本实施方式4中，使供给侧流路的沟道宽度朝向下游端缓缓变窄。使排出侧流路的沟道宽度朝向上游端缓缓变窄。

图11是本发明的实施方式4的半闭塞梳型的流体引导流路的简要俯视图。关于其流路的俯视结构，由于与实施方式1中所说明的相一致，因此省略，但与实施方式3相似，主要的不同点在于，使在隔板的长边方向上延伸的供给侧流路和排出侧流路的沟道宽度在供给侧流路中朝向下游端缓缓变窄，在排出侧流路中朝向上游端缓缓变窄。

图12A-12C是本发明的实施方式4的半闭塞的流体引导流路的简要剖视图。关于其基本的流路剖面结构，由于与实施方式1中所说明的相一致，因此省略，但可知在实施方式4中，肋部剖面形状为梯形，且与使用了矩形肋部的实施方式3相似，使在隔板的长边方向上延伸的供给侧流路和排出侧流路的沟道宽度在供给侧流路中朝向下游端逐渐变窄，在排出侧流路中朝向上游端逐渐变窄。

由该剖视图可知，在上游端的肋部、中游部的肋部、下游端的肋部中，梯形的剖面形状和尺寸相同，但所形成的逆梯形的沟道的平均宽度不同。随着沿流路方向从上游端接近下游端，供给沟道22的截面积与其平均宽度从最大值连续地减少，成为末端的最小值。与此相对照地，随着沿流路方向从上游端接近下游端，排出沟道23的截面积与其平均宽度从最小值连续地增加，成为末端的最大值。

本实施方式4中，引入了将肋部剖面形状设为梯形，对沟道的平均宽度进行调节。将肋部剖面形状的梯形效果和沟道的宽度调节效果分开来进行说明。

在仅考虑本实施方式4的肋部剖面形状的梯形效果的情况下，与实施方式3相似。通过将肋部剖面形状设为梯形，反应气体的多孔质肋部孔隙的通过路径变短，直接肋流变大，更进一步促进了流路整体的横流的差压和流速的均等化。并且，通过使用设在隔板上的梯形肋部，扩大了沟道与气体扩散层的接触面，因此，能够在整个流路中使横流的流速变大。

在仅考虑本实施方式4的沟道的宽度调节效果的情况下，与实施方式2相似。通过使用设在隔板上的梯形肋部，使逆梯形的供给侧流路和排出侧流路的沟道平均宽度分别在供给沟道22中朝向下游端逐渐变窄，在排出侧流路23中朝向上游端逐渐变窄，从而能够使半闭塞的流体引导流路的上游端和下游端的两侧的差压的增减彼此朝向相反方向扩大。在流路的上游端，由于供给沟道22的反应气体压力的减少和排出沟道23的反应气体的压力的增加而使得差压变小。另一方面，在流路的下游端，由于供给沟道22的反应气体压力的增加和排出沟道23的反应气体的压力的减少而使得差压变大。因此，由于流路的上游端的横流的差压的减少而使得流速变小，中央部的差压没有产生流速变化，由于下游端的横流的差压的增加而使得流速变得相当大。

图16C的虚线⑤示出肋部剖面形状的梯形效果与沟道的宽度调节效果叠加的相乘效果。在利用多孔质梯形肋部实现了从上游端向下游端的整个流路的横流的流速的均等化和快速化的基础上，通过进行沟道的宽度调节，更进一步促进了从上游端到下游端的电池主反应的均等化，由于下游端的高横流流速，整个流路的反应生成水的排出性更高。

如图16D所示，若将歧管的供给口附近的流速或流路设为相同水准，则与沟道宽度一定的多孔质矩形肋部的半闭塞的流体引导流路(虚线①、虚线②)、对沟道宽度进行了调节的多孔质矩形肋部的半闭塞的流体引导流路(虚线③)、以及沟道宽度为一定的多孔质梯形肋部的半闭塞的流体引导流路(虚线④)相比，对沟道宽度进行了调节的多孔质梯形肋部的半闭塞的流体引导流路(虚线⑤)实现了从上游端向下游端的横流的流速的均等化，并示出较大的流速。此外，在下游端，对沟道宽度进行了调节的多孔质梯形肋部的半闭塞的流体引导流路(虚线⑤)与对沟道宽度进行调节的多孔质矩形肋部的半闭塞的流体引导流路(虚线③)相比，虽然横流流速稍稍降低，但比其他的虚线①、②、③适当地增大，整个流路的反应生成水的排出性提高。

关于本实施方式4的半闭塞流体引导流路结构，同样，也可以采用设在隔板上的多孔质逆梯形肋部的半闭塞的流体引导流路，或者采用设在气体扩散层上的多孔质梯形肋部的半闭塞的流体引导流路，得到上述同样的效果。

关于本实施方式4的半闭塞的流体引导流路结构，以阴极为例进行了说明，但对于阳极也可以使用类似的结构，阳极侧和阴极侧也可以不同。即，可以使用不同的肋部剖面形状来形成阳极侧的半闭塞的流体引导流路、以及阴极侧的半闭塞的流体引导流路。即，若应用本实施方式3的半闭塞的流体引导流路结构，则阳极侧的流体引导流路和阴极侧的流体引导流路未必需要以相同的孔隙率来形成，可以不同，也可以组合不同的孔隙率。此外，在阳极侧和阴极侧，可以采用不同的肋部形状，并对沟道宽度进行改变。可以考虑阳极侧和阴极侧各自所要求的功能，来选择与各自的特性相适应的流体引导流路的结构。

本实施方式4中，构成形成于基材(气体扩散层、隔板)的半闭塞的流体引导流路的肋部可以使用相同的多孔材料形成，也可以使用不同的材料。此外，可以根据部位的不同来改变多孔材料的孔隙率。作为能够用于形成本实施方式3的半闭塞的流体引导流路的物质，只要能够对所产生的电进行集电、具有气体透过性、且所形成的流路有助于气体扩散性的提高，就没有特别的限制。

如上所述，本发明的实施方式4所涉及的半闭塞的流体引导流路只是一个示例，并不限定于本说明书所记载的内容。

上述各实施方式1～4所记载的示例中，对各个独立的结构进行了说明。也能够通过适当组合各实施方式1～4来实施。

其他变形例1

接着，使用图13A、13B，对具备应用了本发明的其他变形例1的半闭塞的流体引导流路的燃料电池进行说明。

图13A、13B所示的是作为其他变形例1的半闭塞的流体引导流路的简要俯视图的两个示例。关于其结构、材质、方式、原理，与实施方式1～4基本相同。根据图13A、13B的俯视图，与本实施方式2、4同样地，是使供给侧流路的下游端和排出侧流路的上游端的沟道宽度逐渐变窄的流路设计的一个示例。

其他变形例2

接着，使用图14A、14B，对具备应用了本发明的其他变形例2的半闭塞的流体引导流路的燃料电池进行说明。

图14A、14B所示的是作为其他变形例2的半闭塞的流体引导流路的俯视图的两个示例。关于其结构、材质、方式、原理，与实施方式1～4基本相同。根据图14A、14B的俯视图，肋部和勾道的全部或局部是锯齿形和/或者波状的，其锯齿形和/或者波状的周期在所述流体引导流路方向上可以是一定的，或者是全部或局部可变的，其宽度在所述燃料电池单元的延伸面内是一定的，或者是全部或局部可变的。如图14A、14B所示，在靠近所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的两端的周期值小于远离所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的中部的周期值。肋部的在所述燃料电池单元的延伸面内的宽度，在靠近所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的两端的宽度值大于远离所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的中部的宽度值。

不限于梳型的流体引导流路，图14A、14B所示的肋部和勾道所形成的流体引导流路与本实施方式1、2、3、4同样地是流路设计的一个示例。可以通过改变孔隙的大小和孔隙率的大小，改变肋部和勾道的俯视平面方向的宽度，改变肋部和勾道的剖面方向的宽度，实现横流的流速的均等化，抑制了发电区域的气体反应的偏差，助于整个流路的反应生成水的排出性，提高发电率。在靠近所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的两端的周期值小于远离所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的中部的周期值。

本发明的流路设计不限于实施方式1～4、其他变形例1、2。

发明效果

另外，本发明的实施方式1～4、其他变形例1、2如上所述，能够通过整体上或局部组合构成半闭塞的流体引导流路的由具有任意的孔隙率的多孔材料形成的肋部和任意的肋部剖面形状，来自由地调整沟道宽度，因此可获得以下说明的效果。

与不观察MEA反应区域的实际的使用量，而在单元寿命的最开始到最后均以相同的图案从入口到出口仅向所决定的方向持续引导反应气体的利用金属模具形成于隔板的现有的气体流路或者由隔板形成的完全闭塞流路不同，本发明的半闭塞流路最大程度地灵活运用存在于肋部的肋部孔隙，并且，可认为是反应气体能够向多方向流动的通气性优异的自由形式(freestyle)的流路结构。还可以根据温度、压力、流量、流速、形状、阻力等各条件来改变对反应气体而言最佳的流路，从而这种自由的流动形状有助于MEA反应区域的发电效率的提高、单元的长寿命。

根据本发明，通过使肋部具备孔隙，从而实现半闭塞的流体引导流路，提供给供给侧流路的反应气体的一部分或反应气体和反应生成水的一部分通过肋部的孔隙，并流出排出侧流路。由此，通过形成直接肋流，减少的上游端与下游端两侧的横流的差压，从上游端朝向下游端横流的流速接近于均等水平，可消除现有的闭塞的梳型流体引导流路中上游端和下游端的两侧与中游部的较大的流速差。由此，通过导入多孔质肋部，有助于MEA反应区域的发电效率的提高，单元的长寿命。

本发明的特征不在于像现有那样提高中游部的横流的差压这一举措，而在于通过反向思维，通过降低两端部的压力，来使得与中游部的压力相接近这一点。

对构成肋部的该多孔质材料实施亲水性处理。作为反应气体所包含的水蒸气，转化为水蒸气进入到肋部孔隙的水因毛细管现象而渗出至肋部的外部即排出侧流路，从而能够提高反应生成水的排出性，有助于MEA反应区域的发电效率的提高。

此外，滞留于梳型的供给侧流路的前端的闭塞区域(供给侧流路的下游端)的生成水转化为水蒸气，并通过肋部，因此，也能够使滞留水排出。

本发明能够根据设计规格来适当地改变半闭塞的流体引导流路的肋部形状。采用使用了设在隔板上的多孔质梯形肋部的半闭塞的流体引导流路，由于使得横流的流速的均等化和快速化，从而能够提高燃料电池的发电效率。另一方面，在使用设在气体扩散层上的逆梯形肋部的情况下，气体扩散层与沟道的接触面变窄，横流流速稍稍变慢，但促进了流路整体的横流的差压和流速的均等化，可期待获得反应气体的冷却效果的改善效果。同样，也可以采用设在隔板上的多孔质逆梯形肋部的半闭塞的流体引导流路，或者采用设在气体扩散层上的多孔质梯形肋部的半闭塞的流体引导流路，得到上述同样的效果。

本发明通过调节半闭塞的流体引导流路的肋部宽度，实现了从流路的上游端到下游端电池主反应的均等化，利用下游端的高横流流速进一步促进了周围的电池反应，与此同时，整个流路的反应生成水的排水性更高，有助于MEA反应区域的发电效率的提高。

通过适当组合本发明的肋部形状，能够以高精度、低成本来形成沟道形状。构成形成于气体扩散层和隔板之间的半闭塞的流体引导流路的肋部能够使用一次性印刷流体引导流路的丝网印刷、喷射、涂布、吐出、以及转印等进行附着的二维制造方法。

以上，通过若干实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限于此，在本发明的要旨的范围内可进行各种变形。

工业上的实用性

本发明的一实施方式的燃料电池可作为车辆搭载用的燃料电池来使用。但是，也可以用于汽车以外的情况。

本发明不限于上述实施方式1、4、其他变形例1、2，在不脱离其要旨的范围内可通过各种结构来得以实现。例如，为了解决上述问题及效果的一部分或全部，能够适当地替换、组合本发明说明书的实施方式1～4、其他变形例1、2所记载的技术特征。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种燃料电池单元，包括相对的第一隔板、第二隔板和层叠在所述第一和第二隔板之间的膜电极接合体，所述膜电极接合体包括催化剂涂覆膜和分别设于所述催化剂涂覆膜的第一侧和第二侧的第一气体扩散层和第二气体扩散层，所述电池单元还包括设在所述第一隔板和所述第一气体扩散层之间和/或所述第二隔板和所述第二气体扩散层之间的用于提供电化学反应的反应流体的流体引导流路，其中所述流体引导流路是附着在对应的气体扩散层面向对应的隔板的表面，所述流体引导流路是以涂布、印刷、点胶、喷射或转印的方式形成于对应的气体扩散层表面，

其中所述流体引导流路具有用于控制所述反应流体流动的肋部，所述肋部是连续分布的梳型结构，所述肋部在垂直于所述燃料电池单元的延伸面的截面是梯形，所述肋部分隔出与所述反应流体供给口相通的多个第一沟道部和与所述反应流体排出口相通的多个第二沟道部，至少部分第一沟道部和至少部分第二沟道部相邻，所述第一沟道部的截面积从所述反应流体的进口朝向下游端连续地或阶段性地减小，所述第二沟道部的截面积从上游端朝向所述反应流体的出口连续地或阶段性地增大，所述肋部位于相邻的第一沟道部和第二沟道部之间的部分具有允许所述反应流体渗透的多孔材料，所述肋部的一部分或全部由仅反应流体能够通过的多孔材料构成，所述流体引导流路的肋部的顶面、所述第一和第二沟道部底面的部分或全部是经亲水性处理的。

2.如权利要求1所述的燃料电池单元，其中所述肋部的多孔材料含有仅反应流体能够通过的单一尺寸的孔隙、或者多个尺寸的孔隙。

3.如权利要求1所述的燃料电池单元，其中所述肋部的一部分或全部由反应流体和反应生成水能够通过的多孔材料构成。

4.如权利要求3所述的燃料电池单元，其中所述肋部的多孔材料具备仅反应流体能够通过的第一孔隙以及反应生成水能够通过的第二孔隙，所述第二孔隙大于所述第一孔隙。

5.如权利要求1所述的燃料电池单元，其中所述肋部的一部分由反应流体无法通过的致密材料构成。

6.如权利要求1所述的燃料电池单元，其中所述肋部的多孔材料的孔隙率和/或孔隙尺寸分布设为相同。

7.如权利要求1所述的燃料电池单元，其中所述肋部在靠近所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的两端的孔隙率和/或孔隙尺寸大于远离所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的中部的孔隙率和/或孔隙尺寸。

8.如权利要求1所述的燃料电池单元，其中所述肋部的全部或局部在所述燃料电池单元的延伸面内是锯齿形和/或波浪形。

9.如权利要求8所述的燃料电池单元，其中所述肋部的锯齿形和/或波浪形的周期在所述流体引导流路方向上是一定的或者是全部或局部可变的，所述肋部在所述燃料电池单元的延伸面内的宽度是一定的或者是全部或局部可变的。

10.如权利要求9所述的燃料电池单元，其中所述肋部在流体引导流路方向上的锯齿形和/或者波浪形周期，在靠近所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的两端的周期值小于远离所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的中部的周期值。

11.如权利要求9所述的燃料电池单元，其中所述肋部在所述燃料电池单元的延伸面上的宽度，在靠近所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的两端的宽度值大于远离所述反应流体供给口和所述反应流体排出口的中部的宽度值。

12.如权利要求1所述的燃料电池单元，其中位于所述第一隔板和所述第一气体扩散层之间的肋部在与所述第一隔板或所述第一气体扩散层接触的一端的轮廓是曲面，位于所述第二隔板和所述第二气体扩散层之间的肋部在与所述第二隔板或所述第二气体扩散层接触的一端的轮廓是曲面。

13.如权利要求1所述的燃料电池单元，其中所述肋部由相同材料形成。

14.如权利要求1所述的燃料电池单元，其中所述肋部的至少一部分是通过不同的多个材料的组合来形成。

15.如权利要求1所述的燃料电池单元，其中所述流体引导流路还以涂布、印刷、点胶、喷射或转印的方式形成于对应的隔板表面。