CN1614802A - 燃料电池及燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池，具备：电解质膜(11)、阳极侧及阴极侧催化层、阳极气体扩散层(13)及阴极气体扩散层(12)、阳极侧隔板(17)及阴极侧隔板(16)，其中：对阳极气体扩散层(13)及阴极气体扩散层(12)的细孔直径及疏水剂的含量之中至少一方进行调整，使满足下式(1)所述条件，－0.07≤(Ya－Xa)/((Ya－Xa)+(Yc－Xc))≤0.15……(1)式(1)中，Xa表示所述供给的燃料气体中的水分供给量，Ya表示所述排出的燃料气体中的水分排出量，Xc表示所述供给的氧化剂气体中的水分供给量，Yc表示所述排出的氧化剂气体中的水分排出量。根据本发明，提供即使在高燃料利用率运转、低输出运转等燃料气体低流速时，也不发生水淹现象且输出电压的稳定性优良的燃料电池。

Description

燃料电池及燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种即使在低输出运转及供给气体的低流速时，输出电压的稳定性优异并且不发生水淹(flooding)现象的、可在家用热电联合系统、摩托车、电动汽车、混合电动汽车等中使用的燃料电池及燃料电池系统。
背景技术
使用氢离子传导性高分子电解质膜(以下，称电解质膜)的燃料电池为，通过使含氢的燃料气和空气等含氧的氧化剂气体发生电化学反应，同时产生电力和热的装置。此燃料电池，基本上来说，是由将氢离子选择性地输送的电解质膜、及配置在电解质膜两面上的一对电极构成。
这些电极，是由以担载铂族金属催化剂的导电性碳粉末为主成分的催化层、及此催化层的外侧上形成的兼具通气性和导电性例如由实施了疏水处理的复写纸构成的气体扩散层来构成。称此为MEA(电解质膜-电极接合体)。再者，本说明书中，对于以没有实施疏水处理的复写纸作为基材并在其上覆盖了疏水层的覆盖产物，也将该覆盖层和基材全体作为气体扩散层。
在MEA的外侧配置有用于将MEA机械地固定的同时将邻接的MEA相互电串联地连接的导电性隔板。在隔板的和MEA接触的部分中，形成有将反应气体供给到电极面中并用于将生成水或剩余气体运送走的气体流路。气体流路也可以与隔板分开设置，但一般采用的是，在隔板的表面上设置沟槽作为气体流路的方式。
将这些MEA和隔板交替地重叠起来，层叠到10～200个电池后，介由集电板和绝缘板用端板将其夹住，再用紧固螺栓从两端固定，这就是一般的叠层电池的构造。称此为电池组。
电解质膜通过含有水分，膜的比电阻降低，起到氢离子传导性电解质的作用。因此，在燃料电池的运转中，为了防止电解质膜的干燥，燃料气体及氧化剂气体被加湿后供给。另外，在电池发电时，通过下面的电化学反应(化1)，在阴极一侧作为反应生成物生成水。
【化1】
阳极；
阴极；
还有，在阳极产生的质子，从阳极向阴极移动时伴随水移动。另外，将在电解质膜的阴极一侧受到的水压和在阳极一侧受到的水压之差作为动力，透过电解质膜，从阴极一侧向阳极一侧有逆扩散水流动。
这些被加湿的燃料气体中的水、被加湿的氧化剂气体中的水、反应生成水、质子同伴水以及逆扩散水，是用于将电解质膜保持为饱和状态，并且同剩余的燃料气体、剩余的氧化剂气体一起被排出到燃料电池的外部。
即，若设加湿燃料气体中的水分供给量为Xa、排出燃料气体中的水分排出量为Ya、加湿氧化剂气体中的水分供给量为Xc、排出氧化剂气体中的水分排出量为Yc、反应生成水量为R、质子同伴水量为P、逆扩散水量为Q，则排出燃料气体中的水分排出量(Ya)、及排出氧化剂气体中的水分排出量(Yc)，可以分别用式(4)、(5)表示。
Ya＝Xa-P+Q……(4)
Yc＝Xc+P-Q+R……(5)
从这些数学式(4)、(5)可知，排出燃料气体中的水分量(Ya)，对于被供给的燃料气体中的水分量(Xa)，增加了逆扩散水量Q和质子同伴水量P之差；排出氧化剂气体中的水分量(Yc)，对于被供给的氧化剂气体中的水分量(Ya)，仅增加了在质子同伴水量P和逆扩散水量之差上加上反应生成水量R的部分。
质子同伴水量P，是由电池发电时的质子移动量决定，由于反应生成水量R由发电条件(电流密度)决定，若以将发电量固定为一定值的情况为前提，排出气体中的水分量的增减由逆扩散水量Q决定，即，由电解质膜的在阴极一侧受到的水压和在阳极一侧受到的水压之差决定。
另外，电解质膜在阴极一侧受到的水压和在阳极一侧受到的水压之差，受到阳极一侧和阴极一侧的气体扩散层的耐水压平衡的影响。
图1为一般的气体扩散层基材的放大图。决定耐水压的控制因子为，用碳纤维1作成的气体扩散层基材的疏水性、用碳纤维1围出的细孔2、以及碳纤维1的气体透过性、还有在碳纤维1上形成的覆盖层的疏水性等。
作为碳纤维1的基材及覆盖层的疏水性，是由PTFE等的疏水处理决定，约为30mN/m的程度。另外，有基材的细孔直径越大排水越容易的倾向，用织布的情况下约为20～100μm的程度，用无纺布的情况下为10～30μm的范围。
因此，可以说织布与无纺布相比耐水压较小。有气体透过性越高排水越容易的趋势。气体透过性受基材材料的影响较大，用织布的情况下约为10-7～10-6m·m3/m2·s·Pa的程度，用无纺布的情况下约为10-9～10-7m·m3/m2·s·Pa的程度。因此，可以说织布与无纺布相比耐水压较小。
再者，所谓气体扩散层的耐水压，是指在充满气体的气体扩散层中水浸入后透过所必要的压力，是根据“JIS L1092纤维制品的防水性试验方法”在耐水度试验装置上夹住试验片，按照水接触表面的方式安装，然后提升装入水的水准装置来使水位上升，对试验片施加水压，根据从背面有水流出时的水位来测定。
排出气体中包含的液体状态的水，在隔板的构成气体流路的沟槽中，由于表面张力作为液滴附着。附着的液滴，难以在气体流路内移动，甚至于，气体流路内附着的水阻塞了气体流路而妨碍了气体的流动，成为所谓的水淹(flooding)的状态。其结果，电极的反应面积减小，电池的性能降低。这样，发生气体流路内的凝结水难以移动的情形，不久，增加的凝结水导致气体流路的闭塞，紧接着由于气体流的压力引起凝结水的排出，再度在气体流路中附着凝结水的循环反复进行。
因此，如果气体流路内的凝结水难以移动，则反应气体的供给量变得不足、在气体流路之间的流量变得不均匀，有导致电池特性的下降的缺点。
一直以来，作为抑制这种水淹现象，稳定输出电压的方法，提出的有，通过调整冷却介质的温度及流量，来控制使氧化剂气体水蒸气压分布和催化层反应部位饱和蒸气压分布处于平衡状态的电池面内温度分布，防止生成水的凝结的方法(例如，参照专利文献1)。
【专利文献1】特开平8-111230号公报
但是，这种现有方法，利用对冷却介质的温度及流量的控制的结果，在输出改变、氧化剂气体水蒸气压分布和催化层反应部位饱和蒸气压分布的平衡状态偏离的情况下，难以迅速地跟踪。因此，现有的方法限定了系统的运转条件，也就出现了未必能高效地运转的问题。
发明内容
本发明考虑了所述现有方法中存在的问题，其目的在于提供一种对系统运转条件的限定少，能够抑制水淹现象，并且实现稳定输出电压的燃料电池及燃料电池系统。
本发明主要着眼于下面这种现象。
在氧化剂气体一侧和燃料气体一侧，向外部的凝结水的排出力不同。如上所述会产生通过气体流的压力将凝结水排出的现象，但因为作为氧化剂气体一般来说使用氧比例约为20％的空气，在氧化剂气体流路出口附近有供给量的约80％以上的残留气体。因此可以说，氧化剂气体的流动压力比较大。
另一方面，燃料气体一方，使用了氢及氢比例为70～90％的重整气体，因此燃料气体流路出口附近的残留气体量变少，可以说其气流压力较小。
因此，与氧化剂气体一侧的凝结水的排出力相比，可以说燃料气体出口侧的凝结水的排出力较小。
因此，为了更进一步抑制水淹现象，实现稳定的输出电压，大致来说，在引起凝结水增加的情况下，相对来看，与在燃料气体一侧的凝结水的增加的程度相比，可以说希望氧化剂气体中的凝结水的增加程度更大一些。此外这种情况下，可以说抑制了从氧化剂气体一侧向燃料气体一侧移动的逆扩散水量Q。
另外，如上所述，与在燃料气体一侧的凝结水的增加程度相比，氧化剂气体中的凝结水的增加程度变大，不是绝对的条件，即使是相反的情况下，根据其他的条件，如以下说明的实施例、比较例中所示，有可以达成本发明的目的，即可以更进一步抑制水淹现象，实现稳定的输出电压的情况。
为了解决所述的问题，本发明之一是一种燃料电池，具备：电解质膜，和在所述电解质膜的两面上配置的一对阳极侧及阴极侧催化层，和按照将所述一对催化层从外侧夹入的方式设置的一对阳极气体扩散层及阴极气体扩散层，和按照将所述一对扩散层夹入的方式设置且形成有用于向所述阳极气体扩散层供给、排出含氢的燃料气体的燃料气体流路沟槽的阳极侧隔板，及形成有用于向所述阴极气体扩散层供给、排出氧化剂气体的氧化剂气体流路沟槽的阴极侧隔板，其中：
对所述阳极气体扩散层及所述阴极气体扩散层的细孔直径及疏水剂的含有量之中至少一方进行调整，使满足下式(1)所述条件，
-0.07≤(Ya-Xa)/((Ya-Xa)+(Yc-Xc))≤0.15……(1)
[此外，式(1)中，Xa表示所述供给的燃料气体中的水分供给量，Ya表示所述排出的燃料气体中的水分排出量，Xc表示所述供给的氧化剂气体中的水分供给量，Yc表示所述排出的氧化剂气体中的水分排出量]。
通过满足式(1)，向阳极一侧的逆扩散水量被抑制，并能够抑制由于燃料气体流路出口附近的凝结水排出力较小而导致的水淹现象。
另外，在阴极一侧，虽然凝结水量较多，但由其气压引起的排出力较大，因此液滴平稳地在气体流路内移动，不易引起水淹现象。
另外，下限必须大于-0.07的原因被推测为，虽说氧化剂气体中的水分可以增加，但增大过多就不能完全排出，会引起水淹现象。
另外，发明之二，是进一步被调整为所述电解质膜的厚度满足前式(1)所述的条件的本发明之一的燃料电池。
水在电解质膜中移动时的移动电阻，是电解质膜的厚度越厚越大。因此，通过将电解质膜的厚度调整为满足式(1)，根据与本发明之一相同的机构抑制水淹现象。
另外，本发明之三，是进一步被调整为所述阳极侧隔板的气体流路及所述阴极侧隔板的气体流路的构造满足下式(2)记载的条件的本发明之一或者本发明之二的燃料电池。
a≤b2并且b1≤b2并且c≤b2……(2)
[式(2)中，a表示所述气体流路的沟槽的深度，b1表示所述气体流路的沟槽的底边的宽度，b2表示所述气体流路的沟槽的最上边的宽度，c表示所述多个气体流路的沟槽间的堤宽度。]
通过满足式(2)，可以使隔板的排水性更进一步提高，更容易实现本发明之一和本发明之二。
另外，本发明之四，是在所述阳极气体扩散层及所述阴极气体扩散层中对细孔直径及疏水剂的含量之中至少一方进行调整，使满足下式(3)所述条件的燃料电池。
-0.50kPa≤(Ec-Ea)≤1.00kPa……(3)
[式(3)中，Ea表示所述阳极气体扩散层和所述电解质膜之间的水压，Ec表示所述阴极气体扩散层和所述电解质膜之间的水压。]
在低于式(3)的范围的下限的情况下，电解质膜的阴极一侧承受的水压比阳极一侧承受的水压低，几乎没有逆扩散水Q，反应生成水R的几乎全部从氧化剂气体出口一侧被排出，由于凝结水量的过于增大导致的排出能力的不足，会发生水淹现象。
另一方面，超过式(3)的范围的上限的情况下，电解质膜的阴极一侧承受的水压大于阳极一侧承受的水压，由于逆扩散水Q增多而引起的燃料气体出口侧的凝结水量增大导致的排出能力不足以及由于氧化剂气体出口侧的凝结水量减少引起的液滴移动性能降低导致的排出能力不足，会引起水淹现象。
另外，本发明之五，是按满足所述式(1)的方式供给加湿气体的燃料电池。
通过满足式(1)地对供给气体的加湿量进行控制，抑制了向阳极一侧的逆扩散水量，减少了燃料气体流路出口附近的残留气体量，因此可以实现一种能够抑制由于凝结水排出量较小而导致的水淹现象的燃料电池系统。另外，由于阴极一侧的凝结水量增多而使气体流路内的湿润性提高，液滴容易在气体流路内移动，可以实现一种抑制了水淹现象的燃料电池系统。
另外，本发明之六，是按满足所述式(3)的方式供给加湿气体的燃料电池系统。
在按低于式(3)的范围的下限的方式对供给气体的加湿量进行控制的情况下，电解质膜的阴极一侧承受的水压比阳极一侧承受的水压低，几乎没有逆扩散水Q，反应生成水R的几乎全部从氧化剂气体出口侧被排出，由凝结水量的增大导致排出能力不足，成为发生水淹现象的燃料电池系统。
另一方面，按超过式(3)的范围的上限的方式对供给气体的加湿量进行控制的情况下，电解质膜的阴极一侧承受的水压比阳极一侧承受的水压高，由于逆扩散水Q增多，燃料气体出口侧的凝结水量增大，导致排出能力不足，成为发生水淹现象的燃料电池系统。
发明效果
通过本发明，可以提供一种抑制水淹现象，并实现稳定的输出电压的燃料电池及燃料电池系统。
附图说明
图1一般的气体扩散层织布基材的表面放大图。
图2(a)是本发明的实施方式1的燃料电池的单电池的横剖面图，
(b)是本发明实施方式1燃料电池的导电性隔板的气体供给沟槽的相对于气体流通方向的正交剖面图。
图3(a)是本发明实施例1燃料电池的导电性隔板的气体供给沟槽的相对于气体流通方向的正交剖面图，
(b)是本发明实施例5燃料电池的导电性隔板的气体供给沟槽的相对于气体流通方向的正交剖面图，
(c)是本发明比较例5燃料电池的导电性隔板的气体供给沟槽的相对于气体流通方向的正交剖面图，
(d)是本发明比较例6燃料电池的沿导电性隔板的气体供给沟槽的相对于气体流通方向的正交剖面图，
(e)是本发明比较例7的燃料电池的导电性隔板的气体供给沟槽的相对于气体流通方向的正交剖面图。
图4是表示本发明的实施例1及比较例1的燃料电池的阴极侧高燃料利用率运转时的电压稳定性的图。
图5是表示本发明的实施例2及比较例2的燃料电池的阴极侧高燃料利用率运转时的电压稳定性的图。
图6是表示本发明的实施例3及比较例3的燃料电池的阴极侧高燃料利用率运转时的电压稳定性的图。
图7是表示本发明的实施例4及比较例4的燃料电池的阴极侧高燃料利用率运转时的电压稳定性的图。
图8是表示本发明的实施例3、5及比较例5～7的燃料电池的阴极侧高燃料利用率运转时的电压稳定性的图。
图9是表示本发明的燃料电池系统的构成图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式参照附图进行说明。
(实施方式1)
图2(a)是构成本实施方式1的燃料电池的单电池的剖面图。如图2(a)所示，本实施方式1的单电池10，备有：作为本发明的电解质膜的一例的电解质膜11、在电解质膜11的两面上形成的一对作为本发明的燃料气体一侧催化层的一例的阳极侧催化层、及作为本发明的氧化剂气体一侧催化层的一例的阴极侧催化层(图中没有表示出厚度)。另外，电解质膜11具有(化2)所示的化学构造，使用全氟磺酸，并且在电极催化剂使用担载Pt的碳。
另外，按照将一对催化层从外侧夹入的方式，设置作为本发明的燃料气体扩散层的一例的阳极气体扩散层13、及作为本发明的氧化剂气体扩散层的一例的阴极气体扩散层12。将这些电解质膜11和一对催化层和阳极气体扩散层13和阴极气体扩散层12合到一起称为MEA18。
【化2】
Figure A20041009011200121
另外，具有向阴极气体扩散层12供给氧化剂气体的氧化剂气体流路沟槽14的阴极侧导电性隔板16，与阴极气体扩散层12相接设置。同样地，具有向阳极气体扩散层13供给燃料气体的燃料气体流路沟槽15的阳极侧导电性隔板17，与阳极气体扩散层13相接设置。
另外，在电解质膜11和各隔板17、16之间，气体扩散电极12、13的周围中设置有衬垫(gasket)。
将上述构成的单电池10层积30个作为电池组。另外，在电池组的两端上介由集电板和绝缘板将端板重叠并用紧固螺栓紧固构成了燃料电池。
下面，对本实施方式1的燃料电池的隔板进行说明。图2(b)是实施方式1的燃料电池的导电性隔板的气体供给沟槽的相对于气体流通方向的正交剖面图。再者，图2(b)是图2(a)的点线部S部的放大图。本实施方式1的隔板，在阴极侧导电性隔板16及阳极侧导电性隔板17都使用相同形状的隔板。
另外，如图2(b)所示，将氧化剂气体流路沟槽14及燃料气体流路沟槽15的沟槽深度用a、底边用b1、作为隔板表面上的沟槽的宽度的上边用b2、作为相邻沟槽的间隔的堤宽度用c来表示。按这些长度满足式(2)的方式构成隔板16、17的沟槽形状。
a≤b2并且b1≤b2并且c≤b2……(2)
通过满足式(2)，可以使隔板的沟槽宽度、深度的平衡性较好，使排水性良好。
另外，如上述背景技术中所述，设加湿燃料气体中的水分供给量为Xa、排出燃料气体中的水分排出量为Ya、加湿氧化剂气体中的水分供给量为Xc、排出氧化剂气体中的水分排出量为Yc。按这些水分量满足以下的式(1)的方式，来决定本实施方式1的燃料电池的电解质膜11的厚度、阴极气体扩散层12及阳极气体扩散层13中的细孔直径及疏水剂的含量。
-0.07≤(Ya-Xa)/((Ya-Xa)+(Yc-Xc))≤0.15……(1)
排出燃料气体中的水分排出量(Ya)、及排出氧化剂气体中的水分排出量(Yc)分别由式(4)、(5)决定。
Ya＝Xa-P+Q……(4)
Yc＝Xc+P-Q+R……(5)
[式(4)(5)中，R表示反应生成水量，P表示质子同伴水量，Q表示逆扩散水量]
由于质子同伴水量P是由电池发电时的质子移动量来决定，反应生成水量R是由发电条件(电流密度)来决定，因此排出气体中的水分量的增减是由逆扩散水量Q来决定。
另外，逆扩散水量Q是由式(6)决定。
Q＝Rm·ΔP……(6)
[式(6)中，Rm表示电解质膜中的水的移动阻力，ΔP表示电解质膜受到的压力差。]
因此，逆扩散水量Q是由电解质膜的阴极侧受到的水压和阳极侧受到的水压之差ΔP决定。
决定ΔP的因素为，阳极侧和阴极侧的气体扩散层的耐水压的平衡。气体扩散层的耐水压E，通过弯月面(meniscus)的压力差，由式(7)决定。
E＝(2γcosθ)/r……(7)
[式(7)中，γ表示表面张力，θ表示接触角，r表示细孔直径。]
因此，通过气体扩散层的基材的细孔直径r、基材中的疏水剂的含量、及基材上构成的覆盖层中的疏水剂的含量，对接触角θ进行控制，能够决定气体扩散层的耐水压E。设阳极气体扩散层和电解质膜之间的水压为Ea、阴极气体扩散层和电解质膜之间的水压为Ec。
按这些水压差(Ec-Ea)满足以下的式(3)的方式，来决定本实施方式1的燃料电池的电解质膜11的厚度、阴极气体扩散层12及阳极气体扩散层13中的细孔直径及疏水剂的含量。
-0.50kPa≤(Ec-Ea)≤1.00kPa……(3)
【实施例】
以下，将上述构成的本实施方式1的燃料电池用实施例具体地进行说明。另外，本发明并不限于以下的实施例。
(实施例1)
图3(a)是实施例1中使用的导电性隔板的气体供给沟槽的相对于气体流通方向的正交剖面图。在图3(a)中，气体供给沟槽的深度a为1.0mm，气体供给沟槽的底边的宽度b1为1.0mm，气体供给沟槽的最上边的宽度b2为1.0mm，堤宽度c为1.0mm。
另外，实施例1中使用的MEA的电解质膜11使用了Japan Gore-Tex株式会社制造的Gore Select II膜(厚度30微米)。
另外，实施例1中使用的MEA的气体扩散层如下地进行制作。
阳极气体扩散层13，是以细孔的80％以上的直径为20μm～70μm的日本碳(株)生产的碳织布(GF-20-E)作为基材，并在加入了表面活性剂的纯水中使PTFE分散获得的PTFE分散液之中，使碳织布浸渍后，使之通过远红外线干燥炉，用300℃烧成60分钟。此时的基材中的疏水性树脂量(PTFE)为1.0mg/cm2。然后，制作覆盖层用的涂料。在将纯水和表面活性剂混合的溶液中，加入炭黑，用行星式混合机分散3小时。在此溶液中加入PTFE和水，再进行3小时混合。
在本实施例1中使用的界面活性剂，是以TritonX-100的名称销售的。将这样调制出的覆盖层用涂料，在完毕所述疏水处理的碳织布的一面上，使用涂抹装置进行涂抹。将形成了覆盖层的碳织布用热风干燥机以300℃烧成2小时。这样形成的阳极气体扩散层的覆盖层中的疏水性树脂量(PTFE)为0.8mg/cm2。
另外，阴极气体扩散层12，除了使覆盖层中的疏水性树脂量(PTFE)设定为0.4mg/cm2以外，使用与阳极侧相同的物质形成。
用上述导电性隔板及MEA制作与实施方式1相同的燃料电池。
将实施例1的燃料电池保持在70℃，并进行加温使阳极侧露点为70℃、阴极侧露点为70℃，供给加湿过的氢气比率80％的重整气体及空气，使燃料气体利用率Uf为75％、氧化剂气体利用率Uo为40％、电流密度为0.2A/cm2，运转24小时。这时，使从阳极侧及阴极侧出口排出的含液滴的气体通过用冰水冷却过的收集(trap)管中，对排出气体中的阳极侧水分排出量Ya、阴极侧水分排出量Yc进行测定。此外，对供给气体中的阳极侧水分供给量Xa、阴极侧水分供给量Xc，预先在电池试验前，用与排出气体中的水分排出量同样的方法进行测定。
由此，将根据式(8)算出的逆流出水率Z的结果示于表1中。
Z＝(Ya-Xa)/((Ya-Xa)+(Yc-Xc))……(8)
                                                                                                                             实施例一览
  供给燃料气体中水分量：Xa(g/h/电池)   供给氧化剂气体中水分量：Xc(g/h/电池)     排出燃料气体中水分量：Ya(g/h/电池)     排出氧化剂气体中水分量：Yc(g/h/电池) 逆流出水率：Z 压差：Ec-Ea(kPa) 电解质             阳极气体扩散层                阴极气体扩展层                隔板形状/mm
膜厚(μm) 基材     基材中PTFE量(mg/cm2) 覆盖层中PTFE量(mg/cm2) 基材     基材中PTFE量(mg/cm2)     覆盖层中PTFE(mg/cm2) a(深度) b1(底边宽) b2(上边宽) c(堤宽)
  实施例1   7.14   25.68     8.59     33.91   0.150   1.00 30   织布     1.0 0.8 织布     1.0     0.4   1.0     1.0     1.0   1.0
  实施例2   7.14   25.68     8.40     34.10   0.130   0.81 30   织布     1.0 0.8 织布     1.5     0.8   1.0     1.0     1.0   1.0
  实施例3   7.14   25.68     7.62     34.88   0.050   0.32 30   无纺布     1.0 0.8 织布     1.0     0.8   1.0     1.0     1.0   1.0
  实施例4   7.14   25.68     6.46     36.04   -0.070   -0.50 46   织布     1.0 0.8 织布     1.0     0.4   1.0     1.0     1.0   1.0
  实施例5   7.14   25.68     7.58     34.92   0.045   0.24 30   无纺布     1.0 0.8 织布     1.0     0.8   1.0     0.8     1.2   0.8
  比较例1   7.14   25.68     9.38     33.12   0.231   1.62 30   织布     1.0 0.4 织布     1.0     0.8   1.0     1.0     1.0   1.0
  比较例2   7.14   25.68     8.79     33.71   0.170   1.15 30   织布     1.5 0.8 织布     1.0     0.8   1.0     1.0     1.0   1.0
  比较例3   7.14   25.68     10.34     32.16   0.331   3.01 30   织布     1.0 0.8 织布     1.0     0.8   1.0     1.0     1.0   1.0
  比较例4   7.14   25.68     6.27     36.23   -0.090   -0.60 46   无纺布     1.0 0.8 织布     1.0     0.4   1.0     1.0     1.0   1.0
  比较例5   7.14   25.68     9.03     33.47   0.195   1.26 30   无纺布     1.0 0.8 织布     1.0     0.8   1.5     0.8     1.2   0.8
  比较例6   7.14   25.68     9.08     33.42   0.200   1.30 30   无纺布     1.0 0.8 织布     1.0     0.8   1.0     1.3     1.0   1.0
  比较例7   7.14   25.68     8.91     33.59   0.183   1.18 30   无纺布     1.0 0.8 织布     1.0     0.8   0.8     0.8     0.8   1.2
还有，根据从阴极侧向阳极侧的水的移动量，求得施加在氢离子传导性电解质膜和阴极气体扩散层之间的水压Ec及施加在氢离子传导性电解质膜和阳极气体扩散层之间的水压Ea的压差(Ec-Ea)，并将结果表示在(表1)中。
随后，进行阴极侧氧化剂气体利用率(Uo)变动试验。令Uo依次上升到20％、30％、40％、50％、60％及70％来运转，比较电压的稳定性。使在各Uo中的运转时间都为3小时。将其结果表示在图4中。
(比较例1)
除使阳极气体扩散层13的覆盖层中疏水性树脂量(PTFE)为0.4mg/cm2；使阴极气体扩散层12的覆盖层中疏水性树脂量(PTFE)为0.8mg/cm2以外，制作与实施例1相同的构成的燃料电池，并进行与实施例1同样的电池试验。将其结果表示在表1及图4中。
从图4可知，比较例1的电池若Uo达到70％以上，各单电池的平均电压变得不稳定，可以认定是由水淹现象引起的。另一方面，实施例1的电池，Uo即使在70％，与比较例1比较起来也显示出优异的电压稳定性。
另外，在实施例1中，由于阳极气体扩散层的覆盖层中疏水性树脂量与阴极侧比较起来较多，所以就耐水压而言，阴极气体扩散层一方较小；比较例1由于是相反的构成，所以就耐水压而言，阳极气体扩散层一方较小。
由此，可以确认通过使阴极气体扩散层的耐水压小于阳极气体扩散层的耐水压，在抑制水淹现象的方面上得到了显著的效果。
(实施例2)
除了使阳极气体扩散层13基材中疏水性树脂量(PTFE)为1.0mg/cm2、覆盖层中疏水性树脂量(PTFE)为0.8mg/cm2；使阴极气体扩散层12基材中疏水性树脂量(PTFE)为1.5mg/cm2、覆盖层中疏水性树脂量(PTFE)为0.8mg/cm2以外，制作与实施例1相同的构成的燃料电池，并进行与实施例1相同的电池试验。将其结果，表示在表1、及图5中。
(比较例2)
除了使阳极气体扩散层13的基材中疏水性树脂量(PTFE)为1.5mg/cm2；使阴极气体扩散层12的基材中疏水性树脂量(PTFE)为1.0mg/cm2以外，制作与实施例2相同的构成的燃料电池，并进行与实施例1同样的电池试验。将其结果表示在表1、及图5中。
从图5可知，比较例2的电池若Uo达到70％以上，各个单电池的平均电压变得不稳定，可以认定是由水淹现象引起的。另一方面，实施例2的电池，Uo即使在70％，与比较例2比较起来也显示出优异的电压稳定性。
此外，在实施例2中，由于阴极气体扩散层的基材中疏水性树脂量与阳极侧比较起来较多，提高了排水性，所以就耐水压而言，阴极气体扩散层一方较小；比较例2由于是相反的构成，所以就耐水压而言，阳极气体扩散层一方较小。
由此，可以确认由于使阴极气体扩散层的耐水压小于阳极气体扩散层的耐水压，所以在抑制水淹现象方面上得到了显著的效果。
(实施例3)
除了阳极气体扩散层13，使用以细孔的80％以上的直径为14μm～29μm的東レ(株)制造的碳无纺布(TGPH060)作为基材，基材中疏水性树脂量(PTFE)为1.0mg/cm2、覆盖层中疏水性树脂量(PTFE)为0.8mg/cm2的材料；阴极气体扩散层12，使用以与实施例1相同的碳织布作为基材，基材中疏水性树脂量(PTFE)为1.0mg/cm2、覆盖层中疏水性树脂量(PTFE)为0.8mg/cm2的材料以外，制作与实施例1相同的构成的燃料电池，并进行与实施例1相同的电池试验。将其结果表示在表1、及图6中。
(比较例3)
除了阳极气体扩散层13使用与实施例1相同的材料以外，制作与实施例3相同的构成的燃料电池，并进行与实施例1同样的电池试验。将其结果表示在表1、及图6中。
从图6可知，比较例3的电池若Uo达到70％以上，各个单电池的平均电压变得不稳定，可知发生了水淹现象。另一方面，实施例3的电池，Uo即使在70％，与比较例3比较起来也显示出优异的电压稳定性。
此外，在实施例3中，由于阴极气体扩散层的基材的细孔直径与阳极侧比较起来较大，所以根据式(7)，就耐水压而言，阴极气体扩散层一方较小；比较例3由于阳极侧和阴极侧的气体扩散层为相同的构成，所以耐水压没有差别。
由此，可以确认由于使阴极气体扩散层的耐水压小于阳极气体扩散层的耐水压，所以在抑制水淹现象方面上得到了显著的效果。
(实施例4)
除了使用杜邦公司生产的Nafion膜(厚度为46μm)作为电解质膜11之外，制作与实施例1相同的构成的燃料电池，并进行与实施例1相同的电池试验。将其结果表示在表1、及图7中。
(比较例4)
除了阳极气体扩散层13，使用以实施例3中使用的碳无纺布为基材，基材中疏水性树脂量(PTFE)为1.0mg/cm2、覆盖层中疏水性树脂量(PTFE)为0.8mg/cm2的材料以外，制作与实施例4相同的构成的燃料电池，并进行与实施例4同样的电池试验。将其结果表示在表1、及图7中。
从图7可知，比较例4的电池若Uo达到60％以上，各个单电池的平均电压变得不稳定，可知发生了水淹现象。另一方面，实施例4的电池，Uo即使在70％，与比较例4比较起来也显示出优异的电压稳定性。
另外，在实施例4中，由于电解质膜与实施例1相比较变厚了，更加抑制了逆流出水，比较例4还在阳极侧气体扩散层使用了耐水压较大的无纺布，所以与实施例4相比较更进一步抑制了逆流出水。
根据以上，可以确认由于对电解质膜厚度进行调整而产生的显著的水淹现象抑制效果。
此外，逆流出水率Z表示为负值，是表示“质子同伴水P＞扩散水量Q”的关系。这是由于与实施例1相比较，本实施例4中质子高分子电解质膜11的膜厚度变厚为30μm到46μm，因此逆扩散水量Q减少的缘故。
(实施例5)
图3(b)是实施例5中使用的导电性隔板的气体供给沟槽的相对于气体流通方向的正交剖面图。在图3(b)中，气体供给沟槽的深度a为1.0mm，气体供给沟槽的底边的宽度b1为0.8mm，气体供给沟槽的最上边的宽度b2为1.2mm，堤宽c为0.8mm。除此隔板以外，制作与实施例3相同的构成的燃料电池，并进行与实施例1同样的电池试验。将其结果表示在表1、及图8中。
(比较例5)
图3(c)是比较例5中使用的导电性隔板的气体供给沟槽的相对于气体流通方向的正交剖面图。在图3(c)中，气体供给沟槽的深度a为1.5mm，气体供给沟的底边的宽度b1为0.8mm，气体供给沟的最上边的宽度b2为1.2mm，堤宽c为0.8mm，除此以外，制作与实施例5相同的构成的燃料电池，并进行与实施例1同样的电池试验。将其结果表示在表1、及图8中。
(比较例6)
图3(d)是比较例6中使用的导电性隔板的气体供给沟槽的相对于气体流通方向的正交剖面图。在图3(d)中，气体供给沟槽的深度a为1.0mm，气体供给沟槽的底边的宽度b1为1.3mm，气体供给沟槽的最上边的宽度b2为1.0mm，堤宽c为1.0mm，除此以外，制作与实施例5相同的构成的燃料电池，并进行与实施例1同样的电池试验。将其结果表示在表1、及图8中。
(比较例7)
图3(e)是比较例7中使用的导电性隔板的气体供给沟槽的相对于气体流通方向的正交剖面图。在图3(e)中，气体供给沟槽的深度a为0.8mm，气体供给沟槽的底边的宽度b1为0.8mm，气体供给沟的最上边的宽度b2为0.8mm，堤宽c为1.3mm，除此以外，制作与实施例5相同的构成的燃料电池，并进行与实施例1同样的电池试验。将其结果表示在表1、及图8中。
从图8可知，比较例5的电池若Uo达到70％以上，比较例6的电池若Uo达到60％以上，比较例7的电池若Uo达到70％以上，各单电池的平均电压分别变得不稳定，可知发生了水淹现象。另一方面，实施例3和实施例5的电池，Uo即使在70％与比较例5～7比较起来也显示出优异的电压稳定性。
这里，各实施例及比较例中的导电性隔板的气体供给沟槽的深度a、底边的宽度b1、最上边的宽度b2、堤宽度c，具有以下关系。
实施例3中，a＝b2、b1＝b2、c＝b2
实施例5中，a＜b2、b1＜b2、c＜b2
比较例5中，a＞b2、b1＜b2、c＜b2
比较例6中，a＝b2、b1＞b2、c＝b2
比较例7中，a＜b2、b1＜b2、c＞b2
此外，在实施例3、5及比较例5～7中，由于使用碳织布作为阴极气体扩散层12的基材，使用碳无纺布作为阳极气体扩散层13的基材，因此就耐水压而言，阴极气体侧一方较小。
因此，可以确认：通过使用满足式(2)的条件的形状的气体供给沟槽，并且使阴极气体扩散层的耐水压小于阳极气体扩散层的耐水压，获得了显著的水淹现象抑制效果。
a≤b2并且b1≤b2并且c≤b2……(2)
另外，比较实施例3和实施例5，可以得知实施例5的稳定性更好。从这来看，可以得知式(2)表示了使电压稳定性更加显著的条件。
如以上说明，从上述实施例1～5、比较例1～7、及图4～图8来看，，通过对阳极气体扩散层及阴极气体扩散层中的细孔直径及疏水剂的含量之中的至少一方、电解质膜的膜厚、及隔板的气体流路沟槽的形状进行调整，以使逆流出水率Z满足式(1)或者施加在电解质膜上的压差满足式(3)，可以在抑制水淹现象方面上得到显著的效果。
-0.07≤(Ya-Xa)/((Ya-Xa)+(Yc-Xc))≤0.15……(1)
-0.50kPa≤(Ec-Ea)≤1.00kPa……(3)
图9是本发明中的燃料电池系统的构成图。图中，30为上述的燃料电池。向此燃料电池30，燃料气体供给装置31供给燃料气体，氧化剂气体供给装置32供给氧化剂气体。燃料气体及氧化剂气体，分别通过加湿装置33、34被加湿。此外，35、36为燃料气体的排气阀门、氧化剂气体的排气阀门。
通过此加湿装置33、34，燃料气体和/或氧化剂气体被加湿，使满足所述式(3)。
通过此加湿装置33、34，燃料气体和/或氧化剂气体被加湿，使满足所述式(1)。
另外，本发明并不限定于各实施例中记载的气体供给沟槽的深度、底边的宽度、最上边的宽度、堤宽度、气体扩散层基材、及电解质膜厚度等，可以从发明的主旨出发使用能够简单置换的各种气体扩散基材材料及电解质膜材料。
还有，虽然各实施例涉及的是高分子电解质型燃料电池，但本发明适用于在电池发电时通过电化学反应在阴极一侧作为反应产物生成水的所有燃料电池，及控制燃料电池的系统的情况下，都能取得显著的效果。
本发明的燃料电池，更好地抑制水淹现象，并具有实现稳定的输出电压的效果，即使低输出运转及供给的气体的流速较低时，也具有优异的输出电压的稳定性，因此作为家庭用热电联合系统、摩托车、电动汽车、混合电动汽车等中使用的燃料电池十分有用。

Claims (6)

1.一种燃料电池，具备：电解质膜，和在所述电解质膜的两面上配置的一对阳极侧及阴极侧催化层，和按照将所述一对催化层从外侧夹入的方式设置的一对阳极气体扩散层及阴极气体扩散层，和按照将所述一对扩散层夹入的方式设置且形成有用于向所述阳极气体扩散层供给、排出含氢的燃料气体的燃料气体流路沟槽的阳极侧隔板，及形成有用于向所述阴极气体扩散层供给、排出氧化剂气体的氧化剂气体流路沟槽的阴极侧隔板，其中：
对所述阳极气体扩散层及所述阴极气体扩散层的细孔直径及疏水剂的含量之中至少一方进行调整，使满足下式(1)所述条件，
-0.07≤(Ya-Xa)/((Ya-Xa)+(Yc-Xc))≤0.15……(1)
式(1)中，Xa表示所述供给的燃料气体中的水分供给量，Ya表示所述排出的燃料气体中的水分排出量，Xc表示所述供给的氧化剂气体中的水分供给量，Yc表示所述排出的氧化剂气体中的水分排出量。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中：所述电解质膜的厚度被调整为满足前式(1)记载的条件。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中：所述阳极侧隔板的气体流路及所述阴极侧隔板的气体流路的构造，被调整为满足下式(2)记载的条件，
a≤b2并且b1≤b2并且c≤b2……(2)
式(2)中，a表示所述气体流路的沟槽的深度，b1表示所述气体流路的沟槽的底边的宽度，b2表示所述气体流路的沟槽的最上边的宽度，c表示所述多个气体流路的沟槽间的堤宽度。
4.一种燃料电池，具备：电解质膜，和在所述电解质膜的两面上配置的一对阳极侧及阴极侧催化层，和按照将所述一对催化层从外侧夹入的方式设置的一对阳极气体扩散层及阴极气体扩散层，和按照将所述一对扩散层夹入的方式设置且形成有用于向所述阳极气体扩散层供给、排出含氢的燃料气体的燃料气体流路沟槽的阳极侧隔板，及形成有用于向所述阴极气体扩散层供给、排出氧化剂气体的氧化剂气体流路沟槽的阴极侧隔板，其中：
对所述阳极气体扩散层及所述阴极气体扩散层的细孔直径及疏水剂的含量之中至少一方进行调整，使满足下式(3)所述条件，
-0.50kPa≤(Ec-Ea)≤1.00kPa……(3)
式(3)中，Ea表示所述阳极气体扩散层和所述电解质膜之间的水压，Ec表示所述阴极气体扩散层和所述电解质膜之间的水压。
5.一种燃料电池系统，具有供给燃料气体的燃料气体供给装置、供给氧化剂气体的氧化剂气体供给装置、以及权利要求1所述的所述燃料电池，
按照满足所述式(1)的方式，所述燃料气体和/或氧化剂气体被加湿。
6.一种燃料电池系统，具有供给燃料气体的燃料气体供给装置、供给氧化剂气体的氧化剂气体供给装置、以及权利要求4所述的燃料电池，
按照满足所述式(3)的方式，所述燃料气体和/或氧化剂气体被加湿。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101989661A (zh) * 2009-07-31 2011-03-23 三洋电机株式会社 生成水除去装置
CN101317289B (zh) * 2005-11-25 2011-04-27 松下电器产业株式会社 膜催化剂层组件、膜电极组件、燃料电池及燃料电池堆
CN112072119A (zh) * 2020-08-06 2020-12-11 江苏大学 一种燃料电池气体扩散层结构及其加工方法
CN113178591A (zh) * 2021-03-31 2021-07-27 江苏大学 一种用于质子交换膜燃料电池的气体扩散层及其加工工艺

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4824298B2 (ja) * 2003-12-04 2011-11-30 パナソニック株式会社 燃料電池用ガス拡散層、電極及び膜電極接合体及びその製造方法
JP2007188642A (ja) * 2006-01-11 2007-07-26 Hitachi Ltd 固体高分子形燃料電池
KR101314973B1 (ko) * 2006-05-03 2013-10-04 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 분리판
WO2008079529A2 (en) * 2006-11-07 2008-07-03 Polyfuel, Inc. Passive recovery of liquid water produced by fuel cells
WO2009120976A1 (en) * 2008-03-28 2009-10-01 Polyfuel, Inc. Fuel cell systems using passive recovery of liquid water
WO2010050219A1 (ja) * 2008-10-31 2010-05-06 パナソニック株式会社 燃料電池用ガス拡散層及びその製造方法、膜電極接合体、並びに燃料電池
WO2010050218A1 (ja) * 2008-10-31 2010-05-06 パナソニック株式会社 膜電極接合体及び燃料電池
KR101915570B1 (ko) * 2014-08-01 2018-11-07 지멘스 악티엔게젤샤프트 연료 전지 조립체 및 연료 전지 조립체를 동작시키기 위한 방법
KR102006908B1 (ko) * 2016-06-28 2019-08-02 이오플로우(주) 전기 삼투 펌프 및 이를 포함하는 유체 펌핑 시스템
CN111362365B (zh) * 2020-01-17 2021-03-26 华中科技大学 一种无动力脱氮除磷原电池及其制备方法与应用

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4988583A (en) * 1989-08-30 1991-01-29 Her Majesty The Queen As Represented By The Minister Of National Defence Of Her Majesty's Canadian Government Novel fuel cell fluid flow field plate
JP3245929B2 (ja) * 1992-03-09 2002-01-15 株式会社日立製作所 燃料電池及びその応用装置
DE19709199A1 (de) * 1997-03-06 1998-09-17 Magnet Motor Gmbh Gasdiffusionselektrode mit verringertem Diffusionsvermögen für Wasser und Verfahren zum Betreiben einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle ohne Zuführung von Membranbefeuchtungswasser
JP3929146B2 (ja) * 1997-11-07 2007-06-13 松下電器産業株式会社 固体高分子型燃料電池システム
JPWO2002047190A1 (ja) * 2000-12-05 2004-04-08 松下電器産業株式会社 高分子電解質型燃料電池と、その運転方法
US6733915B2 (en) * 2001-12-27 2004-05-11 E. I. Du Pont De Nemours And Company Gas diffusion backing for fuel cells
US20030211376A1 (en) * 2002-03-26 2003-11-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell, method of manufacturing the same and inspection method therefor

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101317289B (zh) * 2005-11-25 2011-04-27 松下电器产业株式会社 膜催化剂层组件、膜电极组件、燃料电池及燃料电池堆
CN101989661A (zh) * 2009-07-31 2011-03-23 三洋电机株式会社 生成水除去装置
CN112072119A (zh) * 2020-08-06 2020-12-11 江苏大学 一种燃料电池气体扩散层结构及其加工方法
CN112072119B (zh) * 2020-08-06 2022-06-21 江苏大学 一种燃料电池气体扩散层结构及其加工方法
CN113178591A (zh) * 2021-03-31 2021-07-27 江苏大学 一种用于质子交换膜燃料电池的气体扩散层及其加工工艺
CN113178591B (zh) * 2021-03-31 2022-06-21 江苏大学 一种用于质子交换膜燃料电池的气体扩散层及其加工工艺

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