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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membranelektrodenanordnung zur Verwendung in einer Brennstoffzellenbatterie sowie eine Brennstoffzellenbatterie.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Die offengelegte japanische Patentanmeldung
JP 2012-243630 A beschreibt eine Membranelektrodenanordnung sowie eine Brennstoffzellenbatterie, welche die Beziehungen T1 + T3 ≥ T2 + T4, T1 < T2, T3 > T4 erfüllt, wobei eine Dicke einer Anodenkatalysatorschicht in Stapelrichtung als T1 definiert ist, eine Dicke einer Kathodenkatalysatorschicht in Stapelrichtung als T2 definiert ist, eine Dicke einer Anodengasdiffusionsschicht in Stapelrichtung als T3 definiert ist, und eine Dicke einer Kathodengasdiffusionsschicht in Stapelrichtung als T4 definiert ist.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Jedoch wurde herausgefunden, dass es in einigen Fällen schwierig ist, die Wärmeisolierung bzw. Wärmedämmung auf der Seite der Kathode abhängig von den Dimensionsbeziehungen T1 + T3 und T2 + T4 zu verbessern. In einem Zustand hoher Temperatur und niedriger Feuchtigkeit ist ein Austrocknen der Anode wahrscheinlich, so das gewünscht ist, durch die Kathode erzeugtes Wasser zur Anode zu schicken. Bedauerlicherweise wurde herausgefunden, dass es bei dem herkömmlichen Aufbau schwierig ist, den Transfer von Wasser von der Kathode zur Anode zu beschleunigen.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Membranelektrodenanordnung sowie eine Brennstoffzellenbatterie, die geeignet sind, die Wärmedämmung auf Seiten der Kathode über eine Wärmedämmung auf Seiten der Anode zu verbessern, und den Transfer von Wasser von der Kathode zur Anode zu beschleunigen.
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Eine Membranelektrodenanordnung zur Verwendung in einer Brennstoffzellenbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Elektrolytmembran; eine Anodenkatalysatorschicht, die auf einer ersten Fläche der Elektrolytmembran ausgebildet ist; eine Kathodenkatalysatorschicht, die auf einer zweiten Fläche der Elektrolytmembran ausgebildet ist; eine Anodengasdiffusionsschicht, die auf die Anodenkatalysatorschicht aufgebracht ist; und eine Kathodengasdiffusionsschicht, die auf die Kathodenkatalysatorschicht aufgebracht ist. Die Anodenkatalysatorschicht, die Kathodenkatalysatorschicht, die Anodengasdiffusionsschicht und die Kathodengasdiffusionsschicht haben die gleiche Wärmedämmleistung pro Dicke. Die Membranelektrodenanordnung erfüllt alle der nachfolgenden Beziehungen T1 + T3 < T2 + T4, T1 < T2, und T3 > T4, wobei eine Dicke der Anodenkatalysatorschicht in Stapelrichtung als T1 definiert ist, eine Dicke der Kathodenkatalysatorschicht in Stapelrichtung als T2 definiert ist, eine Dicke der Anodengasdiffusionsschicht in Stapelrichtung als T3 definiert ist, und eine Dicke der Kathodengasdiffusionsschicht in Stapelrichtung als T4 definiert ist. Gemäß diesem Aspekt ist es möglich, die Wärmedämmung auf Seiten der Kathode über die Wärmedämmung auf Seiten der Anode zu erhöhen, und den Transfer von Wasser von der Kathode zur Anode zu beschleunigen.
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Gemäß dem vorstehenden Aspekt können die Anodenkatalysatorschicht, die Kathodenkatalysatorschicht, die Anodengasdiffusionsschicht und die Kathodengasdiffusionsschicht Kohlenstoff enthalten. Sowohl die Kathodenkatalysatorschicht als auch die Anodenkatalysatorschicht umfassen Kohlenstoff, der einen Katalysator dieser Schichten trägt, und die Anodengasdiffusionsschicht sowie die Kathodengasdiffusionsschicht umfassen ebenfalls Kohlenstoff, wodurch die Wärmedämmung auf Seiten der Kathode über die Wärmedämmung auf Seiten der Anode erhöht wird. Dementsprechend ist es möglich, den Transfer von Wasser von der Kathode zur Anode zu beschleunigen.
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Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Aspekten realisiert werden. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung anstelle der Membranelektrodenanordnung in Form einer Brennstoffzellenbatterie ausgeführt werden, welche die Membranelektrodenanordnung oder dergleichen umfasst.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; hierbei zeigt:
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1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Konfiguration einer Brennstoffzellenbatterie als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Schnittansicht, die schematisch die Umgebung von Oxidationsgas Abgasöffnungen von Elementarzellen zeigt;
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3 eine erläuternde Ansicht des Aufbaus einer MEGA 110;
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4 eine erläuternde Darstellung die umfassend die Dicke der Katalysatorschichten und Gasdiffusionsschichten einer jeden Probe zeigt; und
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5 eine erläuternde Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Wert des Ausdrucks (T2 + T4)/(T1 + T3) und der Transfermenge von Wasser von der Kathode zur Anode zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Aufbaus einer Brennstoffzellenbatterie 10 als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Brennstoffzellenbatterie 10 hat eine Stapelstruktur mit Elementarzellen 100 als Brennstoffzellen, die eine Z-Richtung (nachfolgend auch als „Stapelrichtung” bezeichnet) gestapelt sind, wobei diese Zellen zwischen einem Paar Endzellen 170F und 170E gehalten werden. Die Brennstoffzellenbatterie 10 umfasst eine Anschlussplatte 160F an einem vorderen Endabschnitt zwischen der Endplatte 170F am vorderen Endabschnitt und der Elementarzelle 100 mit einer dazwischen angeordneten Isolierplatte 165F am vorderen Endabschnitt. Die Brennstoffzellenbatterie 10 umfasst auch eine Anschlussplatte 160E an einem hinteren Endabschnitt zwischen einer Endplatte 170E am hinteren Endabschnitt und der Elementarzelle 100 mit einer dazwischen angeordneten Isolierplatte 165E am hinteren Endabschnitt. Eine jede der Elementarzellen 100, der Anschlussplatten 160F, 160E, der Isolierplatten 165F, 165E und der Endplatten 170F, 170E hat eine Plattenstruktur mit einem Wesentlichen rechteckigen Grundriss und ist derart angeordnet, dass eine jede lange Seite dieser Platten in X-Richtung (horizontale Richtung) verläuft, und eine jede kurze Seite der Platten in eine Y-Richtung (vertikale Richtung, senkrechte Richtung) verläuft.
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Die Endplatte 170F, die Isolierplatte 165F und die Schlussplatte 160F am vorderen Endabschnitt umfassen jeweils eine Brenngaszufuhröffnung 172in und eine Brenngasauslassöffnung 172out, eine Mehrzahl von Oxidationsgaszufuhröffnungen 174in und eine Mehrzahl von Oxidationsgasauslassöffnungen 174out sowie eine Mehrzahl von Kühlmittelzufuhröffnungen 176in und eine Mehrzahl von Kühlmittelauslassöffnungen 176out. Diese Zufuhröffnungen und Auslassöffnungen sind mit entsprechenden Öffnungen (nicht dargestellt) verbunden, die an entsprechend korrespondierenden Abschnitten einer jeden Elementarzelle 100 ausgebildet sind, wodurch korrespondierende Gaszufuhrsammelrohre und korrespondierende Gasauslasssammelrohre sowie korrespondierende Kühlmittelzufuhrsammelrohre und Kühlmittelauslasssammelrohre gebildet werden. Keine Zufuhröffnungen oder Auslassöffnungen sind in der Endplatte 170E, der Isolierplatte 165E und der Anschlussplatte 160E am hinteren Endabschnitt ausgebildet. Dies liegt daran, dass die Brennstoffzellenbatterie 10 eine Brennstoffzellenbatterie von einem Typ ist, der Reaktionsgase (Brenngas und Oxidationsgas) und das Kühlmittel von der Endplatte 170F am vorderen Endabschnitt einer jeden Elementarzelle 100 durch die Zufuhrsammelrohre zuführt und Abgas sowie Wasser aus jeder Elementarzelle 100 durch die Auslasssammelrohre von der Endplatte 170F am vorderen Endabschnitt nach außen austrägt. Die Brennstoffzellenbatterie 10 ist jedoch nicht auf diesen Typ beschränkt und verschiedene Typen können verwendet werden, beispielsweise welche, bei denen die Reaktionsgase und das Kühlmittel von der vorderen Endplatte 170F am vorderen Endabschnitt zugeführt werden, und das Abgas sowie Wasser von der hinteren Endplatte 170E am hinteren Endabschnitt nach außen ausgegeben werden.
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Die Oxidationsgaszufuhröffnungen 174in sind an einem Außenrand eines unteren Endes der Endplatte 170F am vorderen Endabschnitt in X-Richtung (Richtung der langen Seite) angeordnet, und die Oxidationsgasauslassöffnungen 174out sind an einem Außenrand eines oberen Endes der Endplatte 170F in X-Richtung angeordnet. Die Brenngaszufuhröffnung 172in ist an einer obersten Stelle eines Außenrandes eines rechten Endes der Endplatte 170F am vorderen Endabschnitt in Y-Richtung (Richtung der kurzen Seite) angeordnet, und die Brenngasauslassöffnung 172out ist an einer untersten Stelle eines Außenrandes eines linken Endes der Endplatte 170F in Y-Richtung angeordnet. Die Kühlmittelzufuhröffnungen 176in sind in Y-Richtung unter der Brenngaszufuhröffnung 172in angeordnet, und die Kühlmittelauslassöffnungen 176out sind in Y-Richtung über der Brenngasauslassöffnung 172out angeordnet.
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Die Anschlussplatte 160F am vorderen Endabschnitt und die Anschlussplatte 160E am hinteren Endabschnitt sind Stromkollektoren für erzeugte Leistung der Elementarzellen 100, und geben die gesammelte elektrische Leistung über einen Anschluss (nicht dargestellt) nach außen ab.
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2 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Umgebung der Oxidationsgasauslassöffnungen 174out der Elementarzellen 100 zeigt. Jede Elementarzelle 100 umfasst eine Membranelektrodendichtungsanordnung 110 (nachfolgend auch als „MEGA 110” oder „Membranelektrodenanordnung” bezeichnet), ein Dichtungselement 140, einen Kathodenseparater 130, einen Anodenseparater 120, ein Gasströmungspfadelement 150 sowie eine Dichtplatte 151. Eine Umgebung der Oxidationsgaszufuhröffnung 174in hat den gleichen Aufbau wie die Umgebung der Oxidationsgasauslassöffnung 174out abgesehen von der umgekehrten oben-und-unten-Richtung, so dass auf eine Beschreibung hiervon verzichtet wird.
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Das Dichtungselement 140 ist ein Element, das die MEGA 110 an ihrem Außenrand trägt und besteht aus Harz. Das Dichtungselement 140 verbindet den Kathodenseparator 130 und den Anodenseparator 120, um ein Austreten von Oxidationsgas, Brenngas und Kühlmittel zu vermeiden. Die Dichtplatte 151 ist auf der Kathodenseite des Dichtungselements 140 angeordnet. Die Dichtplatte 151 ist eine Metallplatte und ein Teil von dieser ragt in die Oxidationsgasauslassöffnung 174out. Das Gasströmungspfadelement 150 ist auf der Kathodenseite der MEGA 110, des Dichtungselements 140 und der Dichtplatte 151 angeordnet. Das Gasströmungspfadelement 150 ist eine Strömungspassage durch die das Oxidationsgas fließt und besteht beispielsweise aus einem expandierten Metall. Es sei angemerkt, dass anstelle der Verwendung eines expandierten Metalls das Gasströmungspfadelement 150 aus einem porösen Metallmaterial oder einem anderen Element bestehen kann. Das Gasströmungspfadelement 150 ragt in die Oxidationsgasauslassöffnungen 174out zur gleichen Stelle wie die Dichtplatte 151. In 2 sind entsprechende Abmessungen der Vorsprünge des Kathodenseparators 130, des Gasströmungspfadelements 150 und der Dichtplatte 151 schematisch dargestellt.
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Der Kathodenseparator 130 ist angrenzend an das Gasströmungspfadelement 150 auf der Seite der nächsten Elementarzelle 100 angeordnet. Der Kathodenseparator 130 ist eine Metallplatte und ein Teil von dieser ragt in die Oxidationsgasauslassöffnung 174out. Der Anodenseparator 120 ist an Flächen der MEGA 110 und des Dichtungselements 140 dem Gasströmungspfadelement 150 gegenüberliegend angeordnet. Der Anodenseparator 120 ist eine Metallplatte mit Vertiefungen und Vorsprüngen. Der Anodenseparator 120 ragt nicht in die Oxidationsgasauslassöffnung 174out. Brenngasströmungspfade 128 sind zwischen dem Anodenseparator 120 und der MEGA 110 gebildet, und Kühlmittelströmungspfade 129 sind zwischen dem Anodenseparator 120 und einem Kathodenseparator 130 einer nächsten Elementarzelle 100 gebildet, die dem Anodenseparator 120 zugewandt ist.
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3 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Aufbau der MEGA 110 zeigt. Die MEGA 110 hat eine Elektrolytmembran 111, eine Kathodenkatalysatorschicht 114, eine Anodenkatalysatorschicht 116, eine Kathodengasdiffusionsschicht 118 sowie eine Anodengasdiffusionsschicht 119. Die Elektrolytmembran 111 ist eine Elektrolytmembran mit Protonenleitfähigkeit, wobei ein Fluorelektrolytharz (Ionenaustauschharz) wie ein Fluorcarbonschwefelsäure-Polymer für die Elektrolytmembran 111 verwendet wird.
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Die Kathodenkatalysatorschicht 114 sowie die Anodenkatalysatorschicht 116 enthalten Kohlenstoff, der einen Katalysator (z. B. Platin) trägt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anodenkatalysatorschicht 116 über die gesamte erste Fläche der Elektrolytmembran 111 aufgebracht, die Kathodenkatalysatorschicht 114 jedoch ist nur in einem Teilbereich (Stromerzeugungsbereich) einer zweiten Fläche der Elektrolytmembran 111 aufgebracht. Dies hat den Grund, dass die Anodenkatalysatorschicht 116 im Vergleich zur Kathodenkatalysatorschicht 114 weniger Katalysator pro Flächeneinheit benötigt (üblicherweise ½ oder weniger, z. B. etwa 1/3), und dass selbst die Aufbringung des Katalysators über die gesamte Fläche der ersten Fläche der Elektrolytmembran 111 keine übermäßige Verschwendung ist und diese Aufbringung vielmehr den Aufbringungsprozess vereinfacht.
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Die Kathodengasdiffusionsschicht 118 ist auf der Kathodenkatalysatorschicht 114 angeordnet, und die Anodengasdiffusionsschicht 119 ist auf der Anodenkatalysatorschicht 116 angeordnet. Die Kathodengasdiffusionsschicht 118 und die Anodengasdiffusionsschicht 119 bestehen jeweils aus Kohlenstoffpapier. Es sei angemerkt, dass anstelle von Kohlenstoffpapier diese Schichten aus nicht verwobenen Kohlenstoff bestehen können.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind in jeder MEGA 110 die nachfolgenden drei Formeln sämtlich erfüllt, wobei eine Dicke der Anodenkatalysatorschicht 116 in Stapelrichtung als T1 definiert ist, eine Dicke der Kathodenkatalysatorschicht 114 in Stapelrichtung als T2 definiert ist, eine Dicke der Anodengasdiffusionsschicht 119 in Stapelrichtung als T3 definiert ist, und eine Dicke der Kathodengasdiffusionsschicht 118 in Stapelrichtung als T4 definiert ist. T1 + T3 < T2 + T4 (1) T1 < T2 (2) T3 > T4 (3)
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In diesem Fall ist, wenn Formel (1) und Formel (3) erfüllt sind, Formel (2) notwendigerweise erfüllt.
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Insbesondere ist es möglich, wenn Formel (1) erfüllt ist, das bedeutet, wenn gilt, dass eine Summe der Dicke der Kathodenkatalysatorschicht 114 und der Dicke der Kathodengasdiffusionsschicht 118 (T2 + T4) größer ist als eine Summe der Dicke der Anodenkatalysatorschicht 116 und der Dicke der Anodengasdiffusionsschicht 119 (T1 + T3), die Wärmeisolierung auf der Seite der Kathode (die Wärmeisolierung der Kathodenkatalysatorschicht 114 und der Kathodengasdiffusionsschicht 118) über die Wärmeisolierung auf der Seite der Anode (die Wärmeisolierung der Anodenkatalysatorschicht 116 und der Anodengasdiffusionsschicht 119) zu verbessern. Ein Hauptfaktor bezüglich der Wärmeisolierung ist Kohlenstoff. Sowohl die Kathodenkatalysatorschicht 114 als auch die Anodenkatalysatorschicht 116 enthalten Kohlenstoff, der den Katalysator trägt. Die Kathodengasdiffusionsschicht 118 und die Anodengasdiffusionsschicht 119 bestehen aus Kohlenstoffpapier und enthalten somit Kohlenstofffasern als Ausgangsmaterial hierfür. Wenn die Kathodengasdiffusionsschicht 118 sowie die Anodengasdiffusionsschicht 119 wasserabweisend sind, enthalten diese Schichten Kohlenstoffpartikel als Material, dass die wasserabweisenden Schichten bildet. Auf diese Weise enthalten die Kathodenkatalysatorschicht 114, die Anodenkatalysatorschicht 116, die Kathodengasdiffusionsschicht 118 sowie die Anodengasdiffusionsschicht 119 Kohlenstoff als den die Wärmeisolierung beherrschenden Faktor, und die Wärmedämmleistung relativ zur Dicke ist im Wesentlichen gleich unabhängig von den Katalysatorschichten oder Gasdiffusionsschichten. Dies bedeutet, dass jede Katalysatorschicht sowie jede Gastdiffusionsschicht im Wesentlichen die gleichen Wärmedämmeigenschaften pro Dicke aufweist. Dementsprechend kann der Grad der Wärmeisolierung durch die aufsummierte Dicke der Katalysatorschichten und Gasdiffusionsschichten bewertet werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist in jeder MEGA 110 die Dicke T2 der Kathodenkatalysatorschicht 114 in Stapelrichtung dicker ausgestaltet, als die Dicke T1 der Anodenkatalysatorschicht 116 in Stapelrichtung. Mit dieser Konfiguration kann die Wärmeisolierung der Kathodenkatalysatorschicht 114 über die Wärmeisolierung der Anodenkatalysatorschicht verbessert werden. Durch das Erfüllen von Formel (1) kann die Wärmeisolierung auf Seiten der Kathode über die Wärmeisolierung auf Seiten der Anode verbessert werden, um Wasser zur Seite der Anode zu transferieren; und durch das Erfüllen der Formel (2) kann das durch die Kathodenkatalysatorschicht 114 erzeugte Wasser effektiver in Richtung zur Anodenkatalysatorschicht 116 verteilt werden. Wenn die Wärmeisolierung auf Seiten der Kathode größer ist als die Wärmeisolierung auf Seiten der Anode, wird die Kathodentemperatur höher als die Anodentemperatur. Als Ergebnis wird ein Wasserdampfpartialdruck auf Seiten der Kathode höher als ein Wasserstoffpartialdruck auf Seiten der Anode. Diese Differenz im Wasserstoffpartialdruck beschleunigt den Transfer von Wasser von der Kathode zur Anode.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Dicke T3 der Anodengasdiffusionsschicht 119 in Stapelrichtung dicker ausgestaltet, als die Dicke T4 der Kathodengasdiffusionsschicht 118. Durch das Erfüllen der Formel (3) wird die Gasdiffusion in der Kathodengasdiffusionsschicht 118 größer als die Gasdiffusion in der Anodengasdiffusionsschicht 119, wodurch die Austragleistung der Kathodengasdiffusionsschicht 118 zunimmt.
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4 ist eine erläuternde Darstellung, die umfassend die jeweiligen Dicken der Katalysatorschichten und Gasdiffusionsschichten einer jeden Probe zeigt. Jede der Dicken bezeichnet einen Wert in einem Zustand, bei dem eine jede Elementarzelle 100 in der Brennstoffzellenbatterie 10 angebracht ist. In 4 wird anstelle der Verwendung von Formel (1) der Ausdruck (T2 + T4)/(T1 + T3) verwendet. Wenn ein Wert des Ausdrucks (T2 + T4)/(T1 + T3) größer als 1 ist, ist die Formel (1) erfüllt.
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In Probe 1 ist die Dicke T1 der Anodenkatalysatorschicht 3,5 μm, die Dicke T2 der Kathodenkatalysatorschicht ist 10,5 μm, die Dicke T3 der Anodengasdiffusionsschicht ist 159 μm und die Dicke T4 der Kathodengasdiffusionsschicht ist 156 μm. Probe 1 erfüllt alle Formeln von (1) bis (3).
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In Probe 2 ist die Dicke T1 der Anodenkatalysatorschicht 3,5 μm, die Dicke T2 der Kathodenkatalysatorschicht ist 20 μm, die Dicke T3 der Anodengasdiffusionsschicht ist 159 μm und die Dicke T4 der Kathodengasdiffusionsschicht ist 156 μm. Probe 2 erfüllt alle Formeln von (1) bis (3).
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In Probe 3 ist die Dicke T1 der Anodenkatalysatorschicht 10,5 μm, die Dicke T2 der Kathodenkatalysatorschicht ist 10,5 μm, die Dicke T3 der Anodengasdiffusionsschicht ist 159 μm und die Dicke T4 der Kathodengasdiffusionsschicht ist 159 μm. Probe 3 zeigt die Beziehungen T1 = T2, T3 = T4, T1 + T3 = T2 + T4 und erfüllt keine der Formeln von (1) bis (3).
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In Probe 4 ist die Dicke T1 der Anodenkatalysatorschicht 10,5 μm, die Dicke T2 der Kathodenkatalysatorschicht ist 20 μm, die Dicke T3 der Anodengasdiffusionsschichten ist 159 μm und die Dicke T4 der Kathodengasdiffusionsschicht ist 146 μm. Probe 4 erfüllt die Formeln (2) und (3) zeigt jedoch die Beziehung T1 + T3 > T2 + T4, so dass Probe 4 Formel (1) nicht erfüllt.
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5 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem Wert des Ausdrucks (T2 + T4)/(T1 + T3) und der Transfermenge von Wasser von der Kathode zur Anode zeigt. Die Transfermenge von Wasser wurde auf die folgende Weise ermittelt. Als Schritt 1 wurde den Elementarzellen 100 Oxidationsgas und Anodengas zugeführt, um elektrische Leistung zu erzeugen. Anschließend wurde die Stromerzeugung durch die Elementarzellen gestoppt. Wasser verblieb in der Anode und der Kathode der Elementarzellen 100. In Schritt 2 wurde Anodengas für die Anode zugeführt, um das in der Anode verbliebene Wasser auszutragen. Das Wasser in der Kathode blieb zu diesem Zeitpunkt zurück. In Schritt 3 wurde ein Gewicht X1 der Elementarzellen 100 gemessen. In Schritt 4 wurden die Elementarzellen 100 gelassen wie sie waren. Als Ergebnis wurde das in der Kathode verbliebene Wasser zur Anode transferiert. In Schritt 5 wurde Anodengas für die Anode zugeführt, um das Wasser auf der Anodenseite auszutragen. Das zu diesem Zeitpunkt ausgetragene Wasser war das von der Kathode transferierte Wasser. In Schritt 6 wurde ein Gewicht X2 der Elementarzellen 100 gemessen. In Schritt 7 wurde die Transfermenge des Wassers von der Kathode zur Anode berechnet. Die Transfermenge des Wassers wurde unter Verwendung der Formel: X1 – X2 berechnet.
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Wie aus 5 hervorgeht, ist ersichtlich, dass, wenn ein Wert des Ausdrucks (T2 + T4)/(T1 + T3) größer wird, die Transfermenge des Wassers von der Kathode zur Anode größer wird. Es ist auch ersichtlich, dass, wenn der Wert des Ausdrucks (T2 + T4)/(T1 + T3) größer als 1 wird, das bedeutet, wenn (T1 + T3) < (T2 + T4) erfüllt ist, die Steigung des Graphen größer wird, und damit die Transfermenge von Wasser von der Kathode zur Anode weiter beschleunigt wird.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfüllt die Membranelektrodendichtungsanordnung 110 alle Beziehungen T1 + T3 < T2 + T4, T1 < T2, und T3 > T4, wobei die Dicke der Anodenkatalysatorschicht 116 in Stapelrichtung als T1 definiert ist, die Dicke der Kathodenkatalysatorschicht 114 in Stapelrichtung als T2 definiert ist, die Dicke der Anodengasdiffusionsschicht 119 in Stapelrichtung als T3 definiert ist, und die Dicke der Kathodengasdiffusionsschicht 118 in Stapelrichtung als T4 definiert ist; es ist daher möglich, die Wärmeisolierung auf Seiten der Kathode über die Wärmeisolierung auf Seiten der Anode zu verbessern, und damit die Transfermenge des Wassers von der Kathode zur Anode zu beschleunigen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist der die Wärmeisolierung beherrschende Hauptfaktor der Kohlenstoff, und Kohlenstoff wird in der Kathodenkatalysatorschicht 114 und der Anodenkatalysatorschicht 116 als der den Katalysator tragende Träger verwendet, und Kohlenstoffpapier mit Kohlenstofffasern wird als Ausgangsmaterial für die Kathodengasdiffusionsschicht 118 und die Anodengasdiffusionsschicht 119 verwendet. Gleichwohl kann der den Katalysator tragende Träger ein Träger ohne Kohlenstoff sein. Beispielsweise können anstelle von Kohlenstoff andere Träger wie Zeolith, Aluminiumoxid oder Keramik verwendet werden. In diesem Fall ist, ähnlich zum Fall der Verwendung des Kohlenstoffs als der den Katalysator tragende Träger, eine Summe der Dicke der Katalysatorschicht und der Dicke der Gastdiffusionsschicht ausschlaggebend für die Wärmeisolierung.
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Wie vorstehend beschrieben ist, wurde die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basierend auf verschiedenen Beispielen erläutert, und die vorstehend beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erleichtert das Verständnis der Erfindung, schränkt jedoch die vorliegende Erfindung nicht ein. Es ist nicht notwendig zu erwähnen, dass die vorliegenden Erfindung ohne vom Geist und Umfang der Ansprüche abzuweichen modifiziert und verbessert werden kann, und derlei Äquivalente zum Umfang der vorliegenden Erfindung gehören.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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