JP2000348753A - Fuel cell and its use method - Google Patents

Fuel cell and its use method

Info

Publication number
JP2000348753A
JP2000348753A JP11159586A JP15958699A JP2000348753A JP 2000348753 A JP2000348753 A JP 2000348753A JP 11159586 A JP11159586 A JP 11159586A JP 15958699 A JP15958699 A JP 15958699A JP 2000348753 A JP2000348753 A JP 2000348753A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
plate
groove
oxygen gas
hydrogen gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11159586A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Harumichi Nakanishi
治通 中西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daihatsu Motor Co Ltd
Original Assignee
Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daihatsu Motor Co Ltd filed Critical Daihatsu Motor Co Ltd
Priority to JP11159586A priority Critical patent/JP2000348753A/en
Publication of JP2000348753A publication Critical patent/JP2000348753A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of easily processing water produced in a positive electrode and to provide its use method. SOLUTION: This fuel cell 10 is so structured that a negative electrode, a positive electrode and an electrolytic part arranged between the electrodes are interposed between first plates P1-P5 each having a groove part for oxygen gas used as an oxygen gas passage formed and second plates P2-P6 each provided with a groove part for hydrogen gas used as a hydrogen gas passage. The groove parts for oxygen gas are shaped into a form capable of passing the oxygen gas toward the peripheral part of the first plates P1-P5. Preferably, the groove parts for hydrogen gas of the second plates P2-P6 are also shaped into a form capable of passing hydrogen gas toward the peripheral parts of the second plates P2-P6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、正極、負極および
電解部が、一対のプレートの間に挟み込まれた構成の燃
料電池およびこれの使用方法に関する。
The present invention relates to a fuel cell having a structure in which a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic portion are sandwiched between a pair of plates, and a method of using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、負極活物質としての水素
を、プラチナ(白金)などの触媒と接触させて電子と水
素イオンに解離した後、この水素イオンを正極活物質と
しての酸素と反応させて水が得られるという反応機構に
基づいている。すなわち、燃料電池では、水素から放出
された電子の移動により起電力が生じるようになされて
いる。このような原理に基づけば、化学的エネルギ変化
を直接的に電気エネルギに変換できるため、他の発電方
式に比べて極めてエネルギ効率が高い。このことは、カ
ルノーサイクルに基づく内燃機関に比べて燃料電池はエ
ネルギロスが少なく、内燃機関の代替手段である電気自
動車用のモータのバッテリとしても有用であることを意
味している。そして、燃料電池では、排気ガスが主とし
て水蒸気であり、内燃機関のように窒素化合物、炭化水
素、一酸化炭素といった有害ガスが排出されることもな
いため、環境保護の観点からも燃料電池をバッテリとし
た電気自動車の実用化が望まれている。
2. Description of the Related Art In a fuel cell, after hydrogen as a negative electrode active material is brought into contact with a catalyst such as platinum (platinum) to dissociate it into electrons and hydrogen ions, the hydrogen ions are reacted with oxygen as a positive electrode active material. Water is obtained from the reaction mechanism. That is, in a fuel cell, an electromotive force is generated by the movement of electrons released from hydrogen. Based on such a principle, a chemical energy change can be directly converted into electric energy, so that the energy efficiency is extremely high as compared with other power generation methods. This means that the fuel cell has less energy loss than the internal combustion engine based on the Carnot cycle, and is useful as a battery of a motor for an electric vehicle as an alternative to the internal combustion engine. In a fuel cell, the exhaust gas is mainly water vapor, and harmful gases such as nitrogen compounds, hydrocarbons, and carbon monoxide are not emitted unlike an internal combustion engine. There is a demand for practical use of such electric vehicles.

【0003】ここで、従来より採用されている燃料電池
の概略構成を、図7および図8に示す。これらの図に示
した燃料電池6は、電解質として固体高分子膜7が採用
された、いわゆる固体高分子型のものである。具体的に
は、一対のプレート70,71の間に、固体高分子膜と
してのイオン交換膜7が、その両面に負極触媒層7Aお
よび正極触媒層7Bがそれぞれ形成された状態で介在さ
せられている。そして、このイオン交換膜7と各プレー
ト70,71との間にはさらに、負極集電体80および
正極集電体81がそれぞれ配置されている。
Here, a schematic configuration of a fuel cell conventionally employed is shown in FIG. 7 and FIG. The fuel cell 6 shown in these figures is a so-called solid polymer type in which a solid polymer membrane 7 is employed as an electrolyte. Specifically, an ion exchange membrane 7 as a solid polymer membrane is interposed between a pair of plates 70 and 71 in a state where a negative electrode catalyst layer 7A and a positive electrode catalyst layer 7B are formed on both surfaces thereof, respectively. I have. Further, between the ion exchange membrane 7 and each of the plates 70 and 71, a negative electrode current collector 80 and a positive electrode current collector 81 are further disposed.

【0004】一方のプレート70,71には、負極触媒
層7Aに負極活物質である水素ガスを供給する際の流路
となる水素ガス用溝部70Aが設けられており、他方の
プレート71には、正極触媒層7Bに正極活物質である
酸素ガスを供給する際の流路となる酸素ガス用溝部70
Bが設けられている。各集電体80,81は、多孔質に
形成されており、水素ガスや酸素ガスの通過が可能とさ
れている。すなわち、水素ガス用溝部70Aからの水素
ガスは、負極集電体80を通過して負極触媒層7Aに達
し、酸素ガス用溝部71Aからの酸素ガスは、正極集電
体81を通過して正極触媒層7Bに達する。負極触媒層
7Aは、炭素粉末にパラジウムなどの触媒を担持させた
ものであり、この負極触媒層7Aにおいては、水素ガス
が水素イオンと電子に解離される。水素イオンはイオン
交換膜7を通過して正極触媒層7Bに達し、電子は負極
集電体80から外部回路9を経由して、正極触媒層7B
に達する。このとき、電子の移動による電気エネルギが
外部回路9において取り出される。正極触媒層7Bは、
たとえば炭素粉末にパラジウムとロジウムを共存担持さ
せたものであり、この正極触媒層7Bにおいては、水素
イオン、電子および酸素ガスが反応して水が生成され
る。
[0004] One of the plates 70 and 71 is provided with a hydrogen gas groove 70A serving as a flow path for supplying hydrogen gas as a negative electrode active material to the negative electrode catalyst layer 7A. Oxygen gas groove 70 serving as a flow path when oxygen gas as a positive electrode active material is supplied to positive electrode catalyst layer 7B.
B is provided. Each of the current collectors 80 and 81 is formed to be porous, and allows passage of hydrogen gas and oxygen gas. That is, the hydrogen gas from the hydrogen gas groove 70A passes through the negative electrode current collector 80 and reaches the negative electrode catalyst layer 7A, and the oxygen gas from the oxygen gas groove 71A passes through the positive electrode current collector 81 and It reaches the catalyst layer 7B. The negative electrode catalyst layer 7A is obtained by supporting a catalyst such as palladium on carbon powder. In the negative electrode catalyst layer 7A, hydrogen gas is dissociated into hydrogen ions and electrons. The hydrogen ions pass through the ion exchange membrane 7 to reach the cathode catalyst layer 7B, and the electrons pass from the anode current collector 80 via the external circuit 9 to the cathode catalyst layer 7B.
Reach At this time, electric energy due to the movement of the electrons is extracted in the external circuit 9. The cathode catalyst layer 7B is
For example, palladium and rhodium are co-supported on carbon powder. In this positive electrode catalyst layer 7B, hydrogen ions, electrons and oxygen gas react to generate water.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記構成の燃料電池6
では、正極触媒層7Bにおいて生成した水を処理する必
要がある。つまり、生成した水がプレート71の酸素ガ
ス用溝部71Aに滞留したならば、正極への酸素ガスの
供給の妨げとなり、正極触媒層7Bや正極集電体81に
おいて滞留したならば、正極での酸素ガスの通過やその
反応の妨げとなる。
SUMMARY OF THE INVENTION The fuel cell 6 having the above configuration
Then, it is necessary to treat the water generated in the positive electrode catalyst layer 7B. That is, if the generated water stays in the oxygen gas groove 71A of the plate 71, the supply of oxygen gas to the positive electrode is hindered. If the generated water stays in the positive electrode catalyst layer 7B or the positive electrode current collector 81, the positive electrode It obstructs the passage of oxygen gas and its reaction.

【0006】本発明は、上記した事情のもとで考え出さ
れたものであって、正極において生成した水を簡易に処
理することができる燃料電池およびその使用方法を提供
することをその課題としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made under the above circumstances, and has as its object to provide a fuel cell capable of easily treating water generated at a positive electrode and a method of using the same. I have.

【0007】[0007]

【発明の開示】上記の課題を解決するため、本発明で
は、次の技術的手段を講じている。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention takes the following technical means.

【0008】すなわち、本発明の第1の側面により提供
される燃料電池は、正極活物質である酸素ガスを水素イ
オンおよび電子と反応させて水を生成する正極、負極活
物質である水素ガスを水素イオンと電子に解離する陰
極、およびこれらの電極の間に配置されるとともに、上
記負極から上記正極への水素イオンの移動を許容する電
解部が、水素ガスの流路となる水素ガス用溝部が設けら
れた第1のプレートと、酸素ガスの流路となる酸素ガス
用溝部が設けられた第2のプレートとの間に挟み込まれ
た構成の燃料電池であって、上記第1のプレートの中央
部には、上記酸素ガス用溝部に繋がる酸素ガス供給手段
が設けられており、上記酸素ガス用溝部は、上記酸素ガ
ス供給手段から導入された酸素ガスを、当該第1のプレ
ートの周縁部に向けて流通させる形態に形成されている
ことを特徴としている。
That is, the fuel cell provided by the first aspect of the present invention provides a positive electrode, which reacts oxygen gas, which is a positive electrode active material, with hydrogen ions and electrons to generate water. A cathode that dissociates into hydrogen ions and electrons, and an electrolysis section that is disposed between these electrodes and that allows the transfer of hydrogen ions from the negative electrode to the positive electrode; And a second plate provided with an oxygen gas groove serving as a flow path for oxygen gas, wherein the first plate is provided with An oxygen gas supply means connected to the oxygen gas groove is provided at the center portion, and the oxygen gas groove is adapted to transfer oxygen gas introduced from the oxygen gas supply means to a peripheral portion of the first plate. Towards It is characterized in that it is formed in the form to be circulated.

【0009】好ましい実施の形態においては、上記第2
のプレートの中央部には、上記水素ガス用溝部に繋がる
水素ガス供給手段が設けられており、上記水素ガス用溝
部は、上記水素ガス供給手段から導入された水素ガス
を、当該第2のプレートの周縁部に向けて流通させるよ
うな形態に形成されている。
In a preferred embodiment, the second
A hydrogen gas supply means connected to the hydrogen gas groove is provided at a central portion of the plate, and the hydrogen gas groove is configured to transfer hydrogen gas introduced from the hydrogen gas supply means to the second plate. Is formed in such a form as to be circulated toward the peripheral edge portion.

【0010】正極は、たとえば正極触媒層および正極集
電体を含み、陰極は、たとえば陰極触媒層および負極集
電体を含んだ構成とされる。もちろん、触媒層としての
機能と集電体としての機能との双方を併せ持つ電極とし
て、触媒層に相当するものと集電体に相当するものを一
体的に形成してもよい。
The positive electrode includes, for example, a positive electrode catalyst layer and a positive electrode current collector, and the negative electrode includes, for example, a cathode catalyst layer and a negative electrode current collector. Of course, as an electrode having both the function as a catalyst layer and the function as a current collector, an electrode corresponding to the catalyst layer and a electrode corresponding to the current collector may be integrally formed.

【0011】正極触媒層および負極触媒層は、たとえば
多孔質担体に触媒を担持させた構成としてもよく、また
電解部の表面に直接的に形成してもよい。
The positive electrode catalyst layer and the negative electrode catalyst layer may have a structure in which a catalyst is supported on a porous carrier, for example, or may be formed directly on the surface of the electrolytic portion.

【0012】前者の構成の触媒層は、たとえば炭素粉末
などに触媒を予め担持させた触媒粒を固めて多孔質マト
リクスとすることにより形成される。また、炭素粉末な
どを固めて多孔質マトリクスとした後に、このマトリク
スに触媒成分を含む溶液を含浸させて熱処理して形成し
てもよい。
The catalyst layer having the former configuration is formed by solidifying catalyst particles in which a catalyst is previously supported on carbon powder or the like to form a porous matrix. Alternatively, after forming a porous matrix by solidifying carbon powder or the like, the matrix may be impregnated with a solution containing a catalyst component and then heat-treated.

【0013】後者の構成の触媒層は、たとえば触媒を担
持した担体としての炭素粉末を有機溶剤によりあるいは
触媒と炭素粉末との混合物を有機溶剤によりペーストや
懸濁液としたものをスクリーン印刷などの手法により電
解部に塗布し、溶剤成分を蒸発させることによって形成
される。また、フッ素樹脂製などの撥水シートに、スク
リーン印刷・乾燥などの手法により触媒層となるべき炭
素薄膜を形成した後に、これを電解部に熱転写して触媒
層を形成してもよい。
[0013] The catalyst layer having the latter structure is prepared by, for example, screen printing or the like using a paste or suspension of a carbon powder as a carrier supporting a catalyst with an organic solvent or a mixture of the catalyst and the carbon powder with an organic solvent. It is formed by applying to the electrolytic part by a technique and evaporating the solvent component. Further, a carbon thin film to be a catalyst layer may be formed on a water-repellent sheet made of a fluororesin or the like by a method such as screen printing and drying, and then this may be thermally transferred to an electrolytic portion to form a catalyst layer.

【0014】なお、正極触媒部では、酸素ガスを水素イ
オンや電子と反応させてる必要があることから、当該触
媒部を構成する触媒としては、たとえば白金、金、銀、
ロジウムなどが採用される。一方、負極触媒部では、水
素ガスを水素イオンと電子に解離する必要があることか
ら、当該触媒部を構成する触媒としては、たとえば白
金、金、ニッケル、炭化タングステンなどが採用され
る。
Since it is necessary to react oxygen gas with hydrogen ions and electrons in the positive electrode catalyst portion, the catalyst constituting the catalyst portion may be, for example, platinum, gold, silver, or the like.
Rhodium is used. On the other hand, since it is necessary to dissociate hydrogen gas into hydrogen ions and electrons in the negative electrode catalyst portion, for example, platinum, gold, nickel, tungsten carbide, or the like is used as a catalyst constituting the catalyst portion.

【0015】正極集電体は、酸素ガスを通過させてこれ
を正極触媒層にまで達するようにし、また正極触媒層に
電子を供給する機能を有する。一方、負極集電体は、水
素ガスを通過させてこれを負極触媒層まで達するよう
し、また負極触媒層において生じた電子を集める機能を
有する。このため、負極集電体や正極集電体は、適当な
多孔度を持ち、かつ良好な電子導電体であることが要求
される。もちろん、機械的強度に優れ、電解質に侵され
にくいことも要求される。このような要求を充足する集
電体の構成材料としては、炭素系素材(カーボンブラッ
クなどの炭素粉末、黒鉛、炭素繊維など)、ニッケル、
ニッケル−クロム合金、ニッケル−コバルト合金、銀、
チタン、タンタル、酸化物半導体などが挙げられる。
[0015] The positive electrode current collector has a function of passing oxygen gas to reach the positive electrode catalyst layer and supplying electrons to the positive electrode catalyst layer. On the other hand, the negative electrode current collector has a function of passing hydrogen gas to reach the negative electrode catalyst layer and collecting electrons generated in the negative electrode catalyst layer. For this reason, the negative electrode current collector and the positive electrode current collector are required to have appropriate porosity and be a good electronic conductor. Of course, it is also required to have excellent mechanical strength and to be hardly affected by the electrolyte. The constituent materials of the current collector satisfying such requirements include carbon-based materials (carbon powder such as carbon black, graphite, carbon fiber, etc.), nickel,
Nickel-chromium alloy, nickel-cobalt alloy, silver,
Titanium, tantalum, oxide semiconductors, and the like are given.

【0016】電解部は水素イオンの移動を許容する電解
質を含み、この電解質としては、たとえば固体高分子、
アルカリ溶液、超強酸やリン酸の溶液、炭酸塩、あるい
は固体酸化物などが挙げられる。
The electrolysis section contains an electrolyte that permits the transfer of hydrogen ions, such as a solid polymer,
Examples include an alkaline solution, a solution of a super strong acid or phosphoric acid, a carbonate, or a solid oxide.

【0017】固体高分子は、たとえば膜状ないしシート
状に形成されて電解部を構成する。ポリスチレン系の陽
イオン交換膜、たとえばペルフルオロスルホン酸ポリマ
ーが好適に使用される。このポリマーは、水により湿潤
した場合にプロトン導電性を示すものであり、負極触媒
層において水素ガスの解離により生じたプロトン(水素
イオン)は水和した状態で透過で電解部を通過し、正極
触媒層に移動するようになされている。
The solid polymer is formed, for example, in the form of a film or a sheet to form an electrolytic portion. A polystyrene-based cation exchange membrane, for example, a perfluorosulfonic acid polymer is preferably used. This polymer exhibits proton conductivity when wetted with water, and protons (hydrogen ions) generated by dissociation of hydrogen gas in the negative electrode catalyst layer pass through the electrolytic portion by permeation in a hydrated state, and It is adapted to move to the catalyst layer.

【0018】アルカリ溶液としては、水酸化カリウム溶
液などが挙げられ、超強酸溶液としては、フルオロエタ
ンジスルホン酸溶液、ジフルオロメタンジスルホン酸溶
液、ジフルオロメタンジホスホン酸溶液、トリフルオロ
メタンスルホン酸溶液、トリフルオロエタンスルホン酸
溶液、テトラフルオロエタンジスルホン酸溶液、あるい
はテトラフルオロプロパンスルホン酸溶液などが挙げら
れる。
Examples of the alkaline solution include potassium hydroxide solution. Examples of the super-strong acid solution include fluoroethanedisulfonic acid solution, difluoromethanedisulfonic acid solution, difluoromethanediphosphonic acid solution, trifluoromethanesulfonic acid solution, trifluoromethanesulfonic acid solution and trifluoromethanesulfonic acid solution. An ethanesulfonic acid solution, a tetrafluoroethanedisulfonic acid solution, a tetrafluoropropanesulfonic acid solution, or the like can be given.

【0019】アルカリ溶液、超強酸溶液あるいはリン酸
溶液は、たとえば炭化ケイ素などの粉末をポリテトラフ
ルオロエチレンなどの樹脂で結着した多孔質マトリック
スに含浸・保持させて電解部とされる。
The alkaline solution, the superacid solution or the phosphoric acid solution is used as an electrolytic part by impregnating and holding a powder such as silicon carbide in a porous matrix bound with a resin such as polytetrafluoroethylene.

【0020】炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸カ
リウム、あるいは炭酸リチウムなどが挙げられ、これら
を単独で使用しても、複数種を混合して混合溶融塩とし
て使用してもよい。炭酸塩は、たとえばアルミン酸リチ
ウム粒子と混合して炭酸塩の融点よりも10℃程度低い
温度でホットプレスすることにより、あるいはアルミン
酸リチウム板に含浸させて電解部とされる。この電解部
では、高温運転することにより炭酸塩が溶融して炭酸イ
オン導電体となる。
Examples of the carbonate include sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate and the like. These may be used alone, or a plurality of kinds may be mixed and used as a mixed molten salt. The carbonate is mixed with, for example, lithium aluminate particles and hot-pressed at a temperature about 10 ° C. lower than the melting point of the carbonate, or impregnated into a lithium aluminate plate to form an electrolytic part. In this electrolysis part, the carbonate is melted by operating at a high temperature to become a carbonate ion conductor.

【0021】固体酸化物としては、酸化ジルコニウム、
酸化カルシウム、酸化イットリウム、酸化イッテルビウ
ム、酸化スカンジウム、酸化ネオジム、酸化ガドリニウ
ム、あるいは酸化ランタンなどが挙げられ。これらの固
体酸化物のうち、とくに酸化ジルコニウムが好適に使用
され、また、酸化ジルコニウム中のジルコニウム原子の
一部を、他の固体酸化物の構成原子に置換固溶したもの
であってもよい。
As the solid oxide, zirconium oxide,
Examples include calcium oxide, yttrium oxide, ytterbium oxide, scandium oxide, neodymium oxide, gadolinium oxide, and lanthanum oxide. Among these solid oxides, zirconium oxide is particularly preferably used, and zirconium oxide in zirconium oxide may be partially substituted with other solid oxide constituent atoms to form a solid solution.

【0022】第1のプレートおよび第2のプレートは、
これらのプレートの間に電池として機能する領域を規定
し、また確保するために設けられるばかりか、各々に溝
部が形成されて酸素ガスや水素ガスを供給する際に利用
されるものであるから、耐熱性に優れ、機械的強度の高
い材料、たとえば各種の金属や合金(チタン、ステンレ
ス鋼やチタン合金など)によって矩形状や円形状に形成
される。
The first plate and the second plate are:
A region that functions as a battery is defined between these plates, and not only is provided to secure the region, but also a groove is formed in each of the plates to be used when supplying oxygen gas or hydrogen gas. It is formed in a rectangular or circular shape by using a material having excellent heat resistance and high mechanical strength, for example, various metals and alloys (titanium, stainless steel, titanium alloy, and the like).

【0023】各プレートに形成される溝部は、たとえば
プレートの中心部から周縁部に向けて一連に延びる渦巻
き状、あるいは中心部から周縁部に向けて放射状に延び
る複数の個別溝部からなるものとして形成される。そし
て、酸素ガス用溝部によって構成されるガス流路は、第
1のプレートの周縁部において開放し、燃料電池の外部
と連通しているのが好ましく、水素ガス用溝部によって
形成されるガス流路は、第2のプレートの周縁において
閉塞しているのが好ましい。つまり、酸素ガスを燃料電
池の外部に放出させてもさほど問題はない一方、水素ガ
スを燃料電池の外部に放出するのは安全性の観点からも
好ましくないため、燃料電池内において水素ガスを流通
させる必要がある。なお、酸素ガスを燃料電池の外部に
放出させる構成では、放出される酸素ガスに同伴され
て、正極において生成した水が排除されることが期待さ
れる。
The groove formed in each plate is formed, for example, as a spiral extending continuously from the center of the plate to the peripheral portion, or as a plurality of individual grooves extending radially from the center to the peripheral portion. Is done. The gas flow path formed by the oxygen gas groove is preferably open at the peripheral portion of the first plate and communicates with the outside of the fuel cell. The gas flow path formed by the hydrogen gas groove is preferably used. Is preferably closed at the periphery of the second plate. In other words, while releasing oxygen gas to the outside of the fuel cell is not so problematic, releasing hydrogen gas to the outside of the fuel cell is not preferable from the viewpoint of safety. Need to be done. Note that in a configuration in which oxygen gas is released to the outside of the fuel cell, it is expected that water generated at the positive electrode will be eliminated accompanying the released oxygen gas.

【0024】好ましくは、水素ガス用溝部や酸素ガス用
溝部の内表面は、撥水処理が施される。撥水処理として
は、たとえばフッ素樹脂をコーティングする方法が採用
される。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチ
レン、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオ
ロエチレン−エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデ
ン、あるいはテトラフルオロエチレン−テトラフルオロ
プロピレン共重合体などが挙げられる。
Preferably, the inner surfaces of the hydrogen gas groove and the oxygen gas groove are subjected to a water-repellent treatment. As the water repellent treatment, for example, a method of coating a fluororesin is employed. Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, and tetrafluoroethylene-tetrafluoropropylene copolymer.

【0025】水素ガス供給手段や酸素ガス供給手段は、
たとえばパイプにより達成され、また、コンプレッサな
どの圧力により推進力が付与されて、パイプ内をガスが
流通させられて水素ガスや酸素ガスが第1または第2の
プレートの溝部に供給される。
The hydrogen gas supply means and the oxygen gas supply means
For example, this is achieved by a pipe, and a propulsive force is applied by the pressure of a compressor or the like, and the gas is circulated in the pipe to supply hydrogen gas or oxygen gas to the groove of the first or second plate.

【0026】なお、本発明に係る燃料電池は、複数を直
列的に積層して、燃料電池スタックとして使用すること
もできる。燃料電池スタックでは、隣り合う燃料電池ど
うしで同一のプレートを共用することもできる。この場
合、共用するプレートの一面側には水素ガス用溝部が設
けられ、他面側には酸素ガス用溝部が設けられる。ま
た、各プレートの各々の水素ガス用溝部どうし、および
酸素ガス用溝部どうしをそれぞれ連通させ、一カ所から
水素ガスを供給すれば各プレートの全ての水素ガス用溝
部に水素ガスが流通し、同様に、一カ所から酸素ガスを
供給すれば各プレートの全ての酸素ガス用溝部に酸素ガ
スが流通するように構成してもよい。さらに、共用する
プレートを、導体により構成するとともに、一方の燃料
電池の正極集電体および他方の燃料電池の負極集電体の
双方に導通するように構成してもよい。この構成では、
他方の燃料電池の負極集電体に集められた電子が、共用
するプレートを介して一方の燃料電池の正極集電体に供
給され、この電子が一方の燃料電池の正極触媒層におけ
る水の生成反応に寄与することとなる。
The fuel cell according to the present invention can be used as a fuel cell stack by stacking a plurality of fuel cells in series. In a fuel cell stack, the same plate can be shared between adjacent fuel cells. In this case, a groove for hydrogen gas is provided on one side of the shared plate, and a groove for oxygen gas is provided on the other side. Also, the hydrogen gas grooves of each plate are communicated with each other, and the oxygen gas grooves are communicated with each other.If hydrogen gas is supplied from one location, hydrogen gas flows through all the hydrogen gas grooves of each plate, and so on. Alternatively, if the oxygen gas is supplied from one location, the oxygen gas may flow through all the oxygen gas grooves of each plate. Further, the shared plate may be formed of a conductor and may be configured to conduct to both the positive electrode current collector of one fuel cell and the negative electrode current collector of the other fuel cell. In this configuration,
The electrons collected in the negative electrode current collector of the other fuel cell are supplied to the positive electrode current collector of one fuel cell through a shared plate, and the electrons are used to generate water in the positive electrode catalyst layer of one fuel cell. It will contribute to the reaction.

【0027】また、本発明の第2の側面においては、上
述した本発明の第1の側面において記載したいずれか1
つの燃料電池を使用する方法であって、上記燃料電池を
回転させることを特徴とする、燃料電池の使用方法が提
供される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided any one of the above-described first aspects of the present invention.
There is provided a method of using one fuel cell, comprising rotating the fuel cell.

【0028】上述した本発明の第1の側面に記載した燃
料電池では、少なくとも第1のプレートの酸素ガス用溝
部が、プレートの中心部から周縁部に向けて延びる形態
とされている。このため、酸素ガス用溝部に供給された
酸素ガスは、プレートの中心から周縁部に向けて流れる
こととなる。そして、燃料電池を回転させた場合には、
その遠心力によって、プレートの周縁部に向かうほど酸
素ガスに、より大きな力が作用する。また、正極におい
て生成した水は、酸素ガス用溝部に溜まりがちである
が、燃料電池を回転させた場合には、酸素ガス用溝部に
溜まった水にも、遠心力が作用する。つまり、遠心力の
作用と酸素ガスの流れにより、酸素ガス用溝部に溜まっ
た水は、当該溝部に沿って流れることとなる。しかも、
第1のプレートの中心から離れるほど水に作用する遠心
力が大きくなり、また酸素ガスの流速も大きくなろうこ
とから、溝部の水は確実に第1のプレートの周縁部に達
することとなる。そして、酸素ガス用溝部は、第1のプ
レートの周縁において、燃料電池の外部と連通する構成
を採用することができるから、この水は、燃料電池の外
部に積極的に排除されることとなる。また、酸素ガス用
溝部の内表面に撥水処理を施した場合、溝部を移動する
水と溝部の内表面との間の抵抗が低減されることから、
溝部からの水の排除を、さらに良好に行うことができ
る。
In the above-described fuel cell according to the first aspect of the present invention, at least the oxygen gas groove of the first plate is configured to extend from the center of the plate toward the peripheral edge. Therefore, the oxygen gas supplied to the oxygen gas groove portion flows from the center of the plate toward the peripheral portion. And when the fuel cell is rotated,
Due to the centrifugal force, a greater force acts on the oxygen gas toward the periphery of the plate. Further, water generated in the positive electrode tends to accumulate in the oxygen gas groove, but when the fuel cell is rotated, centrifugal force also acts on the water accumulated in the oxygen gas groove. That is, due to the action of the centrifugal force and the flow of the oxygen gas, the water collected in the oxygen gas groove flows along the groove. Moreover,
Since the centrifugal force acting on the water increases as the distance from the center of the first plate increases, and the flow rate of the oxygen gas also increases, the water in the groove surely reaches the peripheral edge of the first plate. Since the groove for oxygen gas can be configured to communicate with the outside of the fuel cell at the periphery of the first plate, this water is positively removed to the outside of the fuel cell. . Further, when the water repellent treatment is performed on the inner surface of the oxygen gas groove, since the resistance between water moving in the groove and the inner surface of the groove is reduced,
The elimination of water from the groove can be performed even better.

【0029】一方、第2のプレートに形成される水素ガ
ス用溝部も、プレートの中心部から周縁部に向けて延び
る形態とすることができるが、この構成では、水素ガス
用流路の隅々まで水素ガスを良好に行き渡らせることが
できる。すなわち、プレートの中心部から離れた部位ほ
ど、その部位に至るまでの圧力損出が大きいために水素
ガスが行き渡りにくいが、燃料電池を回転させれば、そ
の遠心力の作用により、水素ガスに推進力が与えられ、
また、中心から距離が大きいほど、より大きな推進力が
付与されることから、水素ガスを水素ガス用流路の隅々
まで行き渡らせることが可能となる。
On the other hand, the hydrogen gas groove formed in the second plate can also be formed so as to extend from the center of the plate toward the peripheral edge. In this configuration, however, every corner of the hydrogen gas flow path is formed. Hydrogen gas can be spread well up to this point. In other words, the hydrogen gas is difficult to spread to the part farther from the center of the plate due to the greater pressure loss up to that part, but if the fuel cell is rotated, the hydrogen gas is generated by the centrifugal force. Propulsion is given,
Further, the greater the distance from the center, the greater the propulsive force is applied, so that the hydrogen gas can be spread to every corner of the hydrogen gas flow path.

【0030】なお、燃料電池を回転させるに当たって、
駆動機構を別途設けてもよいが、燃料電池の配置場所の
近傍に、回転する部材ないし機構があれば、これを利用
してするのが好ましい。たとえば、燃料電池を自動車に
搭載する場合には、当該自動車におけるドライブシャフ
トやタイヤホイールなどの回転部材に燃料電池を一体化
または連結し、回転部材とともに、または回転部材の回
転に連動して燃料電池を回転させてもよい。この場合、
駆動機構を別途設ける構成と比べれば燃料電池を含めた
システム全体としてのエネルギロスは少なく、また、燃
料電池を回転させない場合と比べても、システム全体と
しての効率は、さほど低下することはない。
In rotating the fuel cell,
Although a driving mechanism may be separately provided, it is preferable to use a rotating member or mechanism, if any, in the vicinity of the location of the fuel cell. For example, when a fuel cell is mounted on an automobile, the fuel cell is integrated or connected to a rotating member such as a drive shaft or a tire wheel of the automobile, and the fuel cell is operated together with the rotating member or in conjunction with the rotation of the rotating member. May be rotated. in this case,
The energy loss of the entire system including the fuel cell is smaller as compared with the configuration in which the drive mechanism is separately provided, and the efficiency of the entire system is not significantly reduced as compared with the case where the fuel cell is not rotated.

【0031】本発明のその他の特徴および利点は、以下
に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description that follows.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、図1は
本発明に係る燃料電池からる燃料電池スタックの一例を
表す全体斜視図、図2は図1の燃料電池スタックの断面
図、図3は図2において実線で囲んだ領域の拡大図、図
4(a)および(b)は、本発明の燃料電池の構成する
プレートの溝部の形態を説明するための図、図5は図4
に示したプレートに、水素ガスまたは酸素ガスを供給す
る手段である接合パイプの要部を拡大し、断面した斜視
図である。また、本実施形態では、固体高分子型の燃料
電池を例にとって説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. 1 is an overall perspective view showing an example of a fuel cell stack comprising the fuel cell according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell stack of FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of a region surrounded by a solid line in FIG. FIGS. 4 (a) and 4 (b) are views for explaining the form of the groove of the plate constituting the fuel cell of the present invention, and FIG. 5 is FIG.
FIG. 4 is an enlarged perspective view of a main part of a joint pipe as a means for supplying hydrogen gas or oxygen gas to the plate shown in FIG. In the present embodiment, a polymer electrolyte fuel cell will be described as an example.

【0033】燃料電池スタック1は、図1および図2に
示したように隣り合うものどうしで一枚のプレートを共
用する複数の燃料電池10が直列的に並べられた状態
で、複数のボルトBを利用して、2枚のエンドプレート
1A,1Bの間に挟持された構成とされている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the fuel cell stack 1 has a plurality of bolts B in a state in which a plurality of fuel cells 10 sharing one plate between adjacent ones are arranged in series. , And is sandwiched between two end plates 1A and 1B.

【0034】各燃料電池10は、図2および図3に示し
たように2枚のプレートPm ,Pm+ 1 (mは1から5の
整数)と、これらのプレートPm ,Pm+1 の間に介在す
る電解部としてのイオン交換膜2と、このイオン交換膜
2と各プレートPn (nは1から6の整数、以下同様)
との間に介在する負極集電体3または正極集電体4と、
上記した各部材の中央部を貫通するガス供給手段として
の接合パイプ5と、を備えて大略構成されている。
Each fuel cell 10 is shown in FIGS.
As before, two plates Pm, Pm + 1(M is 1 to 5
Integer) and these plates Pm, Pm + 1Intervene between
Exchange membrane 2 as an electrolytic part, and this ion exchange membrane
2 and each plate Pn(N is an integer from 1 to 6, the same applies hereinafter)
A negative electrode current collector 3 or a positive electrode current collector 4 interposed between
As a gas supply means penetrating the center of each of the above members
And a joining pipe 5 of the above.

【0035】各プレートPn は、図2および図4に示し
たように、チタンやステンレス鋼などの導体によって全
体が円板状に形成されているとともに、その中央部に
は、厚み方向に貫通する貫通孔12が設けられている。
また、その周縁部には、周方向に一定間隔隔てて並ぶよ
うにして複数のボルト穴11が設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 4, each plate Pn is entirely formed of a disc made of a conductor such as titanium or stainless steel, and has a central portion penetrating in the thickness direction. Through holes 12 are provided.
Further, a plurality of bolt holes 11 are provided in the peripheral portion so as to be arranged at a constant interval in the circumferential direction.

【0036】図2における右端に位置するプレートP1
には、図4(a)に良く表れているように、一面Pa側
に燃料電池スタック1の回転方向(図1参照)の反対方
向に渦を巻いた形態の酸素ガス用溝部13が設けられて
いる。この酸素ガス用溝部13は、始端13aが貫通孔
12に繋がるとともに、終端13bがプレートP1 の外
部に開放している。
The plate P 1 located at the right end in FIG.
As shown in FIG. 4 (a), an oxygen gas groove 13 is provided on one surface Pa side in a spiral form in a direction opposite to the rotation direction of the fuel cell stack 1 (see FIG. 1). ing. The oxygen gas groove 13, starting 13a along with leading to the through-hole 12, terminating 13b is open to the outside of the plate P 1.

【0037】図2における左端に位置するプレートP6
には、図4(b)に良く表れているように、他面Pb側
に燃料電池スタック1の回転方向(図中の矢印A方向)
の反対方向に渦を巻いた形態の水素ガス用溝部14が設
けられている。この酸素ガス用溝部14は、始端14a
が貫通孔12に繋がるとともに、終端13bが閉塞され
ている。なお、燃料電池10の状態では、プレートP1
とプレートP6 とは、軸方向視において、各々の溝部1
3,14の始端13a,14aどうしが各プレート
1 ,P6 の軸心を挟んで互いに対向する状態で固定さ
れる。
The plate P 6 located at the left end in FIG.
4B, the rotation direction of the fuel cell stack 1 (the direction of arrow A in the figure) is on the other surface Pb side, as is clearly shown in FIG.
The groove 14 for hydrogen gas is provided in the form of a spiral swirl in the opposite direction. The oxygen gas groove 14 has a starting end 14a.
Is connected to the through hole 12 and the terminal end 13b is closed. In the state of the fuel cell 10, the plate P 1
And the plate P 6 , when viewed in the axial direction, each groove 1
The starting ends 13a and 14a of the plates 3 and 14 are fixed to face each other with the axes of the plates P 1 and P 6 interposed therebetween.

【0038】その他のプレートP2 〜P5 は、隣り合う
燃料電池10どうしで共用するものであり、一面Pa側
に、図4(a)に示した形態の酸素ガス用溝部13が設
けられ、他面Pb側に、図4(b)に示した形態の水素
ガス用溝部14が設けられている。このとき、各プレー
トP2 〜P5 の酸素ガス用溝部13の始端13aと、水
素ガス用溝部14の始端4aとは、プレートP2 〜P5
の軸心を挟んで互いに対向するようにして設けられる。
The other plates P 2 to P 5 are used commonly by the adjacent fuel cells 10, and are provided with an oxygen gas groove 13 in the form shown in FIG. On the other surface Pb side, a hydrogen gas groove 14 having the form shown in FIG. 4B is provided. In this case, the starting end 13a of the oxygen gas grooves 13 of each plate P 2 to P 5, the starting end 4a of the hydrogen gas groove 14, the plate P 2 to P 5
Are provided so as to be opposed to each other with the axis of.

【0039】なお、各溝部13,14の内表面には、図
面上には表れていないが、フッ素樹脂などによって、撥
水処理が施されている。
Although not shown in the drawing, the inner surfaces of the grooves 13 and 14 are subjected to a water-repellent treatment using a fluororesin or the like.

【0040】イオン交換膜2は、全体として円形シート
状とされており、図2に良く表れているように、両面に
負極触媒層20および正極触媒層21がそれぞれ設けら
れている。また、イオン交換膜2の中央部には、接合パ
イプ5が挿通される貫通孔2が設けられ、周縁部には、
各ボルトBが挿通されるボルト穴22が複数設けられて
いる。
The ion exchange membrane 2 has a circular sheet shape as a whole, and is provided with a negative electrode catalyst layer 20 and a positive electrode catalyst layer 21 on both surfaces, respectively, as best seen in FIG. In addition, a through hole 2 through which the joining pipe 5 is inserted is provided at a central portion of the ion exchange membrane 2, and a peripheral portion thereof is
A plurality of bolt holes 22 into which the bolts B are inserted are provided.

【0041】このイオン交換膜2は、プロトン導電性を
示すものであり、水素イオンを選択的に通過させるもの
である。このようなイオン交換膜2としては、たとえば
ポリスチレン系の陽イオン交換膜であるペルフルオロス
ルホン酸ポリマーが採用される。このポリマーは、水に
より湿潤した場合に導電性を示し、水素イオンが水和し
た状態で通過する。
The ion exchange membrane 2 has proton conductivity and selectively allows hydrogen ions to pass therethrough. As such an ion exchange membrane 2, for example, a perfluorosulfonic acid polymer which is a polystyrene-based cation exchange membrane is employed. This polymer exhibits conductivity when wetted with water, and the hydrogen ions pass through in a hydrated state.

【0042】負極触媒層20は、たとえば炭素粒の表面
にプラチナを担持させた触媒粒で構成された多孔質層と
されており、水素分子や水素イオンが通過可能とされて
いる。この負極触媒層20では、供給された水素ガス
が、水素イオンと電子に解離される。一方、正極触媒層
21は、たとえば炭素粒の表面にプラチナとロジウムと
を共存担持させた触媒粒で構成された多孔質層とされて
おり、酸素分子が通過可能とされている。この正極触媒
層21では、水素イオンが、酸素および電子と反応して
水が生成される。
The anode catalyst layer 20 is a porous layer composed of, for example, catalyst particles having platinum supported on the surface of carbon particles, and is capable of passing hydrogen molecules and hydrogen ions. In the anode catalyst layer 20, the supplied hydrogen gas is dissociated into hydrogen ions and electrons. On the other hand, the positive electrode catalyst layer 21 is, for example, a porous layer composed of catalyst particles in which platinum and rhodium coexist and are supported on the surface of carbon particles, and is capable of passing oxygen molecules. In the positive electrode catalyst layer 21, hydrogen ions react with oxygen and electrons to generate water.

【0043】正極集電体3は、当該正極集電体3を含む
燃料電池10の外部(隣の燃料電池10の負極集電体4
や燃料電池スタック1の外部)から電子を受け取って、
この電子を正極触媒層20に供給できるようにし、また
供給された酸素ガスが正極触媒層20に達するように酸
素ガスを通過させる必要がある。このため、たとえば炭
素系素材(カーボンブラックなどの炭素粉末、黒鉛、炭
素繊維など)、ニッケル、ニッケル−クロム合金、ニッ
ケル−コバルト合金、銀、チタン、タンタル、酸化物半
導体などの素材によって多孔質体として形成される。こ
れらのうち、とくに炭素系素材が好適に採用される。
The positive electrode current collector 3 is provided outside the fuel cell 10 including the positive electrode current collector 3 (the negative electrode current collector 4 of the adjacent fuel cell 10).
And from outside the fuel cell stack 1)
It is necessary to supply the electrons to the cathode catalyst layer 20 and to pass the oxygen gas so that the supplied oxygen gas reaches the cathode catalyst layer 20. For this reason, for example, the porous body is made of a carbon-based material (carbon powder such as carbon black, graphite, carbon fiber, etc.), nickel, a nickel-chromium alloy, a nickel-cobalt alloy, silver, titanium, tantalum, an oxide semiconductor, or the like. Is formed as Among these, a carbon-based material is particularly preferably used.

【0044】負極集電体4は、負極触媒層21において
水素ガスから解離した電子を集めて当該負極集電体4を
含む燃料電池10の外部(隣の燃料電池10の正極集電
体3や燃料電池スタック1の外部回路)に取り出せるよ
うにし、また供給された水素ガスが負極触媒層21に達
するように水素ガスを通過させるものとして構成する必
要があるが、正極集電体4と同様な素材によって形成さ
れる。
The negative electrode current collector 4 collects the electrons dissociated from the hydrogen gas in the negative electrode catalyst layer 21, and the outside of the fuel cell 10 including the negative electrode current collector 4 (the positive electrode current collector 3 of the adjacent fuel cell 10, It is necessary to make it possible to take out the hydrogen gas so that the supplied hydrogen gas can reach the negative electrode catalyst layer 21. Formed by material.

【0045】正極集電体3および負極集電体4の周りに
は、図2に示したようにイオン交換膜2と各プレートP
i との間の封止状態、ひいては隣り合うプレートPm
m+ 1 どうしの封止状態を高めるためにガスケット3
0,40が設けられている。ガスケット30,40は、
図面上には明確に表れていないが、中央部に集電体3,
4と同程度の面積を有する開口31,41が設けられて
円形枠状とされており、また、各ボルトBが挿通される
ボルト穴32,42が設けられている。
Around the positive electrode current collector 3 and the negative electrode current collector 4
Represents the ion exchange membrane 2 and each plate P as shown in FIG.
iAnd the adjacent plate Pm,
Pm + 1Gasket 3 to improve sealing between
0 and 40 are provided. The gaskets 30, 40
Although not clearly shown on the drawing, the current collector 3,
The openings 31 and 41 having the same area as 4 are provided.
It has a circular frame shape, and each bolt B is inserted.
Bolt holes 32 and 42 are provided.

【0046】接合パイプ5は、各プレートPn に形成さ
れた酸素ガス用溝部13に酸素ガスを供給するととも
に、水素用溝部14に水素ガスを供給するためのもので
ある。具体的には、図2および図5に良く表れているよ
うに、酸素ガス(空気)送り用のパイプ50と水素ガス
送り用のパイプ51とを接合した形態とされている。各
パイプ50,51は、曲面部50b,51bおよび平面
部50c,51cからなり、半円状の中空断面を有して
いる。各パイプ50,51どうしは、平面部50c,5
1cにおいて互いに接合されており、接合パイプ5とし
ては、2つの中空断面からなる円形状とされている。各
パイプ50,51の曲面部にはまた、一定間隔ごとに、
半径方向に貫通する流通孔50a,51aが設けられて
いる。これらの流通孔50a,51aは、燃料電池10
を構成する状態において、各プレートPn に設けられた
溝部の始端13a,14aに対応するようにして形成さ
れている。すなわち、各パイプ50,51を流れるガス
は、連通孔50a,51aを介して、溝部13,14に
供給される。
The joining pipe 5 supplies oxygen gas to the oxygen gas groove 13 formed in each plate Pn and supplies hydrogen gas to the hydrogen groove 14. More specifically, as shown in FIGS. 2 and 5, a pipe 50 for feeding oxygen gas (air) and a pipe 51 for feeding hydrogen gas are joined. Each of the pipes 50 and 51 includes curved portions 50b and 51b and flat portions 50c and 51c, and has a semicircular hollow cross section. The pipes 50 and 51 are connected to each other by the flat portions 50c and 5
1c, they are joined together, and the joining pipe 5 has a circular shape having two hollow sections. On the curved surfaces of the pipes 50 and 51, at regular intervals,
Flow holes 50a and 51a penetrating in the radial direction are provided. These flow holes 50a, 51a are
Are formed so as to correspond to the starting ends 13a and 14a of the grooves provided in each plate Pn . That is, the gas flowing through the pipes 50 and 51 is supplied to the grooves 13 and 14 via the communication holes 50a and 51a.

【0047】以上の構成とされた燃料電池スタック1
は、通常、接合パイプ5を回転軸として、図1や図4に
符号Aで示した矢印方向に回転させて使用する。すなわ
ち、燃料電池スタック1を回転させた状態において、接
合パイプ5を構成する各パイプ50,51内を、酸素ガ
スを含んだ空気または水素ガスが流される(図2および
図3参照)。このとき、各パイプ50,51の流通孔5
0a,51aを介して、各酸素ガス用溝部13ないし水
素ガス用溝部14に酸素ガスまたは水素ガスが供給され
る。
The fuel cell stack 1 having the above configuration
Is usually used by rotating the joint pipe 5 in the direction of the arrow indicated by the symbol A in FIGS. That is, while the fuel cell stack 1 is rotated, air or hydrogen gas containing oxygen gas flows through each of the pipes 50 and 51 constituting the joint pipe 5 (see FIGS. 2 and 3). At this time, the flow holes 5 of the pipes 50 and 51
Oxygen gas or hydrogen gas is supplied to the oxygen gas groove 13 to the hydrogen gas groove 14 via the holes 0a and 51a.

【0048】水素ガス用溝部14は、渦巻き状の形態と
されていることから(図4(b)参照)、当該溝部14
に供給された酸素ガスは、プレートP2 〜P6 の中心部
から周縁部に向けて流れる。このとき、燃料電池スタッ
ク1が回転させられていることから、水素ガスには、遠
心力が付与される。しかも、プレートP2 〜P6 の中心
からの距離が大きな部位ほど、より大きな遠心力が付与
され、また当該溝部14の内表面が撥水処理されている
ことから、各プレートP2 〜P6 の中心から比較的に離
れた部位にまで、水素ガスを良好に行き渡らせることが
できる。そして、水素ガス用溝部14の水素ガスの一部
は、負極集電体3を通過し、負極触媒層20にまで達す
る。この負極触媒層20では、水素ガスが水素イオンと
電子に解離される(下記反応式(1))。
Since the hydrogen gas groove 14 is formed in a spiral shape (see FIG. 4B), the groove 14 is formed.
Supplied oxygen gas flows toward the periphery from the center of the plate P 2 to P 6. At this time, since the fuel cell stack 1 is rotated, centrifugal force is applied to the hydrogen gas. Moreover, as the distance is large portion from the center of the plate P 2 to P 6, a larger centrifugal force is applied, and from the inner surface of the groove portion 14 is water-repellent treatment, each plate P 2 to P 6 Hydrogen gas can be satisfactorily spread to a portion relatively far from the center of the device. Then, part of the hydrogen gas in the hydrogen gas groove 14 passes through the negative electrode current collector 3 and reaches the negative electrode catalyst layer 20. In the anode catalyst layer 20, hydrogen gas is dissociated into hydrogen ions and electrons (reaction formula (1) below).

【0049】[0049]

【化1】 Embedded image

【0050】この反応の際に生じた電子は、負極集電体
3に集められるが、この電子は、通常、当該負極集電体
3を共用する隣りの燃料電池10の正極集電体4に供給
される(図2参照)。また、負極触媒層20における反
応の際に生じた水素イオンは、水和状態でイオン交換膜
2を通過し(下記反応式(2))、同一燃料電池10の
正極触媒層21に移動する。
The electrons generated during this reaction are collected on the negative electrode current collector 3, and the electrons are usually transferred to the positive electrode current collector 4 of the adjacent fuel cell 10 sharing the negative electrode current collector 3. Supplied (see FIG. 2). In addition, hydrogen ions generated during the reaction in the anode catalyst layer 20 pass through the ion exchange membrane 2 in a hydrated state (reaction formula (2) below), and move to the cathode catalyst layer 21 of the same fuel cell 10.

【0051】[0051]

【化2】 Embedded image

【0052】一方、酸素ガス用溝部13は、渦巻き状の
形態とされているとともに、終端13bがプレートP1
〜P5 の周縁において燃料電池10の外部に開放してい
ることから、当該溝部13に供給された酸素ガスは、プ
レートP1 〜P5 の周縁に設定された終端13bに向け
て流れ、当該終端13bから排出される。
On the other hand, the oxygen gas groove 13 has a spiral shape, and the terminal end 13b has a plate P 1.
Since it is open to the outside of the fuel cell 10 in the periphery of the to P 5, the oxygen gas supplied to the groove portion 13 flows toward the end 13b which is set on the periphery of the plate P 1 to P 5, the It is discharged from the terminal end 13b.

【0053】既述の通り、通常の使用状態では燃料電池
スタック1が回転しており、しかも酸素ガス用溝部13
の内表面に撥水処理が施されていることから、酸素ガス
は、流動抵抗の低減された酸素ガス用溝部13の表面に
沿って、その遠心力を付与されつつプレートP1 〜P5
の周縁に向けて流れることとなる。このとき、酸素ガス
の一部が、正極集電体4を通過して正極触媒層21に達
する。この正極触媒層21にはさらに、プレートP2
5 を共用する隣の燃料電池10の負極集電体3ないし
燃料電池スタック1の外部から電子が供給され、またイ
オン交換膜2を介して、負極集電体3において解離され
た水素イオンが供給される。このようにして酸素ガス、
電子および水素イオンが供給された正極触媒層21で
は、これらが反応して水が生成する(下記反応式
(3))。
As described above, in normal use, the fuel cell stack 1 is rotating, and the oxygen gas groove 13
Is subjected to a water-repellent treatment, the oxygen gas flows along the surface of the groove 13 for oxygen gas having a reduced flow resistance while the centrifugal force is applied to the plates P 1 to P 5.
Will flow toward the periphery of. At this time, a part of the oxygen gas reaches the cathode catalyst layer 21 through the cathode current collector 4. The positive electrode catalyst layer 21 further includes plates P 2 to
Electrons are supplied from the negative electrode current collector 3 of the adjacent fuel cell 10 or the outside of the fuel cell stack 1 sharing P 5, and hydrogen ions dissociated in the negative electrode current collector 3 via the ion exchange membrane 2 Supplied. In this way oxygen gas,
In the cathode catalyst layer 21 to which the electrons and the hydrogen ions are supplied, they react to generate water (reaction formula (3) below).

【0054】[0054]

【化3】 Embedded image

【0055】ところで、正極触媒層21において生成さ
れた水は、水素ガス用溝部13に溜まりがちである。本
実施形態では、燃料電池スタック1を回転させて使用す
ることから、当該溝部13の水には遠心力が作用する。
このため、回転により所定値以上の遠心力が作用した水
は、当該溝部13に沿って渦巻き状に、プレートP1
5 の周縁部に向けて移動する。そして、最終的には、
プレートP1 〜P5 (燃料電池10)の外部に排除され
る。また、溝部13の内表面に撥水処理が施されて、水
の移動に対する表面抵抗が小さくされていることから、
より小さな遠心力の作用により、水が移動させられ、排
除される。このように、本実施形態の燃料電池スタック
1(燃料電池10)では、正極触媒層21において生成
された水を好適に排除することができる。
Incidentally, water generated in the positive electrode catalyst layer 21 tends to collect in the hydrogen gas groove 13. In the present embodiment, since the fuel cell stack 1 is rotated and used, centrifugal force acts on the water in the groove 13.
For this reason, the water on which the centrifugal force equal to or more than the predetermined value acts due to the rotation, spirals along the groove 13 to form the plates P 1 to P 1 .
Moves toward the peripheral portion of P 5. And ultimately,
It is eliminated to the outside of the plate P 1 to P 5 (the fuel cell 10). Further, since the inner surface of the groove 13 is subjected to a water-repellent treatment to reduce the surface resistance against the movement of water,
Due to the effect of the smaller centrifugal forces, the water is displaced and eliminated. As described above, in the fuel cell stack 1 (fuel cell 10) of the present embodiment, the water generated in the positive electrode catalyst layer 21 can be preferably removed.

【0056】以上に説明したように、上記構成の燃料電
池スタック1では、1の燃料電池10の負極集電体3に
集められた電子は、通常、同一のプレートP2 〜P5
共用する隣の燃料電池10の正極集電体4に供給され
る。そして、電子の流れ方向の最下流(プレートP
6 側)に位置する燃料電池10の負極集電体3に集めら
れた電子は、外部回路(図示略)を経由して、電子の流
れ方向の最上流(プレートP 1 側)に位置する燃料電池
10の正極集電体4に供給される。すなわち、燃料電池
スタック1内においては、電子が全体として一定の方向
(プレートP1 からプレートP6 側)に向けて流れ、最
下流の燃料電池10から最上流の燃料電池10には、外
部回路を経由して電子が循環させられるようになされて
いる。このとき、外部回路においてエネルギを取り出し
て利用するようになされている。
As described above, the fuel cell having the above configuration
In the pond stack 1, the negative electrode current collector 3 of one fuel cell 10
The collected electrons are usually collected on the same plate PTwo~ PFiveTo
It is supplied to the positive electrode current collector 4 of the adjacent fuel cell 10 to be shared.
You. Then, the most downstream in the electron flow direction (the plate P
6Side) of the fuel cell 10 located on the
The collected electrons flow through an external circuit (not shown)
(Plate P 1Side) located fuel cell
It is supplied to 10 positive electrode current collectors 4. That is, the fuel cell
In the stack 1, electrons are in a certain direction as a whole.
(Plate P1From plate P6Side)
From the downstream fuel cell 10 to the most upstream fuel cell 10,
So that the electrons can be circulated through the circuit
I have. At this time, take out energy in the external circuit
It is made to use.

【0057】なお、本実施形態では、各プレートP1
6 の溝部13,14が渦巻き状に形成された燃料電池
10ないし燃料電池スタック1について説明したが、各
プレートの溝形態としては、たとえば図6に示したよう
な形態を採用することもできる。同図に示したプレート
1 〜P6 では、中心部から周縁部に向けて直線的に延
びる複数の個別溝部13A(14A)が形成されて、溝
部全体としては放射状の形態とされている。このような
溝形態においても、供給された酸素ガスや水素ガス、ひ
いては正極側において生成した水が、燃料電池スタック
(燃料電池)の回転による遠心力によって好適に排除さ
れる。また、図6に示したプレートの溝形態において、
複数の個別溝部13A(14A)の一部ないし全部が途
中で分岐した形態、あるいは複数の個別溝部13A(1
4A)の一部ないし全部が途中で屈曲した形態を採用し
てもよい。
In this embodiment, each of the plates P 1 to P 1
The fuel cell 10 or the fuel cell stack 1 in which the groove portions 13 and 14 of P 6 are formed in a spiral shape has been described. However, as the groove shape of each plate, for example, the shape shown in FIG. 6 can be adopted. . In the plate P 1 to P 6 shown in the figure, a plurality of individual grooves 13A extending linearly toward the peripheral portion (14A) is formed from the center, as a whole groove is a radial form. Even in such a groove configuration, the supplied oxygen gas and hydrogen gas, and further, water generated on the positive electrode side are suitably removed by centrifugal force due to rotation of the fuel cell stack (fuel cell). Further, in the groove form of the plate shown in FIG.
A form in which some or all of the plurality of individual groove portions 13A (14A) are branched on the way, or a plurality of individual groove portions 13A (1A).
A form in which part or all of 4A) is bent in the middle may be adopted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る燃料電池からる燃料電池スタック
の一例を表す全体斜視図である。
FIG. 1 is an overall perspective view illustrating an example of a fuel cell stack including a fuel cell according to the present invention.

【図2】図1の燃料電池スタックの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell stack of FIG.

【図3】図2において実線で囲んだ領域の拡大図であ
る。
FIG. 3 is an enlarged view of a region surrounded by a solid line in FIG.

【図4】(a)は、本発明の燃料電池の構成するプレー
トの平面図、(b)はその底面図である。
4A is a plan view of a plate constituting the fuel cell of the present invention, and FIG. 4B is a bottom view thereof.

【図5】図4に示したプレートに、水素ガスまたは酸素
ガスを供給する手段である接合パイプの要部を拡大し、
断面した斜視図である。
FIG. 5 is an enlarged view of a main part of a joining pipe as a means for supplying hydrogen gas or oxygen gas to the plate shown in FIG. 4;
It is the perspective view which was cross section.

【図6】プレートの形成される溝部の異なる形態を表す
わプレートの平面図である。
FIG. 6 is a plan view of a plate showing a different form of a groove formed in the plate.

【図7】従来の燃料電池の一例を表す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional fuel cell.

【図8】図7の燃料電池の分解図である。8 is an exploded view of the fuel cell of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池スタック 10 燃料電池 2 イオン交換膜(電解部としての) 20 正極触媒層 21 負極触媒層 3 正極集電体 4 負極集電体 5 接合パイプ(ガス供給手段としての) P1 〜P6 プレート1 (as a gas supply means) the fuel cell stack 10 fuel cell 2 ion exchange membrane (as an electrolyte portion) 20 cathode catalyst layer 21 negative electrode catalyst layer 3 cathode collector 4 the anode current collector 5 junction pipe P 1 to P 6 plate

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 負極活物質である水素ガスを水素イオン
と電子に解離する陰極、正極活物質である酸素ガスを水
素イオンおよび電子と反応させて水を生成する正極、お
よびこれらの電極の間に配置されるとともに、上記負極
から上記正極への水素イオンの移動を許容する電解部
が、酸素ガスの流路を構成する酸素ガス用溝部が設けら
れた第1のプレートと、水素ガスの流路を構成する水素
ガス用溝部が設けられた第2のプレートとの間に挟み込
まれた構成の燃料電池であって、 上記第1のプレートの中央部には、上記酸素ガス用溝部
に繋がる酸素ガス供給手段が設けられており、 上記酸素ガス用溝部は、上記酸素ガス供給手段から導入
された酸素ガスを、当該第1のプレートの周縁部に向け
て流通させる形態に形成されているとともに、上記第1
のプレートの外部に通じていることを特徴とする、燃料
電池。
1. A cathode for dissociating hydrogen gas as a negative electrode active material into hydrogen ions and electrons, a positive electrode for reacting oxygen gas as a positive electrode active material with hydrogen ions and electrons to generate water, and between the electrodes. And an electrolytic unit that allows the transfer of hydrogen ions from the negative electrode to the positive electrode, a first plate provided with an oxygen gas groove that forms an oxygen gas flow path, and a hydrogen gas flow A fuel cell sandwiched between a second plate provided with a hydrogen gas groove constituting a passage, wherein a central portion of the first plate includes oxygen connected to the oxygen gas groove. A gas supply unit is provided, and the oxygen gas groove is formed in such a form that the oxygen gas introduced from the oxygen gas supply unit is caused to flow toward the peripheral portion of the first plate. the above 1
A fuel cell, wherein the fuel cell communicates with the outside of the plate.
【請求項2】 上記第2のプレートの中央部には、上記
水素ガス用溝部に繋がる水素ガス供給手段が設けられて
おり、上記水素ガス用溝部は、上記水素ガス供給手段か
ら導入された水素ガスを、当該第2のプレートの周縁部
に向けて流通させる形態に形成されている、請求項1に
記載の燃料電池。
2. A hydrogen gas supply means connected to the hydrogen gas groove is provided at a central portion of the second plate, and the hydrogen gas groove is provided with hydrogen introduced from the hydrogen gas supply means. 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is formed in a form in which gas flows toward a peripheral portion of the second plate. 3.
【請求項3】 上記酸素ガス用溝部および上記水素ガス
用溝部の少なくとも一方は、当該プレートの中心部から
周縁部に向けて一連に延びる渦巻き状に形成されてい
る、請求項1または2に記載の燃料電池。
3. The plate according to claim 1, wherein at least one of the oxygen gas groove and the hydrogen gas groove is formed in a spiral shape extending continuously from a center of the plate toward a peripheral edge of the plate. Fuel cell.
【請求項4】 上記酸素ガス用溝部および上記水素ガス
用溝部の少なくとも一方は、当該プレートの中心部から
周縁部に向けて放射状に延びる複数の個別溝部からな
る、請求項1または2に記載の燃料電池。
4. The plate according to claim 1, wherein at least one of the groove for oxygen gas and the groove for hydrogen gas comprises a plurality of individual grooves extending radially from the center of the plate toward the peripheral edge. Fuel cell.
【請求項5】 上記酸素ガス用溝部および上記水素ガス
用溝部の少なくも一方の内表面には、撥水処理が施され
ている、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃料
電池。
5. The fuel cell according to claim 1, wherein at least one of the inner surfaces of the oxygen gas groove and the hydrogen gas groove is subjected to a water-repellent treatment. .
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれか1つに記載
した燃料電池を使用する方法であって、上記燃料電池を
回転させることを特徴とする、燃料電池の使用方法。
6. A method of using a fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is rotated.
【請求項7】 上記燃料電池を自動車に搭載するととも
に、当該自動車における回転部材に上記燃料電池を一体
化または連結し、上記回転部材とともに、または上記回
転部材の回転に連動して上記燃料電池を回転させる、請
求項6に記載の燃料電池の使用方法。
7. The fuel cell is mounted on a vehicle, and the fuel cell is integrated or connected to a rotating member of the vehicle, and the fuel cell is integrated with the rotating member or in conjunction with the rotation of the rotating member. The method of using the fuel cell according to claim 6, wherein the fuel cell is rotated.
JP11159586A 1999-06-07 1999-06-07 Fuel cell and its use method Pending JP2000348753A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11159586A JP2000348753A (en) 1999-06-07 1999-06-07 Fuel cell and its use method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11159586A JP2000348753A (en) 1999-06-07 1999-06-07 Fuel cell and its use method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000348753A true JP2000348753A (en) 2000-12-15

Family

ID=15696955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11159586A Pending JP2000348753A (en) 1999-06-07 1999-06-07 Fuel cell and its use method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000348753A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002009217A2 (en) * 2000-07-20 2002-01-31 Forschungszentrum Jülich GmbH Method for operating a fuel cell
WO2002041424A1 (en) * 2000-11-16 2002-05-23 Mitsubishi Materials Corporation Solid electrolyte type fuel cell and air electrode collector for use therein
JP2002208423A (en) * 2001-01-12 2002-07-26 Toyota Motor Corp Fuel cell stack safety operation device and its operation method
WO2005061259A1 (en) * 2003-12-24 2005-07-07 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell vehicle
WO2007087772A1 (en) * 2006-02-01 2007-08-09 Forschungszentrum Jülich GmbH Fuel cell system and method for operating the same
JP2008257889A (en) * 2007-03-30 2008-10-23 Equos Research Co Ltd Fuel cell system
US7727663B2 (en) 2001-07-18 2010-06-01 Tel-Aviv University Future Technology Development L.P. Fuel cell with proton conducting membrane and with improved water and fuel management
JP2013527969A (en) * 2010-04-16 2013-07-04 アイティーエム パワー (リサーチ) リミティド Electrochemical cell stack
KR20210103693A (en) * 2020-02-14 2021-08-24 동명대학교산학협력단 bipolar plate for fuel cell

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002009217A3 (en) * 2000-07-20 2002-12-05 Forschungszentrum Juelich Gmbh Method for operating a fuel cell
WO2002009217A2 (en) * 2000-07-20 2002-01-31 Forschungszentrum Jülich GmbH Method for operating a fuel cell
WO2002041424A1 (en) * 2000-11-16 2002-05-23 Mitsubishi Materials Corporation Solid electrolyte type fuel cell and air electrode collector for use therein
US7273673B2 (en) 2000-11-16 2007-09-25 Mitsubishi Materials Corporation Solid electrolyte type fuel cell and air electrode current collector for used therein
US7910262B2 (en) 2000-11-16 2011-03-22 Mitsubishi Materials Corporation Solid electrolyte type fuel cell and air electrode current collector used for the same
JP2002208423A (en) * 2001-01-12 2002-07-26 Toyota Motor Corp Fuel cell stack safety operation device and its operation method
US7951511B2 (en) 2001-07-18 2011-05-31 Tel-Aviv University Future Technology Development L.P. Fuel cell with proton conducting membrane and with improved water and fuel management
US7727663B2 (en) 2001-07-18 2010-06-01 Tel-Aviv University Future Technology Development L.P. Fuel cell with proton conducting membrane and with improved water and fuel management
WO2005061259A1 (en) * 2003-12-24 2005-07-07 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell vehicle
JP2005190727A (en) * 2003-12-24 2005-07-14 Honda Motor Co Ltd Fuel cell vehicle
WO2007087772A1 (en) * 2006-02-01 2007-08-09 Forschungszentrum Jülich GmbH Fuel cell system and method for operating the same
JP2008257889A (en) * 2007-03-30 2008-10-23 Equos Research Co Ltd Fuel cell system
JP2013527969A (en) * 2010-04-16 2013-07-04 アイティーエム パワー (リサーチ) リミティド Electrochemical cell stack
US10026987B2 (en) 2010-04-16 2018-07-17 Itm Power (Research) Limited Electrochemical cell stack
US10516183B2 (en) 2010-04-16 2019-12-24 Itm Power (Research) Limited Electrochemical cell stack
KR20210103693A (en) * 2020-02-14 2021-08-24 동명대학교산학협력단 bipolar plate for fuel cell
KR102312049B1 (en) * 2020-02-14 2021-10-13 동명대학교산학협력단 bipolar plate for fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3540491B2 (en) Fuel cell, electrolytic cell and cooling / dehumidifying method thereof
US20090023032A1 (en) Electrode for fuel cell, electrolyte-dispersed solution for forming electrode, method of producing the solution, and polymer electrolyte fuel cell
JP2002270196A (en) High molecular electrolyte type fuel cell and operating method thereof
JPH09265993A (en) Solid polymer type fuel cell
JP2000348753A (en) Fuel cell and its use method
Jayakumar An assessment on polymer electrolyte membrane fuel cell stack components
JP4957545B2 (en) FUEL CELL MODULE AND FUEL CELL INCLUDING THE FUEL CELL MODULE
EP1473791A1 (en) Fuel cell power generator
JP4428774B2 (en) Manufacturing method of fuel cell electrode
US20090202882A1 (en) Polymer electrolyte fuel cell and fuel cell system including the same
JP2005158298A (en) Operation method of fuel cell power generation system, and fuel cell power generation system
JP2001006697A (en) Fuel cell and fuel cell system
JP2009037991A (en) Mobile body
JP4547853B2 (en) Operation method and characteristic recovery method of polymer electrolyte fuel cell
JP2006085959A (en) Operating method of fuel cell, fuel cell system, and fuel cell vehicle
JP3363985B2 (en) Substrate tube for internal reforming of solid oxide fuel cell
JP2002231262A (en) High polymer electrolyte fuel cell
JP5070741B2 (en) Power generation method using liquid supply type fuel cell and liquid supply type fuel cell
JP2002025565A (en) Electrode for high polymer molecule electrolyte fuel cells and its manufacturing process
JP3523853B2 (en) Electrodes for polymer electrolyte fuel cells
JP3375166B2 (en) Fuel cell and method of cooling and dehumidifying the same
JPH0896813A (en) Electrode for high-molecular solid electrolytic type electrochemistry cell
KR100556764B1 (en) Anode structure for fuel cell
JP5062725B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP2004296199A (en) Separator for fuel cell, fuel cell using it, fuel cell vehicle with it mounted thereon, and manufacturing method of separator for fuel cell