JP2004319279A

JP2004319279A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2004319279A
Application number: JP2003111862A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Yoshida; 弘道吉田; Hiroshi Morikawa; 洋森川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP4473519B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell for effectively preventing fluid, such as a reaction gas, to flow outside a specific fluid channel, and for securing desired power generation performance with a simple configuration. <P>SOLUTION: In the fuel cell 20, an electrolyte film/ electrode structure 22 is pinched by first and second separators 24, 26 made of metal. A plurality of oxidizer gas channel grooves 48 are provided among a plurality of projections 46 on a surface 24a opposite to an electrode 40 at the cathode side of the first separator 24 made of metal. A projecting section 46a is provided between a seal groove 50 and the oxidizer gas channel groove 48 at the outermost periphery. The projecting section 46a comes into contact with the peripheral end of a gas diffusion layer 42b, and the height of the projecting section 46a is set larger than the height of other projecting sections 46 by dimensions H. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体と、金属製セパレータとが積層されるとともに、前記金属製セパレータは、前記電解質・電極構造体に接触する複数の凸部を設け、前記凸部間に電極反応面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成される燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質（電解質膜）の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。この種の燃料電池は、通常、電解質・電極構造体およびセパレータを所定の数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
この場合、電解質・電極構造体とセパレータとのシール性を向上させる必要があり、例えば、図６に示す燃料電池が知られている（特許文献１参照）。この燃料電池では、燃料電池セル１と、この燃料電池セル１を挟持する第１および第２セパレータ２、３とを備えている。燃料電池セル１は、固体高分子電解質膜４と、この固体高分子電解質膜４を挟んで配設されるカソード側電極５およびアノード側電極６を有するとともに、前記カソード側電極５および前記アノード側電極６は、ガス拡散層５ａ、６ａと電極触媒層５ｂ、６ｂとを設けている。
【０００５】
固体高分子電解質膜４は、カソード側電極５およびアノード側電極６の外周からはみ出すはみ出し部を有しており、第１および第２セパレータ２、３には、前記はみ出し部に対応して溝部２ａ、３ａが形成されている。溝部２ａ、３ａに液状シール７が塗布されて、固体高分子電解質膜４のはみ出し部が密着されるとともに、カソード側電極５およびアノード側電極６のガス拡散層５ａ、６ａと電極触媒層５ｂ、６ｂとの端面が密着されている。
【０００６】
一方、所望の発電機能を維持するために、それぞれのセパレータ２、３の面内には、アノード側電極６およびカソード側電極５の発電面全面にわたって、長尺な反応ガス流路が蛇行するように設けられている。
【０００７】
ところが、上記の蛇行する反応ガス流路では、反応ガスを均一に供給するために比較的大きな圧損が発生しており、前記反応ガスが比較的抵抗の少ない部分を流れようとする。従って、反応ガスは、圧力差が生じ易い反応ガス流路間を跨ぐようにショートカットまたはバイパスしてしまい、発電面に前記反応ガスが十分に供給されないおそれがある。
【０００８】
そこで、例えば、特許文献２に開示されている技術が知られている。この特許文献２では、反応ガスを流すために複数組の蛇行流路を設けるとともに、互いに隣り合う蛇行流路が対称構造（ミラーイメージ）となっている。このため、隣接して流れる反応ガスの流体圧が略同一となり、前記反応ガスのショートカットを防止することができる、としている。
【０００９】
具体的には、図７に示すように、セパレータ１１の端部に複数の供給マニホールド１２が形成されており、前記供給マニホールド１２がそれぞれ導入レッグ１３ａ、１３ｂを介して第１蛇行流路１４ａと第２蛇行流路１４ｂの入口側に連通している。図示していないが、供給マニホールド１２には、複数組の第１蛇行流路１４ａと第２蛇行流路１４ｂとが連通するとともに、前記第１蛇行流路１４ａと前記第２蛇行流路１４ｂの出口側が導出レッグ１３ａ、１３ｂを介して排出マニホールドに連通している。
【００１０】
第１蛇行流路１４ａと第２蛇行流路１４ｂとは、対称構造に設定されており、前記第１蛇行流路１４ａは、矢印Ｈ方向に蛇行しながら矢印Ｖ１方向に反応ガスを流す一方、前記第２蛇行流路１４ｂは、矢印Ｈ方向に蛇行しながら矢印Ｖ１方向とは逆の矢印Ｖ２方向に反応ガスを供給している。このため、導入レッグ１３ａ、１３ｂでは、反応ガスが略同一の流体圧で供給され、前記反応ガスのショートカットが防止される。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−３１９６６７号公報（図７）
【特許文献２】
米国特許第６，０９９，９８４号公報（図５）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献１では、カソード側電極５およびアノード側電極６の外周を覆って設けられる液状シール７を、ガス拡散層５ａ、６ａと電極触媒層５ｂ、６ｂとの端面に確実に密着させることは、加工公差や組み立て公差等の関係から、実際上、極めて困難である。このため、液状シール７とガス拡散層５ａ、６ａとの間に隙間が発生し易く、この隙間に反応ガスが洩れる場合がある。これにより、酸化剤ガスや燃料ガスが、カソード側電極５やアノード側電極６の電極面を流れずに隙間を通って反応ガス出口に排出されてしまい、効率的な発電性能を維持することができないというおそれがある。
【００１３】
また、図示していないが、電極面を冷却するための冷却媒体が供給される冷却媒体流路においても同様に、一部の冷却媒体がこの電極面に沿って流れずに該電極面の周囲を通過して排出されてしまう場合がある。このため、冷却効率が低下するおそれがある。
【００１４】
一方、上記の特許文献２では、例えば、反応ガスが流路溝１５ａに沿って矢印Ｈ１方向に流れた後、折り返して流路溝１５ｂに沿って矢印Ｈ２方向（矢印Ｈ１方向とは逆方向）に流れている。従って、流路溝１５ａ、１５ｂ間に反応ガスの流体圧力差が生じてしまい、この反応ガスが前記流路溝１５ａ、１５ｂ間を跨ぐようにして、すなわち、アノード側電極およびカソード側電極を構成するガス拡散層を通ってショートカットする場合がある。特に、運転条件によって反応ガス圧力が上昇したり、ガス流量が増加したりした際には、上記の反応ガスのショートカットが顕著なものとなってしまう。
【００１５】
これにより、発電面全面に対して反応ガスを均一に供給することができず、発電性能が低下するという問題が指摘されている。しかも、流路構造全体が複雑化し、セパレータ１１の製造コストが高騰するという問題がある。
【００１６】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、反応ガス等の流体が所定の流体流路以外を流れることを有効に阻止し、簡単な構成で、所望の発電性能を確保することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池では、電解質を一対の電極間に配設した電解質・電極構造体と、金属製セパレータとが積層されるとともに、前記金属製セパレータは、前記電解質・電極構造体に接触する複数の凸部を設け、前記凸部間に電極反応面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されている。そして、金属製セパレータは、少なくとも電極反応面の周囲または反応ガス流路の折り返し部位に対応して電解質・電極構造体に接触する凸部の接触領域の面圧が、他の凸部の接触領域の面圧よりも高く設定されている。
【００１８】
このため、電極反応面の周囲や反応ガス流路の折り返し部位のように反応ガスが洩れ易い接触領域では、電解質・電極構造体と凸部との面圧が他の接触領域よりも高くなり、前記反応ガスの洩れを有効に阻止することができる。その際、金属製セパレータ自体の弾性力によって凸部が変形可能であり、それぞれの凸部と電解質・電極構造体とを確実に密着させることができる。これにより、凸部の加工精度を高く設定する必要がなく、簡単かつ安価な構成で、反応ガスの洩れを確実に阻止し、電極反応面全面に反応ガスを均一に供給して燃料電池の発電性能を良好に維持することが可能になる。
【００１９】
また、本発明の請求項２に係る燃料電池では、金属製セパレータは、少なくとも電極反応面の周囲または反応ガス流路の折り返し部位に接触する凸部の高さが、他の凸部の高さよりも大きく設定されている。ここで、凸部は金属製セパレータを成形（プレス成形）する際に設けられており、各凸部の高さを容易に設定することができる。従って、簡単かつ安価な構成で、反応ガスの洩れを良好に阻止することが可能になる。
【００２０】
さらに、本発明の請求項３に係る燃料電池では、電解質・電極構造体は、少なくとも電極反応面の周囲または反応ガス流路の折り返し部位の厚さが、他の凸部に接触する部分の厚さよりも大きく設定されている。ここで、電解質・電極構造体は、具体的には電極に積層してガス拡散層が設けられており、このガス拡散層の厚さを部分的に厚く設定することによって容易に対応することができる。このため、簡単かつ安価な構成で、反応ガスの洩れを良好に阻止することが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池２０の要部分解斜視説明図であり、図２は、前記燃料電池２０の要部断面説明図である。
【００２２】
燃料電池２０は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）２２が、第１および第２金属製セパレータ２４、２６に挟持される。燃料電池２０の矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３２ｂ、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００２３】
燃料電池２０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３２ａ、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００２４】
電解質膜・電極構造体２２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３６と、前記固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極３８およびカソード側電極４０とを備える。
【００２５】
アノード側電極３８およびカソード側電極４０は、図２に示すように、カーボンペーパ等のガス拡散層（多孔質カーボン部材）４２ａ、４２ｂと、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層４２ａ、４２ｂの表面に一様に塗布された電極触媒層４４ａ、４４ｂとを有する。電極触媒層４４ａ、４４ｂは、互いに固体高分子電解質膜３６を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜３６の両面に接合されている。
【００２６】
第１金属製セパレータ２４はプレス成形されており、図２に示すように、この第１金属製セパレータ２４のカソード側電極４０に対向する面２４ａには、複数の凸部４６間に複数の酸化剤ガス流路溝（反応ガス流路）４８が設けられる。この酸化剤ガス流路溝４８は、図１および図３に示すように、例えば、２つの屈曲する流路溝４８ａ、４８ｂを含むサーペンタイン型の流路を構成する。
【００２７】
酸化剤ガス流路溝４８は、図３に示すように、水平方向（矢印Ｂ方向）に蛇行しながら重力方向（矢印Ｃ方向）に向かって設けられる。酸化剤ガス流路溝４８は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに連通するとともに、矢印Ｂ方向に一往復半だけ蛇行する流路構造を採用している。
【００２８】
図１〜図３に示すように、第１金属製セパレータ２４の面２４ａには、カソード側電極４０を覆って、すなわち、酸化剤ガス流路溝４８、酸化剤ガス入口連通孔３０ａおよび酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを覆ってシール溝５０が形成され、このシール溝５０にシール部材５２が配置される。シール溝５０と最外周の酸化剤ガス流路溝４８との間、すなわち、カソード側電極４０の電極反応面の周囲には、凸部４６ａが設けられる。図２に示すように、凸部４６ａは、カソード側電極４０のガス拡散層４２ｂの周端部に接触するとともに、前記凸部４６ａの高さは、他の凸部４６の高さよりも寸法Ｈだけ大きく設定される。
【００２９】
図３に示すように、酸化剤ガス流路溝４８の２つの折り返し部位内側には、凸部４６ｂ、４６ｃが設けられる。この凸部４６ｂ、４６ｃの高さは、凸部４６ａと同様に他の凸部４６の高さよりも大きく設定される。
【００３０】
第２金属製セパレータ２６はプレス成形されており、図２に示すように、この第２金属製セパレータ２６のアノード側電極３８に対向する面２６ａには、複数の凸部５４間に複数の燃料ガス流路溝（反応ガス流路）５６が設けられる。この燃料ガス流路溝５６は、図４に示すように、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通し、２つの屈曲する流路溝５６ａ、５６ｂを含むサーペンタイン型の流路を構成する。この燃料ガス流路溝５６は、水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって延在する。
【００３１】
図２および図４に示すように、第２金属製セパレータ２６の面２６ａには、アノード側電極３８を覆って、すなわち、燃料ガス流路溝５６、燃料ガス入口連通孔３４ａおよび燃料ガス出口連通孔３４ｂを覆ってシール溝５８が形成され、このシール溝５８にシール部材６０が配置される。シール溝５８と最外周の燃料ガス流路溝５６との間、すなわち、アノード側電極３８の電極反応面の周囲には、凸部５４ａが設けられる。図２に示すように、凸部５４ａは、アノード側電極３８のガス拡散層４２ａの周端部に接触するとともに、前記凸部５４ａの高さは、他の凸部５４の高さよりも寸法Ｈだけ大きく設定される。
【００３２】
図４に示すように、燃料ガス流路溝５６の折り返し部位内側には、凸部５４ｂ、５４ｃが設けられる。この凸部５４ｂ、５４ｃの高さは、凸部５４ａと同様に他の凸部５４の高さよりも大きく設定される。
【００３３】
図１および図２に示すように、第１金属製セパレータ２４の面２４ｂと第２金属製セパレータ２６の面２６ｂとの間には、複数の凸部６２間に複数の冷却媒体流路溝６４が形成される。この冷却媒体流路溝６４は、冷却媒体入口連通孔３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとに連通し、略水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって延在する。
【００３４】
図１に示すように、第２金属製セパレータ２６の面２６ｂには、シール溝６６が形成され、このシール溝６６にシール部材６８が配置される。シール溝６６と最外周の冷却媒体流路溝６４との間には、凸部６２ａが設けられる。この凸部６２ａの高さは、他の凸部６２の高さよりも大きく設定される。
【００３５】
このように構成される燃料電池２０の動作について、以下に説明する。
【００３６】
まず、図１に示すように、燃料ガス入口連通孔３４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３２ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００３７】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第１金属製セパレータ２４の酸化剤ガス流路溝４８に導入され、矢印Ｂ方向に蛇行しながら電解質膜・電極構造体２２を構成するカソード側電極４０に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３４ａから第２金属製セパレータ２６の燃料ガス流路溝５６に導入され、矢印Ｂ方向に蛇行しながら電解質膜・電極構造体２２を構成するアノード側電極３８に沿って移動する。
【００３８】
従って、各電解質膜・電極構造体２２では、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層４４ａ、４４ｂ内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００３９】
次いで、アノード側電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００４０】
また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１および第２金属製セパレータ２４、２６間の冷却媒体流路溝６４に導入された後、矢印Ｂ方向に蛇行しながら流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。
【００４１】
この場合、第１の実施形態では、図２に示すように、電解質膜・電極構造体２２を第１および第２金属製セパレータ２４、２６により挟持するとともに、前記第１金属製セパレータ２４は、複数の凸部４６間に酸化剤ガス流路溝４８を設ける一方、前記第２金属製セパレータ２６は、複数の凸部５４間に複数の燃料ガス流路溝５６を設けている。そして、反応ガス（酸化剤ガスおよび燃料ガス）が洩れ易い電極反応面の周囲、すなわち、アノード側電極３８およびカソード側電極４０の周囲に接触する凸部４６ａ、５４ａを設けるとともに、前記凸部４６ａ、５４ａの高さは、他の凸部４６、５４の高さよりも寸法Ｈだけ大きく設定されている。
【００４２】
このため、アノード側電極３８およびカソード側電極４０の周囲では、凸部４６ａ、５４ａの接触領域の面圧が、他の凸部４６、５４の接触領域の面圧よりも高くなり、酸化剤ガスや燃料ガスの洩れを有効に阻止することが可能になるという効果が得られる。
【００４３】
その際、第１および第２金属製セパレータ２４、２６自体の弾性力により、凸部４６ａ、５４ａが変形し易い。従って、それぞれ高さの異なる凸部４６ａ、４６および５４ａ、５４と電解質膜・電極構造体２２とを確実に密着させることができる。これにより、凸部４６ａ、４６および５４ａおよび５４の加工精度を高く設定する必要がなく、簡単かつ安価な構成で、反応ガスの洩れを確実に阻止し、電極反応面全面に反応ガスを均一に供給して燃料電池２０の発電性能を有効に維持することが可能になる。
【００４４】
また、図３に示すように、酸化剤ガス流路溝４８の折り返し部位内側には、凸部４６よりも高さの大きな凸部４６ｂ、４６ｃが設けられる。このため、酸化剤ガスの洩れが発生し易い折り返し部位の内側において、電解質膜・電極構造体２２と凸部４６ｂ、４６ｃとの面圧が、他の凸部４６の接触領域の面圧よりも高く設定され、前記酸化剤ガスの洩れを可及的に阻止することが可能になる。
【００４５】
同様に、図４に示すように、燃料ガス流路溝５６の折り返し部位内側には、凸部５４ｂ、５４ｃが設けられるとともに、前記凸部５４ｂ、５４ｃの高さは、他の凸部５４の高さよりも大きく設定されている。従って、燃料ガスが洩れ易い折り返し部位内側において、電解質膜・電極構造体２２と凸部５４ｂ、５４ｃとの面圧が、他の凸部５４の接触領域よりも高くなり、前記燃料ガスの洩れを有効に阻止することが可能になる。
【００４６】
一方、冷却媒体流路溝６４の周囲に設けられる凸部６２ａは、他の凸部６２よりも高さが大きく設定されている。これにより、冷却媒体流路溝６４の周囲から冷却媒体が洩れることを有効に阻止し、所望の冷却効率を維持することができるという利点が得られる。
【００４７】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池８０の要部断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池２０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
燃料電池８０は、電解質膜・電極構造体８２が第１および第２金属製セパレータ８４、８６に挟持される。第１金属製セパレータ８４は、複数の凸部８８間に複数の酸化剤ガス流路溝４８を設ける一方、第２金属製セパレータ８６は、複数の凸部９０間に複数の燃料ガス流路溝５６を設ける。
【００４９】
カソード側電極４０を構成するガス拡散層４２ｂは、周端縁部に肉厚部９２を設けており、この肉厚部９２は、前記ガス拡散層４２ｂの他の部分の厚さよりも寸法Ｈ１だけ大きく設定される。アノード側電極３８を構成するガス拡散層４２ａは、同様に周端縁部に肉厚部９４を備えており、この肉厚部９４の厚さは、前記ガス拡散層４２ａの他の部分の厚さよりも寸法Ｈ１だけ大きく設定される。
【００５０】
ガス拡散層４２ｂ、４２ａは、酸化剤ガス流路溝４８および燃料ガス流路溝５６の折り返し部位内側に対応して、それぞれ肉厚部９２、９４と同様の図示しない肉厚部を設けている。
【００５１】
このように構成される第２の実施形態では、電解質膜・電極構造体８２が第１および第２金属製セパレータ８４、８６に挟持される際、前記第１金属製セパレータ８４とガス拡散層４２ｂとにおいて、肉厚部９２と凸部８８との接触領域の面圧が、前記ガス拡散層４２ｂの他の部分と前記凸部８８との接触領域の面圧よりも高く設定される。このため、酸化剤ガスの洩れ易いガス拡散層４２ｂの周囲を確実にシールすることができ、簡単かつ経済的な構成で、前記酸化剤ガスの洩れを有効に阻止することが可能になる。
【００５２】
同様に、第２金属製セパレータ８６とガス拡散層４２ａとにおいて、肉厚部９４と凸部９０との接触領域の面圧が、前記ガス拡散層４２ａの他の部分と凸部９０との接触領域の面圧よりも高く設定される。これにより、ガス拡散層４２ａの周囲を確実にシールすることができ、燃料ガスの洩れを可及的に阻止するとともに、経済的に構成することが可能になるという利点がある。
【００５３】
なお、酸化剤ガス流路溝４８の折り返し部位内側および燃料ガス流路溝５６の折り返し部位内側においても同様に、接触領域の面圧が他の接触領域の面圧よりも高く設定され、前記折り返し部位における反応ガスの洩れを有効に阻止することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池では、反応ガスが洩れ易い接触領域では、電解質・電極構造体と凸部との面圧が、他の接触領域よりも高くなるとともに、金属製セパレータ自体の弾性力によって前記凸部が変形可能である。このため、それぞれの凸部と電解質・電極構造体とを確実に密着させることができ、前記凸部の加工精度を高く設定する必要がない。これにより、簡単かつ安価な構成で、反応ガスの洩れを確実に阻止し、発電面全面に反応ガスを均一に供給して燃料電池の発電性能を良好に維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の要部断面説明図である。
【図３】前記燃料電池を構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図４】前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の要部断面説明図である。
【図６】特許文献１に係る燃料電池の要部断面説明図である。
【図７】特許文献２に係る燃料電池の要部断面説明図である。
【符号の説明】
２０、８０…燃料電池２２、８２…電解質膜・電極構造体
２４、２６、８４、８６…金属製セパレータ
３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３２ａ…冷却媒体入口連通孔３２ｂ…冷却媒体出口連通孔
３４ａ…燃料ガス入口連通孔３４ｂ…燃料ガス出口連通孔
３６…固体高分子電解質膜３８…アノード側電極
４０…カソード側電極４２ａ、４２ｂ…ガス拡散層
４４ａ、４４ｂ…電極触媒層
４６、４６ａ〜４６ｃ、５４、５４ａ〜５４ｃ、６２、６２ａ、８８、９０…凸部
４８…酸化剤ガス流路溝５０、５８、６６…シール溝
５２、６０、６８…シール部材５６…燃料ガス流路溝
６４…冷却媒体流路溝９２、９４…肉厚部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides an electrolyte / electrode structure in which an electrolyte is disposed between a pair of electrodes, and a metal separator, which is laminated, and wherein the metal separator has a plurality of protrusions that come into contact with the electrolyte / electrode structure. And a fuel cell in which a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode reaction surface is formed between the protrusions.
[0002]
[Prior art]
For example, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of an electrolyte (electrolyte membrane) composed of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). , And a separator. This type of fuel cell is usually used as a fuel cell stack by laminating a predetermined number of electrolyte / electrode structures and separators.
[0003]
In this fuel cell, a fuel gas supplied to the anode electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter, also referred to as a hydrogen-containing gas) is obtained by ionizing hydrogen on the electrode catalyst and passing through the electrolyte to the cathode side. Move to the electrode side. The electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as DC electric energy. Since an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas) is supplied to the cathode side electrode, hydrogen ions, electrons, And oxygen react to produce water.
[0004]
In this case, it is necessary to improve the sealing property between the electrolyte / electrode structure and the separator. For example, a fuel cell shown in FIG. 6 is known (see Patent Document 1). This fuel cell includes a fuel cell 1 and first and second separators 2 and 3 that sandwich the fuel cell 1. The fuel cell 1 has a solid polymer electrolyte membrane 4, a cathode electrode 5 and an anode electrode 6 provided with the solid polymer electrolyte membrane 4 interposed therebetween, and the cathode electrode 5 and the anode electrode 5. The electrode 6 has gas diffusion layers 5a, 6a and electrode catalyst layers 5b, 6b.
[0005]
The solid polymer electrolyte membrane 4 has a protruding portion protruding from the outer periphery of the cathode-side electrode 5 and the anode-side electrode 6, and the first and second separators 2 and 3 have grooves 2a corresponding to the protruding portions. , 3a are formed. A liquid seal 7 is applied to the grooves 2a, 3a, and the protruding portions of the solid polymer electrolyte membrane 4 are adhered to each other, and the gas diffusion layers 5a, 6a of the cathode 5 and the anode 6 and the electrode catalyst layer 5b, 6b is in close contact with the end face.
[0006]
On the other hand, in order to maintain a desired power generation function, a long reaction gas flow path meanders over the entire power generation surface of the anode-side electrode 6 and the cathode-side electrode 5 in the surfaces of the respective separators 2 and 3. It is provided in.
[0007]
However, in the meandering reaction gas flow path, a relatively large pressure loss occurs in order to uniformly supply the reaction gas, and the reaction gas tends to flow in a portion having relatively low resistance. Therefore, the reaction gas is short-circuited or bypassed so as to straddle the reaction gas flow paths where a pressure difference is likely to occur, and the reaction gas may not be sufficiently supplied to the power generation surface.
[0008]
Therefore, for example, a technique disclosed in Patent Document 2 is known. In Patent Document 2, a plurality of sets of meandering channels are provided for flowing a reaction gas, and the meandering channels adjacent to each other have a symmetric structure (mirror image). For this reason, the fluid pressures of the reactant gases flowing adjacently become substantially the same, and the short-cut of the reactant gases can be prevented.
[0009]
Specifically, as shown in FIG. 7, a plurality of supply manifolds 12 are formed at the end of the separator 11, and the supply manifolds 12 are connected to the first meandering flow path 14a via introduction legs 13a and 13b, respectively. It communicates with the inlet side of the second meandering channel 14b. Although not shown, a plurality of sets of the first meandering flow path 14a and the second meandering flow path 14b communicate with the supply manifold 12, and a plurality of sets of the first meandering flow path 14a and the second meandering flow path 14b are formed. The outlet side communicates with the discharge manifold via lead-out legs 13a and 13b.
[0010]
The first meandering flow path 14a and the second meandering flow path 14b are set in a symmetrical structure, and the first meandering flow path 14a flows the reaction gas in the arrow V1 direction while meandering in the arrow H direction, The second meandering channel 14b supplies the reaction gas in the direction of arrow V2 opposite to the direction of arrow V1 while meandering in the direction of arrow H. For this reason, in the introduction legs 13a and 13b, the reaction gas is supplied at substantially the same fluid pressure, and a short-circuit of the reaction gas is prevented.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2001-319667 A (FIG. 7)
[Patent Document 2]
US Pat. No. 6,099,984 (FIG. 5)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in Patent Document 1 described above, the liquid seal 7 provided to cover the outer periphery of the cathode 5 and the anode 6 is securely adhered to the end surfaces of the gas diffusion layers 5a, 6a and the electrode catalyst layers 5b, 6b. In practice, it is extremely difficult to perform such operations because of the processing tolerance and the assembly tolerance. Therefore, a gap is easily generated between the liquid seal 7 and the gas diffusion layers 5a and 6a, and the reaction gas may leak into the gap. As a result, the oxidizing gas and the fuel gas are discharged to the reaction gas outlet through the gap without flowing through the electrode surfaces of the cathode 5 and the anode 6, thereby maintaining the efficient power generation performance. There is a possibility that it can not be done.
[0013]
Also, although not shown, in the cooling medium flow path to which the cooling medium for cooling the electrode surface is supplied, a part of the cooling medium does not flow along the electrode surface, and May be discharged through the For this reason, the cooling efficiency may decrease.
[0014]
On the other hand, in Patent Document 2 described above, for example, after the reaction gas flows in the direction of the arrow H1 along the flow channel groove 15a, it is turned back and then in the direction of the arrow H2 along the flow channel groove 15b (the direction opposite to the direction of the arrow H1). It is flowing to. Therefore, a fluid pressure difference of the reaction gas is generated between the flow grooves 15a and 15b, and the reaction gas straddles the flow grooves 15a and 15b, that is, the anode electrode and the cathode electrode are formed. There is a case where a shortcut is made through a gas diffusion layer. In particular, when the reaction gas pressure increases or the gas flow rate increases depending on the operating conditions, the above-mentioned shortcut of the reaction gas becomes remarkable.
[0015]
As a result, it has been pointed out that the reaction gas cannot be uniformly supplied to the entire power generation surface, and the power generation performance is reduced. In addition, there is a problem that the entire flow path structure becomes complicated and the manufacturing cost of the separator 11 rises.
[0016]
The present invention solves this kind of problem, and effectively prevents a fluid such as a reaction gas from flowing through a part other than a predetermined fluid flow path, and can secure desired power generation performance with a simple configuration. An object of the present invention is to provide a simple fuel cell.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In the fuel cell according to claim 1 of the present invention, an electrolyte / electrode structure in which an electrolyte is disposed between a pair of electrodes, and a metal separator are laminated, and the metal separator is provided in the electrolyte / electrode structure. A plurality of protrusions that contact the body are provided, and a reaction gas flow path that supplies a reaction gas along the electrode reaction surface is formed between the protrusions. The metal separator has a surface pressure of at least a contact region of the convex portion that comes into contact with the electrolyte / electrode structure corresponding to the periphery of the electrode reaction surface or a turn-back portion of the reaction gas flow path, and a contact region of another convex portion. Is set higher than the surface pressure.
[0018]
For this reason, in the contact region where the reaction gas is likely to leak, such as around the electrode reaction surface or the folded portion of the reaction gas flow path, the surface pressure between the electrolyte / electrode structure and the projection becomes higher than other contact regions, Leakage of the reaction gas can be effectively prevented. At this time, the protrusions can be deformed by the elastic force of the metal separator itself, and the respective protrusions and the electrolyte / electrode structure can be surely brought into close contact with each other. As a result, there is no need to set the processing accuracy of the projections to be high, and it is possible to reliably prevent the leakage of the reaction gas with a simple and inexpensive configuration, and to uniformly supply the reaction gas to the entire surface of the electrode reaction surface to generate the fuel cell. Good performance can be maintained.
[0019]
Further, in the fuel cell according to claim 2 of the present invention, the metal separator has at least the height of the convex portion in contact with the periphery of the electrode reaction surface or the folded portion of the reaction gas flow path larger than the height of the other convex portions. Is also set large. Here, the protrusions are provided when the metal separator is formed (press-formed), and the height of each protrusion can be easily set. Therefore, it is possible to satisfactorily prevent the leakage of the reaction gas with a simple and inexpensive configuration.
[0020]
Further, in the fuel cell according to claim 3 of the present invention, the thickness of the electrolyte / electrode structure at least at the periphery of the electrode reaction surface or at the folded portion of the reaction gas flow path is reduced at the thickness of the portion in contact with another convex portion. It is set larger than that. Here, the electrolyte / electrode structure is, specifically, provided with a gas diffusion layer laminated on the electrode, and can be easily coped with by partially setting the thickness of the gas diffusion layer. it can. Therefore, it is possible to satisfactorily prevent the leakage of the reaction gas with a simple and inexpensive configuration.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 20 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of a main part of the fuel cell 20.
[0022]
In the fuel cell 20, an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 22 is sandwiched between first and second metal separators 24 and 26. One end of the fuel cell 20 in the direction of arrow B (horizontal direction in FIG. 1) communicates with each other in the direction of arrow A, which is a stacking direction, to oxidize an oxidant gas, for example, oxygen-containing gas. The agent gas inlet communication hole 30a, the cooling medium outlet communication hole 32b for discharging the cooling medium, and the fuel gas outlet communication hole 34b for discharging the fuel gas, for example, the hydrogen-containing gas, are arranged in the direction of arrow C (vertical direction). Are arranged in a row.
[0023]
At the other end of the fuel cell 20 in the direction of the arrow B, a fuel gas inlet communication hole 34a for supplying a fuel gas and a cooling medium inlet communication hole for supplying a cooling medium are communicated with each other in the direction of the arrow A. 32a and an oxidizing gas outlet communication hole 30b for discharging the oxidizing gas are arranged in the arrow C direction.
[0024]
The electrolyte membrane / electrode structure 22 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 36 in which a thin film of perfluorosulfonic acid is impregnated with water, an anode electrode 38 and a cathode electrode 40 sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 36. And
[0025]
As shown in FIG. 2, the anode electrode 38 and the cathode electrode 40 include gas diffusion layers (porous carbon members) 42a and 42b such as carbon paper and porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface. Electrode catalyst layers 44a and 44b are uniformly applied to the surfaces of the gas diffusion layers 42a and 42b. The electrode catalyst layers 44a and 44b are joined to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 36 so as to face each other with the solid polymer electrolyte membrane 36 interposed therebetween.
[0026]
The first metal separator 24 is press-formed. As shown in FIG. 2, a plurality of oxidizations are formed between the plurality of projections 46 on a surface 24 a of the first metal separator 24 facing the cathode electrode 40. An agent gas channel groove (reaction gas channel) 48 is provided. As shown in FIGS. 1 and 3, the oxidizing gas flow channel 48 forms, for example, a serpentine flow channel including two bent flow channel grooves 48a and 48b.
[0027]
As shown in FIG. 3, the oxidant gas flow channel 48 is provided in the direction of gravity (the direction of arrow C) while meandering in the horizontal direction (the direction of arrow B). The oxidizing gas passage groove 48 has a passage structure that communicates with the oxidizing gas inlet communication hole 30a and the oxidizing gas outlet communication hole 30b and that meanders one and a half times in the direction of arrow B.
[0028]
As shown in FIGS. 1 to 3, the surface 24 a of the first metal separator 24 covers the cathode-side electrode 40, that is, the oxidizing gas passage groove 48, the oxidizing gas inlet communication hole 30 a, and the oxidizing gas A seal groove 50 is formed to cover the gas outlet communication hole 30b, and a seal member 52 is disposed in the seal groove 50. A protrusion 46 a is provided between the seal groove 50 and the outermost oxidant gas flow groove 48, that is, around the electrode reaction surface of the cathode 40. As shown in FIG. 2, the convex portion 46a contacts the peripheral end of the gas diffusion layer 42b of the cathode 40, and the height of the convex portion 46a is larger than the height of the other convex portions 46 by the dimension H. Is set larger.
[0029]
As shown in FIG. 3, convex portions 46 b and 46 c are provided inside the two folded portions of the oxidizing gas channel groove 48. The heights of the protrusions 46b and 46c are set to be larger than the heights of the other protrusions 46 as in the case of the protrusion 46a.
[0030]
The second metal separator 26 is press-formed. As shown in FIG. 2, a plurality of fuels are provided between the plurality of projections 54 on a surface 26 a of the second metal separator 26 facing the anode 38. A gas channel groove (reaction gas channel) 56 is provided. As shown in FIG. 4, the fuel gas passage groove 56 communicates with the fuel gas inlet communication hole 34a and the fuel gas outlet communication hole 34b, and has a serpentine flow path including two bent passage grooves 56a and 56b. Configure the road. The fuel gas passage groove 56 extends in the direction of gravity while meandering in the horizontal direction.
[0031]
As shown in FIGS. 2 and 4, the surface 26a of the second metal separator 26 covers the anode-side electrode 38, that is, the fuel gas passage groove 56, the fuel gas inlet communication hole 34a, and the fuel gas outlet communication. A seal groove 58 is formed to cover the hole 34b, and a seal member 60 is disposed in the seal groove 58. A protrusion 54 a is provided between the seal groove 58 and the outermost fuel gas flow channel groove 56, that is, around the electrode reaction surface of the anode 38. As shown in FIG. 2, the protrusion 54 a contacts the peripheral end of the gas diffusion layer 42 a of the anode 38, and the height of the protrusion 54 a is larger than the height of the other protrusions by the dimension H. Is set larger.
[0032]
As shown in FIG. 4, convex portions 54 b and 54 c are provided inside the folded portion of the fuel gas flow channel groove 56. The heights of the protrusions 54b and 54c are set to be larger than the heights of the other protrusions 54 as in the case of the protrusion 54a.
[0033]
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of cooling medium flow grooves 64 are provided between a plurality of projections 62 between a surface 24 b of the first metal separator 24 and a surface 26 b of the second metal separator 26. Is formed. The cooling medium passage groove 64 communicates with the cooling medium inlet communication hole 32a and the cooling medium outlet communication hole 32b, and extends in the direction of gravity while meandering in a substantially horizontal direction.
[0034]
As shown in FIG. 1, a seal groove 66 is formed on the surface 26 b of the second metal separator 26, and a seal member 68 is disposed in the seal groove 66. A convex portion 62a is provided between the seal groove 66 and the outermost coolant flow path groove 64. The height of the convex portion 62a is set to be larger than the height of the other convex portions 62.
[0035]
The operation of the fuel cell 20 configured as described above will be described below.
[0036]
First, as shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 34a, and an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 30a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a.
[0037]
Therefore, the oxidizing gas is introduced into the oxidizing gas flow channel groove 48 of the first metal separator 24 from the oxidizing gas inlet communication hole 30a, and forms the electrolyte membrane / electrode structure 22 meandering in the direction of arrow B. It moves along the cathode side electrode 40. On the other hand, the fuel gas is introduced from the fuel gas inlet communication hole 34a into the fuel gas flow channel groove 56 of the second metal separator 26, and meanders in the direction of arrow B to constitute the electrolyte membrane / electrode structure 22. Move along 38.
[0038]
Therefore, in each of the electrolyte membrane / electrode structures 22, the oxidizing gas supplied to the cathode electrode 40 and the fuel gas supplied to the anode electrode 38 are electrochemically reacted in the electrode catalyst layers 44a and 44b. It is consumed and power is generated.
[0039]
Next, the fuel gas supplied to and consumed by the anode 38 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 34b. Similarly, the oxidizing gas supplied to the cathode 40 and consumed is discharged in the direction of arrow A along the oxidizing gas outlet communication hole 30b.
[0040]
The cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a is introduced into the cooling medium flow channel 64 between the first and second metal separators 24 and 26, and then flows while meandering in the direction of arrow B. . After cooling the electrolyte membrane / electrode structure 22, the cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 32b.
[0041]
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the electrolyte membrane / electrode structure 22 is sandwiched between the first and second metal separators 24 and 26, and the first metal separator 24 is The second metal separator 26 has a plurality of fuel gas passage grooves 56 between the plurality of protrusions 54, while the oxidant gas passage grooves 48 are provided between the plurality of protrusions 46. The projections 46a and 54a are provided in contact with the periphery of the electrode reaction surface where reaction gases (oxidant gas and fuel gas) easily leak, that is, around the anode-side electrode 38 and the cathode-side electrode 40. , 54a are set to be larger by the dimension H than the heights of the other convex portions 46, 54.
[0042]
Therefore, around the anode-side electrode 38 and the cathode-side electrode 40, the contact pressure of the contact area of the protrusions 46a and 54a becomes higher than the contact pressure of the contact area of the other protrusions 46 and 54, and the oxidizing gas And leakage of fuel gas can be effectively prevented.
[0043]
At this time, the protrusions 46a and 54a are easily deformed by the elastic force of the first and second metal separators 24 and 26 themselves. Therefore, the convex portions 46a, 46 and 54a, 54 having different heights can be securely adhered to the electrolyte membrane / electrode structure 22. Accordingly, it is not necessary to set the processing accuracy of the projections 46a, 46 and 54a and 54 to be high, and the leakage of the reactant gas is reliably prevented with a simple and inexpensive configuration, and the reactant gas is uniformly spread over the entire electrode reaction surface. It is possible to supply and maintain the power generation performance of the fuel cell 20 effectively.
[0044]
Further, as shown in FIG. 3, convex portions 46 b and 46 c having a height higher than the convex portion 46 are provided inside the folded portion of the oxidizing gas channel groove 48. For this reason, the surface pressure between the electrolyte membrane / electrode structure 22 and the convex portions 46b and 46c is higher than the surface pressure of the contact region between the other convex portions 46 inside the folded portion where the oxidant gas is likely to leak. It is set high, and it is possible to prevent leakage of the oxidizing gas as much as possible.
[0045]
Similarly, as shown in FIG. 4, the protrusions 54 b and 54 c are provided inside the folded portion of the fuel gas flow channel groove 56, and the heights of the protrusions 54 b and 54 c are different from those of the other protrusions 54. It is set larger than the height. Therefore, inside the folded portion where the fuel gas easily leaks, the surface pressure between the electrolyte membrane / electrode structure 22 and the convex portions 54b and 54c becomes higher than the contact area of the other convex portions 54, and the leakage of the fuel gas is reduced. It is possible to effectively block.
[0046]
On the other hand, the height of the convex portion 62 a provided around the coolant flow channel groove 64 is set to be larger than the height of the other convex portions 62. Thereby, there is obtained an advantage that it is possible to effectively prevent the cooling medium from leaking from around the cooling medium passage groove 64, and to maintain a desired cooling efficiency.
[0047]
FIG. 5 is an explanatory sectional view of a main part of a fuel cell 80 according to a second embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the fuel cell 20 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0048]
In the fuel cell 80, an electrolyte membrane / electrode structure 82 is sandwiched between first and second metal separators 84 and 86. The first metal separator 84 has a plurality of oxidant gas flow grooves 48 between the plurality of protrusions 88, while the second metal separator 86 has a plurality of fuel gas flow grooves between the plurality of protrusions 90. 56 are provided.
[0049]
The gas diffusion layer 42b constituting the cathode-side electrode 40 has a thick portion 92 at the peripheral edge, and the thick portion 92 has a dimension H1 larger than the thickness of other portions of the gas diffusion layer 42b. Set to a large value. The gas diffusion layer 42a constituting the anode 38 also has a thick portion 94 at the peripheral edge, and the thickness of the thick portion 94 is the same as that of the other portions of the gas diffusion layer 42a. It is set larger by a dimension H1 than that.
[0050]
The gas diffusion layers 42b and 42a have thick portions (not shown) similar to the thick portions 92 and 94, respectively, corresponding to the insides of the folded portions of the oxidizing gas flow grooves 48 and the fuel gas flow grooves 56. .
[0051]
In the second embodiment configured as described above, when the electrolyte membrane / electrode structure 82 is sandwiched between the first and second metal separators 84 and 86, the first metal separator 84 and the gas diffusion layer 42b are sandwiched. In the above, the surface pressure of the contact area between the thick portion 92 and the convex portion 88 is set higher than the surface pressure of the contact region between the other portion of the gas diffusion layer 42b and the convex portion 88. For this reason, the periphery of the gas diffusion layer 42b where the oxidizing gas easily leaks can be reliably sealed, and the leak of the oxidizing gas can be effectively prevented with a simple and economical configuration.
[0052]
Similarly, in the second metal separator 86 and the gas diffusion layer 42a, the surface pressure of the contact region between the thick portion 94 and the projection 90 is set so that the contact pressure between the other portion of the gas diffusion layer 42a and the projection 90 is increased. It is set higher than the surface pressure of the area. Thereby, there is an advantage that the periphery of the gas diffusion layer 42a can be reliably sealed, leakage of the fuel gas can be prevented as much as possible, and the structure can be made economically.
[0053]
Similarly, the surface pressure of the contact region is set higher than the surface pressures of the other contact regions inside the folded portion of the oxidizing gas flow channel 48 and inside the folded portion of the fuel gas flow channel 56, and Leakage of the reaction gas at the site can be effectively prevented.
[0054]
【The invention's effect】
In the fuel cell according to the present invention, in the contact region where the reaction gas is likely to leak, the surface pressure between the electrolyte / electrode structure and the convex portion is higher than in the other contact regions, and the elastic force of the metal separator itself is used as the pressure. The protrusions are deformable. For this reason, each convex part and the electrolyte / electrode structure can be securely brought into close contact, and it is not necessary to set the processing accuracy of the convex part high. Thus, with a simple and inexpensive configuration, it is possible to reliably prevent the leakage of the reaction gas, uniformly supply the reaction gas to the entire power generation surface, and maintain good power generation performance of the fuel cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory sectional view of a main part of the fuel cell.
FIG. 3 is an explanatory front view of a first separator constituting the fuel cell.
FIG. 4 is an explanatory front view of a second separator constituting the fuel cell.
FIG. 5 is an explanatory sectional view of a main part of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory sectional view of a main part of a fuel cell according to Patent Document 1.
FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a fuel cell according to Patent Document 2.
[Explanation of symbols]
20, 80 ... fuel cell 22, 82 ... electrolyte membrane / electrode structure 24, 26, 84, 86 ... metal separator 30a ... oxidant gas inlet communication hole 30b ... oxidant gas outlet communication hole 32a ... cooling medium inlet communication hole 32b ... Cooling medium outlet communication hole 34a ... Fuel gas inlet communication hole 34b ... Fuel gas outlet communication hole 36 ... Solid polymer electrolyte membrane 38 ... Anode side electrode 40 ... Cathode side electrodes 42a and 42b ... Gas diffusion layers 44a and 44b ... Electrodes The catalyst layers 46, 46a to 46c, 54, 54a to 54c, 62, 62a, 88, 90 ... convex portions 48 ... oxidant gas passage grooves 50, 58, 66 ... seal grooves 52, 60, 68 ... seal members 56 ... Fuel gas passage groove 64: cooling medium passage groove 92, 94: thick portion

Claims

An electrolyte / electrode structure in which an electrolyte is disposed between a pair of electrodes, and a metal separator are stacked, and the metal separator is provided with a plurality of protrusions that are in contact with the electrolyte / electrode structure, A fuel cell in which a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode reaction surface between the convex portions is formed,
The metal separator has at least the surface pressure of the contact area of the convex portion that comes into contact with the electrolyte / electrode structure corresponding to at least the periphery of the electrode reaction surface or the folded portion of the reaction gas flow path. A fuel cell, wherein the fuel cell is set to have a higher surface pressure than a contact area.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the metal separator has at least a height of the convex portion that comes into contact with a periphery of the electrode reaction surface or a folded portion of the reaction gas flow path greater than a height of the other convex portion. 3. A fuel cell characterized in that the fuel cell is also set large.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the electrolyte / electrode structure has a thickness of at least a periphery of the electrode reaction surface or a turn-back portion of the reaction gas flow path greater than a thickness of a portion contacting the other protrusion. 3. A fuel cell characterized in that the fuel cell is also set large.